轴的结构设计范例
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四、低速轴系的结构设计
1、根据轴的工作条件，选择材料及热处理方法，确定许用应力，由（二）（三）已算得从动齿轮转速n 2=71.7r/min 。齿轮分度圆直径d 2=360mm 。选用45号钢调质。查①表11－1得抗拉强度MPa 650b =σ，查①表11－9得许用弯曲应力[]MPa 60b 1=-σ。
2、按扭转强度估算最小直径
由（二）知，P 2=3.87kw ，T 2＝516.1N.m
查①表11－5取A=110，按①式（11－3）计算得：
mm 57.417
.7187.3110n P A d 33
2==≥ 考虑轴和联轴器用一个键联接，故将轴放大5％并取标准值，即取d=45mm 。
3、轴的结构设计
（1）将轴设计成阶梯轴，按T=516.1N.m ，从②查用TL8型弹性联轴器，孔径为45mm ，长L=112mm ，与轴头配合长度为84mm 。取轴头直径为45mm ，故靠近轴头的轴身直径为52mm ，轴颈直径取55mm 。轴两端选用6011型轴承，轴承宽度B=18mm ，外径D=90mm 。轴承由套筒和轴肩实现轴向定位，圆角r=1mm 。取齿轮轴头直径为60mm ，定位环高度h=5mm ，其余圆角r=1.5mm ，挡油盘外径取D=89mm 。
（2）在（三）已经求得轮毂长为90mm ，因此轴头长度为88mm ，轴颈长度与轴承宽度相等为18mm ，齿轮两端与箱体内壁间距离各取15mm ，由于转速较低，故轴承用润滑脂，所以轴承端面与箱体内壁距离取10mm 。这样可定出跨距为158mm 。伸出箱体的轴段长度取44mm 。为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上，应将头长度取短一些，故取轴头长度为75mm 。
3、由于是单级齿轮减速器，因此齿轮布置在中央，轴承对称布置，齿轮与轴环、套筒实现轴向定位，以平键联接及选用过渡配合H7/n6实现周向固定。齿轮轴头有装配锥度，两端轴承分别以轴肩和套筒实现轴向定位，采用过盈配合k6实现周向固定。整个轴系以两端轴承盖实现轴向定位，联轴器以轴肩、平键和选用过渡配合H7/k6实现轴向定位和周向固定。
4、草图如下：
计算项目
计算内容计算结果
3、径向力
4、H面支座反力
5、V面支座反力
6、H面弯矩
7、V面弯矩
8、合成弯矩
9、当量弯矩
10、强度校核
N
tg
tg
Ft
Fr58
.
1043
20
22
.
28670=
⨯
=
⋅
=α
R HA=R HB=F t/2=2867.22/2=1433.61N
R VA=R VB=F r/2=1043.58/2=521.79N
M HC=R HA×L/2=1433.61×0.58/2=113.26N﹒m
M VC=R VB×L/2=521.79×0.58/2=41.22N﹒m
在AB处为0，C处最大
m
N
M
M
M VC
HC
C
⋅
=
+
=
+
=5.
120
22
.
41
26
.
1132
2
2
2
取α＝0.59
m
N
T
M
M C
eqc
⋅
=
⨯
+
=
+
=
47
.
327
)1.
516
59
.0(
5.
120
)
(2
2
2
2α
由式11.43把齿轮轴头d=60代入得：
[]
b
MPa
Pa
d
T
M
1
3
2
2
3
2
2
16
.
15
15160648
06
.0
1.0
)1.
516
59
.0(
5.
120
1.0
)
(
－
σ
α
〈
=
=
⨯
⨯
+
=
+
所以，轴径取60mm，强度足够
N
Fr58
.
1043
=
R HA= R HB 1433.61N
R VA=R VB＝521.79N
M HC=113.26N.m
M VC= 41.22N.m
m
N
M C⋅
=5.
120
m
N
M eqc⋅
=47
.
327
强度足够
五、高速轴的设计
由前面已求得：n 1=286.57r/min d 1=90mm ，轮毂长95mm ，P 1=4.03KW 1、 选 用45钢，调质。按扭转强度估算最小直径，查①表11-5取A=110 按①式（11-3）计算得：
mm n P A d 55.2657
.28603.411033
11==≥ 因轴头直径最小且有键、与带轮联接，故将轴放大0.5d ，即d=27.88mm ，按①11-3取整
d=28mm 。