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低速轴Ⅲ的设计_减速箱课程设计
阅览次数: 更新时间:2016-05-30
七. 轴的设计计算
1. 低速轴Ⅲ的设计
(1)低速轴Ⅲ的运动参数
功率;转速;转矩
(1) 作用在齿轮上的力
因为已知低速级大齿轮的分度圆直径为
 
               
 
(2) 初步确定低速轴Ⅲ的最小直径
先按参考文献【2】式(15-2)初步估算表轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调制处理,取,于是得
                   
低速轴Ⅲ的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径,为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号。
联轴器的计算转矩,查参考文献【2】表14-1,考虑到转矩变化很小,故取,则:
                   
按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查GB/T 5014-2003,选用LX4型弹性柱销联轴器,其公称转矩为。半联轴器的孔径,故取,半联轴器长度,半联轴器与轴配合的毂孔长度
(3) 低速轴Ⅲ的结构设计
1) 拟定轴上零件的装配方案
低速轴Ⅲ的结构有装配如下:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
a)为了满足半联轴器的轴向定位要求,Ⅰ-Ⅱ轴段右端需制出一轴肩,故取Ⅱ-Ⅲ段的直径;左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径。半联轴器与轴配合的毂孔长度,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,故Ⅰ-Ⅱ段的长度应比略短一些,现取
b)初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用角接触球轴承。参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0级游隙、标准精度级的角接触球轴承7313AC,其尺寸为,故。而
左端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由参考文献【1】查得7313AC型轴承的定位轴肩高度,取
c)取安装齿轮处的轴段的直径;齿轮的右端与右轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为60mm,为了使套筒端面可靠的压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取。齿轮的左端采用轴肩定位,轴肩高度,故取,则轴环处的直径。轴环宽度,取。               
d)轴承端盖的总宽度为20mm。根据轴承端盖的装拆,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离,故取
e)取齿轮距箱体内壁之距离,圆柱齿轮与圆柱齿轮之间的距离。考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段距离,取,已知滚动轴承宽度,高速级大齿轮轮毂长,套筒长,则
            
             
至此,已初步确定了轴各段直径和长度。
3)轴上零件的周向定位
齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按由参考文献【2】表6-1查得平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为56mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为;同样,半联轴器与轴的连接,选用平键为,半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸从差为
4)确定轴上圆角和倒角尺寸
由参考文献【2】表15-2,取轴端倒角为,各轴肩处的圆角半径见低速轴Ⅲ的结构图。
(5)首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。对于7313AC角接触球轴承,由
参考文献【1】表15-6查得。因此,作为简支梁的轴的支撑跨距。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。

 
从轴的结构图积极弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面C出的的值列于下表。
载   荷 水平面 垂直面
支反力 , ,
弯矩
总弯矩
扭矩
(6)按弯扭合成应力校核轴的强度
根据参考文献【2】式(15-5)及上表中的数据,以及轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取,轴的就算应力
           
前已选定轴的材料为45钢,调质处理,由参考文献【2】表15-1查得。因此,故安全。
(7)精确校核轴的疲劳强度
1)截面A,Ⅱ,Ⅲ,B只受扭矩作用,虽然键槽,轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度,但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的,所以截面A,Ⅱ,Ⅲ,B均无需校核。
从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面Ⅵ和Ⅶ过盈配合引起的应力集中最严重;从受载的情况来看,截面C的应力最大。截面Ⅵ的应力集中的影响和截面Ⅶ的相近,但截面Ⅵ不受扭矩作用,同时轴径也较大,故不必做强度校核。截面C上虽然应力最大,但应力集中不大(过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端),而且这里轴的直径最大,故截面C也不必校核。截面Ⅳ和Ⅴ显然更不必校核。由参考文献【2】第三章附表可知,键槽的应力集中系数比过盈配合的小,因此该轴只需校核截面Ⅶ左右两侧即可。
2)截面Ⅶ右侧
抗弯截面系数         
抗扭截面系数         
截面Ⅶ右侧的弯矩
                     
截面Ⅶ的扭矩
                              
截面上的弯曲应力
                     
基面上扭转切应力
                     
轴的材料为45钢,调质处理。由参考文献【2】表15-1查得
截面上由于轴肩形成的理论应力集中系数按参考文献【2】附表3-2查取,经插值后可查得
                            ,  
又由参考文献【2】附图3-1可得轴的材料的敏性系数为
                            , 
故有效应力集中系数按参考文献【2】式(附表3-4)为
                      
                      
又由参考文献【2】附图3-2测尺寸系数;又由参考文献【2】附图3-3的扭转尺寸系数
轴按磨削加工,由参考文献【2】附图3-4得表面质量系数为
                                
轴未经表面强化处理,即,则按参考文献【2】式(3-12)及式(3-12a)的综合系数为
                      
                       
又由§3-1及§3-2得碳钢的特性系数
                        ,取
                        ,取
于是,计算安全系数值,按参考文献【2】式(15-6)-(15-8)则得
                      
                       
                      
故可知其安全
3)截面Ⅶ左侧
抗弯截面系数按参考文献【2】表15-4中的公式计算
                        
抗扭截面系数            
弯矩及弯曲应力为
                     
                         
扭矩的扭转切应力为
                               
                          
过盈配合处的,由参考文献【2】表3-8用插值法求出并取,于是得
                              
轴按磨削加工,由参考文献【2】附图3-4的表面质量系数为
                                 
故得综合系数为
                         
                         
所以轴在截面Ⅶ左侧的安全系数为

                       
                       
故该轴在截面Ⅶ左侧的强度也是足够的。本设计因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性,故可略去静强度校核。至此,本轴的设计即告结束。
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