轴的结构设计计算

1、四 轴的结构设计计算为使中间轴所受的轴向力小，则中间轴的两个齿轮的旋向和各轴的受力如图：高速轴中间轴 低速轴 （一）高速轴的结构设计 1已知该轴的功率，转速，转矩 =4.212kw， =960 r/min , =4.19nmm 2. 求作用在齿轮上的力 已知该轴上小齿轮的分度圆直径为 3、初步确定轴的最小直径按机械设计中式（152）初步计算轴的最小直径，选取轴的材料为40cr调质处理。根据表15-3，取，于是得显然，轴的最小直径是安装连轴器处的直径。按安装两个键槽处增大直径7，得同时选择联轴器，连轴器的计算转矩为，查表14-1考虑转矩的变化，取=1.5，则：=1.5按计算的转矩应小于联轴器的公

2、称转矩的条件，查标准，选用ml3型梅花形弹性联轴器（ml3联轴器）。其从动端公称转矩为90n.m,直径22mm,则取，半联轴器的长度为38mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度l1取34mm。4、轴的结构 （1）拟订轴上各零件的装配方案 根据设计要求，选择如图的方案，因为轴经与小齿轮的分度圆直径相差不大，故轴与齿轮采用一体的加工方案。 （2）根据轴向定位的要求确定各段轴的直径和长度 1）。为满足半联轴器的定位要求，i-ii段右端要制出一轴肩，取ii-iii段的直径为28mm，i-ii段的长度为34mm 2）。初步选择轴承 因轴承同时受经向和轴向力，径向力不是很大，故选用单列的深沟球轴承，参照工作要求

3、，根据，由轴承目录中初步选择中窄（3）系列，标准精度级的深沟球轴承，型号为6306，尺寸，故,其余尺寸参见图。 （3）键的选择 根据机械设计课程设计表14-1查得i-ii处的键的代号为 键628gb1096-79（6628）。 （二）中间轴的设计 1已知该轴的功率，转速，转矩 =3.963kw， =184.615r/min , =2.05003nmm ，2. 求作用在齿轮上的力 已知该轴上大齿轮的分度圆直径为 该轴上小齿轮的分度圆直径为3、初步确定轴的最小直径选取轴的材料为40cr调质处理。根据表15-3，取，于是得 中间轴的最小直径是与轴承配合处的直径，根据轴承内径系列，选择轴承代号为730

4、7ac取d=35mm，尺寸外形为 35mm80mm21mm,其余尺寸见图。 4轴的结构设计 安装大齿轮处的键型号为 键1245gb1096-79 安装小齿轮处的键型号为 键1270gb1096-79 轴上零件装配方案和尺寸如图（三）低速轴的设计1已知该轴的功率，转速，转矩 =3.728kw， =46.15 r/min , =771449nmm ，2. 求作用在齿轮上的力 已知该轴上齿轮的分度圆直径为 3、初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢调质处理。根据表15-3，取，于是得。安装两个键槽增大直径7，得取 此轴的最小直径是与联轴器配合处的直径，选取联轴器（同前面的方法一样）的型号为hl4的

5、弹性柱销联轴器（hl4联轴器48112gb5014-85），主动端d=48mm,长l=112mm，与联轴器配合处轴长l1=108mm。查机械设计课程设计表15-6，选择轴承代号为6311的深沟球轴承，尺寸外形为 4轴的结构设计 安装大齿轮的键型号为 键1863gb1096-97 安装联轴器处的键为 键14100gb1096-97 轴上零件装配方案和尺寸如图五.轴、轴承、键的校核 （一）各轴上的载荷 1.高速轴的校核 1），高速轴的弯扭组合强度的校核分析高速轴所受的力及弯扭矩受力如图: mv mh m t 水平面上受力分析 l= 206mm将危险截面的水平弯矩、垂直弯矩、总弯矩及扭矩列表：载荷水

6、平面h垂直面v支反力f=511.72n=1259.95n弯矩m总弯矩扭矩t2）.弯扭合成校核轴的强度 根据轴的弯扭合成条件，取,轴的计算应力为轴的材料为40cr，调质处理。由表15-1查得。因此，故安全。 3）精确校核轴的疲劳强度 确定危险截面由图可知截面弯矩较大，仅次于，且截面受扭，截面不受扭，故确定截面为危险截面。 截面左侧轴的材料为40cr调质由机械设计（下同）表15-1查得：有轴肩形成的理论应力集中系数按附表3-2查得：又由附图3-1查得：由附图3-2，3-3得：轴按磨削加工，由附图3-4查得：轴未经表面处理，即：因此该截面的强度是足够的。 截面右侧轴的材料为40cr调质由机械设计（下

7、同）表15-1查得：有轴肩形成的理论应力集中系数按附表3-2查得：又由附图3-1查得：由附图3-2，3-3得：轴按磨削加工，由附图3-4查得：轴未经表面处理，即：因此该截面的强度是足够的。 2.中间轴的校核1），中间轴的弯扭组合强度的校核分析高速轴所受的力及弯扭矩受力如图: mh mv m t l=180.5载荷水平面h垂直面v支反力f=4240.89n=3115.54n弯矩m总弯矩扭矩t将危险截面的水平弯矩、垂直弯矩、总弯矩及扭矩列表：2）.弯扭合成校核轴的强度 根据轴的弯扭合成条件，取,轴的计算应力为轴的材料为40cr，调质处理。由表15-1查得。因此，故安全。 3）精确校核轴的疲劳强度

8、确定危险截面由图可知截面弯矩较大，且截面受扭，截面不受扭，故确定截面为危险截面。 截面左侧轴的材料为40cr调质由机械设计（下同）表15-1查得：初选h7/k6配合，由附表3-8得：轴按磨削加工，由附图3-4查得：轴未经表面处理，即：因此该截面的强度是足够的。 截面右侧轴的材料为40cr调质由机械设计（下同）表15-1查得：有轴肩形成的理论应力集中系数按附表3-2查得：又由附图3-1查得：由附图3-2，3-3得：轴按磨削加工，由附图3-4查得：轴未经表面处理，即：因此该截面的强度是足够的。2.低速轴的校核1），低速轴的弯扭组合强度的校核分析高速轴所受的力及弯扭矩受力如图: mh mv m t

9、l=220mm载荷水平面h垂直面v支反力f=3555.63n=1839.12n弯矩m总弯矩扭矩t将危险截面的水平弯矩、垂直弯矩、总弯矩及扭矩列表：2）.弯扭合成校核轴的强度 根据轴的弯扭合成条件，取,轴的计算应力为轴的材料为40cr，调质处理。由表15-1查得。因此，故安全。 3）精确校核轴的疲劳强度 确定危险截面由图可知截面弯矩较大，且截面受扭，截面不受扭，故确定截面为危险截面。 截面左侧轴的材料为40cr调质由机械设计（下同）表15-1查得：初选h7/k6配合，由附表3-8得：轴按磨削加工，由附图3-4查得：轴未经表面处理，即：因此该截面的强度是足够的。 截面右侧轴的材料为40cr调质由机

10、械设计（下同）表15-1查得：有轴肩形成的理论应力集中系数按附表3-2查得：又由附图3-1查得：由附图3-2，3-3得：轴按磨削加工，由附图3-4查得：轴未经表面处理，即：因此该截面的强度是足够的。 （二）、滚动轴承 所有轴承预期寿命为三年。1.高速轴的轴承 轴承1 ：6306 轴承2 ：6306根据轴承型号6306取轴承基本额定动载荷为： ；静载荷为：1.求两轴承的计算轴向力和对于6306型的轴承，判断系数其值由的大小来确定,现在取,故取e=0.19,因此可取y=2.3;因此轴承1载荷较大,验算轴承一的寿命。.3求轴承当量动载荷和因为查表得因轴承运转中有轻微冲击,按表13-6 4.验算轴承寿

11、命 =故轴承使用寿命足够、合格。a.中间轴上的滚动轴承验算寿命计算轴承1 ：7307ac 轴承2 ：7307ac根据轴承型号7206c取轴承基本额定动载荷为：；基本额定静载荷为：1.求两轴承的计算轴向力和对于7206c型的轴承，按表13-7.轴承的派生轴向力，e为表中的判断系数,其值由的大小来确定,现在e未知,故先取e=0.4,因此可估算;=0.4因此轴承1被压,轴承2被放松.3求轴承当量动载荷和因为查表得因轴承运转中有轻微冲击,按表13-6 4.验算轴承寿命因为， =寿命合格. 3.低速轴上轴承的校核 轴承1：6311 轴承2：6311根据轴承型号6311取轴承基本额定动载荷为：c=55.2

12、kn；基本额定静载荷为：1.求两轴承的计算轴向力和得到3求轴承当量动载荷和因为查表得因轴承运转中有轻微冲击,按表13-6 因 4.验算轴承寿命 =故轴承使用寿命足够、合格。(三).键的设计和计算1.高速轴上同联轴器相连的键的设计选择键联接的类型和尺寸选择单圆头普通平键.材料为45钢根据 d=22mm查表6-2取： 键宽 b=6mm h=6mm l=28mm 校和键联接的强度 查表6-2得 =110mp工作长度 l=l-b=28-6=22mm键与轮毂键槽的接触高度 k=0.5h=0.56=3mm由式（6-1）得： 所以键比较安全.取键标记为： 键628gb1096-792.中间轴上定为高速级大齿

13、轮键的设计大齿轮处：选择键联接的类型和尺寸一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.根据 d=39mm查表取： 键宽 b=12mm h=8mm l=45mm 校和键联接的强度 查表6-2得 =110mp工作长度 l=l-b=45-12mm=33mm键与轮毂键槽的接触高度 k=0.5h=0.58=4mm由式（6-1）得： mpa 所以键比较安全.取键标记为： 键1245gb1096-79小齿轮处选择键联接的类型和尺寸一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.根据 d=39mm查表取： 键宽 b=12mm h=8mm l=70mm 校和键联接的强度 查表6-2得 =110m

14、p工作长度 l=l-b=70-12mm=58mm键与轮毂键槽的接触高度 k=0.5h=0.58=4mm由式（6-1）得： mpa 所以键比较安全.取键标记为： 键1270gb1096-79c.从动轴上定为低速级大齿轮键和联轴器相连的键的设计选择键联接的类型和尺寸一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.根据 d=59mm d=48mm查表6-1取： b=18mm h=11mm =63mm b=14mm h=9mm =100mm校和键联接的强度 查表6-2得 =110mp工作长度 52mm86mm键与轮毂键槽的接触高度 由式（6-1）得： 两者都合适取键标记为：齿轮处：键1863gb

15、1096-79联轴器处：键14100gb1096-79绘制装配草图。六.轴系部件的结构设计（1）滚动轴承的组合设计1）轴的支撑结构形式和轴系的轴向固定 普通的齿轮减速器，其轴的支撑跨度较小，采用两端固定支撑，轴承内圈在轴上可用轴肩或套筒做轴向固定，轴承外圈用轴承端盖定位。 设计两端固定支撑时，应适当留有轴向间隙，以补偿工作时轴的热伸长量。2) 轴承盖的设计 轴承用箱体内的油润滑，采用密封性较好的凸缘式轴承盖，各结构尺寸见装配图。3)滚动轴承的润滑与密封 因为两对齿轮的平均速度在1.5-2之间所以采用油润滑，但是需要用毡圈来密封。七.减速器箱体及附件设计 箱体的结构尺寸见装配图减速器的箱体采用铸

16、造（ht200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮配合质量。1. 机体有足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离h为40mm3. 机体结构有良好的工艺性.铸件壁厚为10，圆角半径为r=10。机体外型简单，拔模方便.4. 对附件设计 a 视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用m8紧固

17、b 油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。c 油标：采用m16圆形压配式油标安装位置见装配图d 通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.e 盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.f 定位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.g 吊耳：起吊箱盖。减速器机体结

18、构尺寸如下：名称符号计算公式结果箱座壁厚10mm箱盖壁厚10mm箱盖凸缘厚度15mm箱座凸缘厚度15mm箱座底凸缘厚度25mm地脚螺钉直径20mm地脚螺钉数目a250 n=44轴承旁联接螺栓直径16mm机盖与机座联接螺栓直径=（0.50.6）12mm轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）8mm n=46mm n=4视孔盖螺钉直径=（0.30.4）8mm定位销直径=（0.70.8）8mm，至外机壁距离查机械课程设计指导书表430mm22mm18mm， 至凸缘边缘距离查机械课程设计指导书表425mm16mm外机壁至轴承座端面距离=+（510）60mm大齿轮顶圆与内机壁距离1.215mm齿轮端面与内机壁

19、距离15mm机盖，机座肋厚8mm8mm轴承端盖外径+5112mm120mm170mm（七）. 润滑密封设计减速器内的传动零件和轴承都需要良好润滑,这不仅可以减少摩擦损失.提高传动效率,还可以防止锈蚀，降低噪声。对于二级圆柱齿轮减速器，滚动轴承采用飞溅润滑是由于齿轮其圆周速度接近2m/s。而齿轮采用浸油池润滑的方式，牌号n150. 为防止杂质飞溅进轴承，所以在轴承内侧设置挡油盘。八.装配图设计 （一）、装配图的作用作用：装配图表明减速器各零件的结构及其装配关系，表明减速器整体结构，所有零件的形状和尺寸，相关零件间的联接性质及减速器的工作原理，是减速器装配、调试、维护等的技术依据，表明减速器各零件

20、的装配和拆卸的可能性、次序及减速器的调整和使用方法。（二）、减速器装配图的绘制1、装备图的总体规划：（1）、视图布局：、选择3个基本视图，结合必要的剖视、剖面和局部视图加以补充。、选择俯视图作为基本视图，主视和左视图表达减速器外形，将减速器的工作原理和主要装配关系集中反映在一个基本视图上。布置视图时应注意：a、整个图面应匀称美观，并在右下方预留减速器技术特性表、技术要求、标题栏和零件明细表的位置。b、各视图之间应留适当的尺寸标注和零件序号标注的位置。（2）、尺寸的标注：、特性尺寸：用于表明减速器的性能、规格和特征。如传动零件的中心距及其极限偏差等。、配合尺寸：减速器中有配合要求的零件应标注配合

21、尺寸。如：轴承与轴、轴承外圈与机座、轴与齿轮的配合、联轴器与轴等应标注公称尺寸、配合性质及精度等级。查文献【2】p121、外形尺寸：减速器的最大长、宽、高外形尺寸表明装配图中整体所占空间。、安装尺寸：减速器箱体底面的长与宽、地脚螺栓的位置、间距及其通孔直径、外伸轴端的直径、配合长度及中心高等。（3）、标题栏、序号和明细表：、说明机器或部件的名称、数量、比例、材料、标准规格、标准代号、图号以及设计者姓名等内容。查gb10609.1-1989和gb10609.2-1989标题栏和明细表的格式、装备图中每个零件都应编写序号，并在标题栏的上方用明细表来说明。（4）、技术特性表和技术要求：、技术特性表说

22、明减速器的主要性能参数、精度等级、表的格式可查文献【2】例题，布置在装配图右下方空白处。、技术要求包括减速器装配前、滚动轴承游隙、传动接触斑点、啮合侧隙、箱体与箱盖接合、减速器的润滑、试验、包装运输要求。2、绘制过程：（1）、画三视图：、绘制装配图时注意问题： a先画中心线，然后由中心向外依次画出轴、传动零件、轴承、箱体及其附件。b、先画轮廓，后画细节，先用淡线最后加深。c、3个视图中以俯视图作基本视图为主。d、剖视图的剖面线间距应与零件的大小相协调，相邻零件剖面线尽可能取不同。e、对零件剖面宽度的剖视图，剖面允许涂黑表示。f、同一零件在各视图上的剖面线方向和间距要一致。、轴系的固定：a、轴向

23、固定：滚动轴承采用轴肩和闷盖或透盖，轴套作轴向固定；齿轮同样。b、周向固定：滚动轴承采用内圈与轴的过渡配合，齿轮与轴除采用过盈配合还采用圆头普通平键。可查文献【2】p85（2）、润滑与密封、润滑：齿轮采用浸油润滑。当齿轮圆周速度时，圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离3050mm。轴承润滑采用油滑。、密封：防止外界的灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。可参考文献【2】p111。（3）、减速器的箱体和附件：、箱体：用来支持旋转轴和轴上零件，并为轴上传动零件提供封闭工作空间，防止外界灰砂侵入和润滑逸出，并起油箱作用，保证传动零件啮合过程良好的润滑。、附

24、件：包括窥视孔及窥视孔盖、通气器、轴承盖、定位销、启箱螺钉、油标、放油孔及放油螺塞、起吊装置。3、完成装配图：（1）、标注尺寸：可参考文献【2】p147，标注尺寸反映其的特性、配合、外形、安装尺寸。（2）、零件编号（序号）：由重要零件，按顺时针方向依次编号，并对齐。（3）、技术要求：参考文献【2】p147九.零件图设计（一）、零件图的作用：作用：1、反映设计者的意图，是设计、生产部门组织设计、生产的重要技术文件。 2、表达机器或部件运载零件的要求，是制造和检验零件的依据。（二）、零件图的内容及绘制：1、选择和布置视图：（1）、轴：采用主视图和剖视图。主视图按轴线水平布置，再在键槽处的剖面视图。（2）、齿轮：采用主视图和侧视图。主视图按轴线水平布置（全剖），（反映基本形状；侧视图反映轮廓、辐板、键槽等。）2、合理标注尺寸及偏差：（1）、轴：参考文献【4】，径向尺寸以轴线为基准标注，有配