变速箱 轴的设计实例分析(北理工).doc

轴的设计实例分析 设计如图10—63所示的带式运输机中单级斜齿轮减速器的低速轴。已知电动机的功率＝25kW，转速＝970r／min；传动零件(齿轮)的主要参数及尺寸为：法面模数＝4mm，齿数比＝3．95，小齿轮齿数＝20，大齿轮齿数＝79，分度圆上的螺旋角，小齿轮分度圆直径＝80．81mm，大齿轮分度圆直径＝319．19mm，中心距＝200mm，小齿轮的轮毂宽度＝85mm，大齿轮的轮毂宽度＝80mm。 图10—63 齿轮减速器的装配简图 设计及计算步骤如下： 1．选择轴的材料 该轴无特殊要求，因而选用调质处理的45钢，由表10—l知，＝650MPa＝MPa、＝MPa、＝MPa。 的最小轴径。先据表10—17，按45钢，取＝l10；输出轴的功率 (为联轴器的效率，取099；为滚动轴承效率，取099；为齿轮啮合效率，取098)＝25×099×0.99×0.98kW＝24kW；输出轴的转速r／min。 mm 由于安装联轴器处有一个键槽，轴径应增加5％；为使所选轴径与联轴器孔径相适应，需同时选取联轴器。从手册上查得，选用HL4弹性柱销联轴器J55×84／Y55×l12。故取轴与联轴器联接的轴径为55mm。 ×＝18×11，配合均用H7／k6；滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴的尺寸公差为k6。 图10—65 轴上零件的装配方案 （3）确定各段轴径和长度(图10—66) 图10—66 轴的结构设计 轴径：从联轴器向左取φ55→φ62→φ65→φ70→φ80→φ70→φ65。 轴长：取决于轴上零件的宽度及它们的相对位置。选用7213C轴承，其宽度为23mm；齿轮端面至箱壁间的距离取＝15mm；考虑到箱体的铸造误差，装配时留有余地，取滚动轴承与箱内边距＝5mm；轴承处箱体凸缘宽度，应按箱盖与箱座联接螺十(10～20)mm，取50mm ；轴承盖厚度取为20mm为15mm度为84mm轴长为82mm＝80mm，为使套筒压住齿轮端面，取相应轴长为78mm。 根据以上考虑可确定每段轴长，并可算出轴承与齿轮、联轴器间的跨度(图10—66)。 （4）轴的结构工艺性 考虑轴的结构工艺性，在轴的左端与右端均制成2×45°倒角；左端支承轴承的轴颈为了磨削到位，留有砂轮越程槽；为便于加工，齿轮、半联轴器处的键槽布置在同一母线上，并取同一剖面尺寸。 4．轴的强度校核 先作出轴的受力计算简图(即力学模型)如图10—67（a）所示，取集中载荷作用于齿轮及轴承的中点。 （1）求齿轮上作用力的大小、方向 齿轮上作用力的大小： 转矩 N·m 圆周力 N 径向力 N 轴向力 N 、、的方向如图10—67（a）所示。 （2）求轴承的支反力 水平面上支反力 N 垂直面上支反力 N N （3）画弯矩图(图10—67b、c、d) 截面C处的弯矩： 水平面上的弯矩 N·m 垂直面上的弯矩 N·m N·m 合成弯矩 N·m N·m （4）画转矩图(图10—67e) N·m 图10—67 轴的强度计算 （5）画当量弯矩图(图10—67f) 因单向回转，按脉动循环剪应力处理，则 截面C处的当量弯矩 截面C左侧（转矩为零） N·m 截面C右侧（转矩不为零） N·m （6）判断危险截面并验算强度 截面C当量弯短最大，故截面C为危险截面。已知N·m，＝MPa ，故 所以该轴的强度足够。