带式输送机二级直齿圆柱齿轮减速器设计之轴设计各轴轴径计算

-1-带式输送机二级直齿圆柱齿轮减速器设计之轴设计各轴轴径计算一、1.轴的基本参数确定(1)在进行带式输送机二级直齿圆柱齿轮减速器设计时，轴的基本参数的确定是至关重要的环节。首先需要明确轴的用途和工作条件，包括轴所承受的扭矩、转速、载荷类型以及工作环境等。这些参数将直接影响轴的设计和计算过程。例如，轴的转速决定了所需的强度和刚度要求，而载荷类型则影响轴的尺寸和材料选择。(2)在确定了轴的基本用途和工作条件后，接下来需要确定轴的直径和长度。轴的直径通常取决于轴的强度计算，包括抗扭强度和抗弯强度。对于抗扭强度，需要根据轴所承受的扭矩大小来选择合适的直径，确保轴在传递扭矩时不会发生扭断。而对于抗弯强度，则需要考虑轴的弯曲载荷，选择足够的直径以防止轴产生过大的弯曲变形。(3)轴的长度确定同样重要，它不仅影响到轴的刚度，还关系到轴与其他零部件的装配和定位。轴的长度应确保轴与齿轮、轴承等部件的配合精度，同时也要考虑到轴在安装和拆卸过程中的方便性。在确定轴的长度时，还需要考虑到轴端连接、轴肩高度等因素，以确保整个轴系统的稳定性和可靠性。二、2.轴的承载能力计算(1)轴的承载能力计算是轴设计过程中的关键步骤，它涉及到对轴在运行过程中可能承受的载荷进行评估。首先，需要计算轴所承受的扭矩，这通常由减速器输入轴传递的功率和转速决定。根据功率和转速，可以使用公式P=2πNT/60来计算扭矩，其中P是功率，N是转速，T是扭矩。扭矩的大小直接影响轴的直径和材料的选择。(2)在计算轴的承载能力时，除了扭矩之外，还需要考虑轴可能承受的弯曲载荷。弯曲载荷通常由轴上的齿轮、键、轴承等部件引起。轴的弯曲应力可以通过弯曲强度公式进行计算，如σ=My/I，其中σ是弯曲应力，M是弯矩，y是离中性轴的距离，I是轴的截面惯性矩。通过计算得到的弯曲应力必须小于材料的许用弯曲应力，以确保轴的弯曲强度。(3)除了扭矩和弯曲载荷，轴在运行过程中还可能受到剪切力、轴向力等载荷的影响。剪切力通常由轴上的键和齿轮的啮合力引起，而轴向力则可能由轴的轴向载荷和齿轮的轴向力产生。这些载荷都会对轴的强度产生影响，因此在设计过程中需要综合考虑。轴的剪切强度可以通过剪切应力公式σ=F/A进行计算，其中F是剪切力，A是剪切面积。同样，轴向力也需要通过相应的公式进行计算，并确保轴的轴向强度满足设计要求。三、3.轴的应力校核(1)轴的应力校核是验证轴设计是否满足强度要求的重要步骤。这一步骤通常涉及计算轴在受到各种载荷作用时的应力，并将其与材料的许用应力进行比较。应力包括弯曲应力、扭转应力和剪切应力，这些应力需要分别计算并校核。弯曲应力通常由轴上的载荷分布和轴的几何尺寸决定，而扭转应力和剪切应力则与轴所传递的扭矩和剪切力相关。(2)在进行应力校核时，首先需要对轴的截面形状进行详细的几何分析，计算其惯性矩和截面模数等参数，这些参数是确定轴的弯曲和扭转强度的关键。随后，利用载荷分布情况计算出作用在轴上的弯矩和扭矩，进而得到对应的弯曲应力和扭转应力。同时，考虑到剪切应力的存在，需要对轴的剪切面积进行计算，并确定剪切应力的大小。(3)完成应力计算后，需要将计算得到的应力与材料的许用应力进行比较。如果计算得到的应力值小于或等于许用应力值，则说明轴的设计是安全的，可以满足使用要求。反之，如果应力值超过了许用应力，则需要重新调整设计，如增加轴的直径、更换材料或者优化载荷分配，以确保轴的强度和安全性。这一过程需要反复进行，直至轴的应力满足设计要求。四、4.轴径计算与校核(1)在轴径计算与校核阶段，以某带式输送机二级直齿圆柱齿轮减速器为例，假设其输入轴转速为1000转/分钟，传递功率为75千瓦。根据功率和转速，计算出扭矩T为T=P*60/(2*π*N)=75*60/(2*π*1000)≈35.4千牛·米。考虑轴的扭转强度，根据公式σ_t=16*T/(π*d^3)，可得轴径d需满足σ_t≤[σ_t]。假设许用扭转应力[σ_t]为100兆帕，则d≥∛(16*35.4*10^3/(π*100*10^6))≈58毫米。(2)对于轴的弯曲强度校核，假设输入轴上的齿轮产生的最大弯矩M为20千牛·米，轴的长度L为600毫米，截面惯性矩I为0.049*10^6毫米^4。根据公式σ_b=(M*y)/I，其中y为距中性轴的距离，通常取y为轴径的一半，即d/2。代入数据计算得σ_b=(20*300)/(0.049*10^6)≈1.26兆帕。此应力远低于材料的许用弯曲应力[σ_b]为150兆帕，因此轴的弯曲强度满足要求。(3)在进行轴径计算与校核的过程中，还需要考虑轴的刚度要求。以输入轴为例，假设其刚度需满足K≥(F*L)/δ，其中F为作用在轴上的载荷，L为轴的长度，δ为允许的挠度。若载荷F为15千牛，L为600毫米，允许挠度δ为0.01毫米，则刚度K需满足K≥(15*600)/0.01≈900千牛/米。通过查阅轴的刚度计算公式，结合轴径d和材料弹性模量E，可得K=(π^