机械设计轴的设计.

七 轴的设计计算

（一）高速轴的设计计算

1.确定轴的最小直径

先按教材式（15-2）初步估算轴的最小直径。选轴的材料为40Cr调质处理。根据教材表15-3，取1060A，于是得mmnPAd74.1496058.210633110min，由于开了一个键槽，所以mmd77.15)07.01(74.14min

轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径。为了使轴的直径和联轴器的孔径相适应，故需同时选联轴器的型号。

联轴器的计算转矩1TKTAca，查教材表14-1取3.1AK，又NT4110567.2代入数据得mmNTca.1034.34

查《机械设计课程设计》表9-21（GB/T4323-1984），选用TL4型弹性柱销联轴器。联轴器的孔径d=22mm,所以

mmd22min

2.轴的机构设计

（1）根据轴向定位的要求确定轴上各段直径和长度

1）为了满足联轴器的轴向定位要求，在12段的右边加了一个轴套，所以mmdd22min12

2）初步选取轴承，因同时受到径向力和轴向力，故选用圆锥滚子轴承，根据轴的结构和最小轴的直径大小 查《机械设计课程设计》表9-16（GB/T297-1994）选用30205型轴承mmmmmmTDd25.165225所以，mmd2523，根据轴承的右端采用轴肩定位，从表中可知mmd3034，45断的直径为齿轮的齿顶圆直径，所以mmd66.4145，mmddmmdd25,3023673456。

半联轴器与轴配合的毂孔长度mmL381，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，所以长度应取短些，先取mmL361。轴承的端盖的总宽为25mm,取端盖的外端面与半联轴器的距离为25mm，所以12段上的轴套长mmL5025252，所以mmL882365012

在确定轴承的位置时应距离箱体内壁S=8mm，取齿轮距离箱体内壁a=12mm。所以，25.2428225.1623Lmm取24mm，34L可由中间轴算出来mmL8321126521234，mmBL45145，轴肩的高度dh07.0，轴环的宽度hb4.1，所以取56段1的长度为mmL1056，所以25.2628)1012(25.1667L，取26mm。

轴设计的主要内容和轴的设计步骤

轴设计是机械设计中十分重要的一部分，它直接关系到机械系统的性能和寿命。轴的设计需要考虑多方面因素，包括载荷、转速、材料强度和刚度等。在进行轴设计时，一般可以遵循以下步骤：

步骤一：确定轴的基本参数

在开始设计之前，需要明确轴的功能和使用要求，并确定关键参数，包括轴的类型、长度、直径等。此外，还要考虑系统的使用条件，如载荷、转速、工作环境等。

步骤二：选择材料

材料的选择是轴设计非常重要的一部分。要选择合适的材料，需要考虑载荷、转速、工作温度等因素。通常，常用的轴材料有碳钢、合金钢、不锈钢和铝合金等。

步骤三：计算载荷 根据轴所承受的载荷，可以进行静力学和强度学的计算。静力学计算主要包括转矩、弯矩和扭矩等，而强度学计算则包括轴的强度和刚度等。

步骤四：计算尺寸

在计算尺寸时，需要根据载荷和材料的强度来确定轴的直径。直径的选择要满足强度和刚度要求，并考虑到材料的废料和经济性。

步骤五：计算转速

转速是轴设计中的重要参数之一。要保证系统的正常运行，需要根据转速和轴材料的强度来选择合适的直径和材料。

步骤六：进行验算

设计完成后，还需进行验算，包括强度验算、刚度验算等。强度验算主要是对轴的强度进行验证，以确保它能够承受所需的载荷。而刚度验算主要是对轴的刚度进行验证，以满足系统运动的要求。

步骤七：进行优化

根据验算结果，进行必要的优化。可以通过增加轴的直径、改变材料或者增加支撑点等来改善轴的性能。 步骤八：绘制图纸

设计完成后，需要绘制详细的轴图纸。图纸上应包含轴的主要尺寸、材料、工艺要求等。

步骤九：选择工艺

在轴设计完成后，还需要选择合适的工艺进行制造。常用的轴制造工艺包括铸造、锻造、机械加工等。

轴设计的主要内容包括确定轴的基本参数、选择合适的材料、计算载荷、计算尺寸、计算转速、进行验算、进行优化、绘制图纸以及选择合适的制造工艺。通过这些步骤，可以设计出满足系统要求的轴，确保机械系统的正常运行。

轴的设计计算

计算及说明 结果

1 轴的材料和热处理的选择

由《机械设计》教材P362表15-1得

选45号钢，调质处理，HB217～255

b=640MPa s=355MPa 1=275MPa

2 轴几何尺寸的设计计算

（1） 按照扭转强度初步设计轴的最小直径

根据《机械设计》教材P370表15-3，取A0=112，于是得

对于主动轴：

主动轴min1dA0113nP=11233.32375.83=33.63mm

考虑键槽min1d=33.63×1.05=35.31mm

输入轴的最小直径显然是安装在大带轮的孔里

所以d1=38mm

对于从动轮：

从动轴min2dA0223nP=11263.8049.83=52.89mm

考虑键槽min2d=52.89×1.05=55.53mm

输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径1d（如图所示）。为了时所选的轴直径1d与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号。

联轴器的计算转矩2TKTAca，查《机械设计》教材P351表14-1

考虑到转矩变化很小，故取3.1AK，则

2TKTAca=1.3 x 1005.57=1307.24N.m

45号钢，调质处理

b=640MPa

s=355MPa

1=275MPa

输入轴的最小直径d1=38mm

输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径1d

3.1AK 减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑拆装方便及经济问题，选用弹性柱销联轴器

按照计算转矩caT应小于联轴器公称转矩即TTca的条件

查《机械设计课程设计手册》P99表8-7选用LX4型弹性柱销联轴器，采用Y型轴孔，A型键轴孔直径选d=60mm，轴孔长度L=142mm

LT10型弹性套柱销联轴器有关参数如下表

半联轴器的孔径mmd60，故取1d=60mm，半联轴器长度mmB1420，半联轴器与轴配合的毂孔长度mmB1071

机械设计轴的计算与校核

首先，轴的强度计算是指根据轴的受力情况，计算轴的承载能力，以确定轴的直径和材料选用。轴的受力主要包括弯曲应力和剪切应力。弯曲应力是由于受到力矩的作用而产生的，剪切应力是由于受到转矩的作用而产生的。

轴的弯曲应力可以根据梁的弯曲公式进行计算。根据梁的受力和几何形状，可以得到轴的最大弯曲应力。通过查表或计算，可以选择合适的材料，确定轴的直径。

轴的剪切应力可以通过剪切强度计算得到。根据轴的直径和受力，可以计算出轴的剪切应力。通过查表或计算，可以确定轴的直径和材料。

此外，还需要考虑轴的刚度计算。轴的刚度是指轴在受力时产生的变形程度。根据轴的长度、直径和材料的弹性模量，可以计算出轴的刚度。刚度计算可以用刚度公式和有限元分析方法进行。

在进行轴的计算与校核时，还需要考虑轴的转速和使用寿命。转速会对轴产生一定的动态载荷，需对轴的疲劳寿命进行评估。根据轴的工作条件和材料的疲劳极限，可以计算出轴的理论寿命。如果轴的实际使用寿命小于要求的寿命，需要进行轴的优化设计，以提高轴的寿命。

综上所述，机械设计轴的计算与校核是机械设计中的重要环节。需要考虑轴的强度和刚度，并结合轴的转速和使用寿命进行综合评估。通过合理的计算与校核，可以保证轴在工作过程中的稳定性和可靠性。