轴的设计流程.ppt

1、1,潍坊旷远电器有限公司 Tel:轴的结构与强度设计 Design of shafts,Updated 11/11/2008, Richard,认识轴承,轴承,2,设计图示双级圆柱齿轮减速器中的轴。已知：齿轮4传递的功率P4=5kW，轴转速n2=700r/min，齿轮3为右旋斜齿圆柱齿轮，分度圆直径d3=41.392 mm, d4=206.96mm，传动比i3,4=5, 齿宽b2=b3=45mm, b4=40mm。螺旋角3=94147，齿轮与轴的配合为H7/k6。,想一想：设计的步骤,一、选择轴的材料,二、初估轴径(按扭转强度进行初步计算),三、轴的结构设计 轴的结构

2、,四、轴的强度设计,轴上零件的布置、各轴段直径与长度、定位与固定、过渡圆角等,弯扭合成 安全系数法校核几个危险截面 (一般不用),到P3,3,具体设计过程,一、选择轴的材料,中小功率，转速较低，无特殊要求，故选用45钢，调质处理 查P211表12-7：45 调质，d 100 时：B=650 MPa , S=360 MPa,二、初估轴径:即按许用扭转切应力法,查P314表16.2,此为轴的最小直径，因需安装联轴器，故要开一键槽，直径增大3% 36.921.03=38.02mm， 装联轴器时，轴径应符合联轴器的标准系列，取dmin=40mm (查标准),4,三、轴的结构设计,1. 轴上的零件种类及

3、其布置 1)联轴器：查设计手册，拟用弹性圈柱销联轴器B4，其孔径40mm，孔长64， 与轴配合长度为60（轴左端装压板，此轴段长度适当缩短）,2) 联轴器右端面与轴承左端面距离取50（联轴器与轴承盖不能相碰）,3)为便于装拆，安装轴承的轴段直径应比最小端直径40大，选7210C轴承，手册查得 509020（内径外径宽度）,4) 齿轮4的齿宽为b4=40，轮毂宽度与相配轴径有关，相当于(1.21.5)d 5) 另一端轴承同为509020，B=20mm,5,三、轴的结构设计,2. 轴的各段直径的确定 第一段：装联轴器，d1=40mm,第二段：对联轴器右端面定位，采用轴肩定位 联轴器倒角1.545，

4、故定位轴肩高度h=(23)c=1.5 (23)=34.5 d2=47mm,第三段：装轴承处 d3=50mm（满足非定位轴肩h=1.52mm）,第四段：对齿轮4和轴承定位，d4=63mm， 齿轮1.545，轴肩高h=(23)c=34.5,第五段：装齿轮4处 d5=53mm （满足上述轴肩要求） 第六段：装轴承处 d6=50mm （非定位轴肩h=1.52mm）,6,3. 轴的各段长度的确定 第一段：装联轴器，L1=60mm,第二段：轴承盖的厚度(内装密封圈)，回转件与不动件距离：取L2=50mm,第三段：装轴承与套筒，轴承B=20，套筒25；L3=20+25=45mm,第四段：与II轴有关，齿轮2

5、的b2=45，齿轮2、3间10mm，L4=45 + 10=55,第五段：齿轮b4=40mm，轴径d5=53mm，考虑齿轮安装稳定性，配合长度 应为L=(1.21.5)d5=63.679.5，同时还需考虑定位可靠性(即此轴段缩进)， 取 L5=76mm 第六段：装轴承等，同第三段,7,3. 轴上零件的定位、固定、过渡圆角 1) 齿轮4轴向固定左侧用d=63的轴肩定位，右侧套筒定位（长24mm),2) 联轴器用47的轴肩定位，另一侧靠压板固定,3）齿轮的周向固定用平键，轴承的周向固定用过盈配合 联轴器的周向固定用平键,4）各轴段处过渡圆角均为r1，（因齿轮处内圆角为r1.5，为统一用r1 也可按各

6、段查手册),5) 轴上零件装拆: 齿轮4及右侧零件从右装、拆; 齿轮4左侧零件从左装、拆,几种不同的结构方案如下：,8,9,四、轴的强度计算,（一）按弯扭合成计算 1. 画出轴的受力图，求出齿轮4上的力,2. 把轴上力分解到水平面和垂直面上并求出支反力,10,11,3. 作垂直面上弯矩MV 及水平面弯矩MH 图,12,4. 作合成弯矩M 图,13,5. 作转矩T 图,14,6. 作当量弯矩Me 图,15,16,7. 校核轴的直径,2剖面的直径最小，7剖面当量弯矩最大，所以可校核2、7二个剖面,思考：直径能否改小？,17,四、轴的强度计算,（二）用安全系数法精确校核轴的疲劳强度,18,1. 判断

7、危险剖面 1-9剖面均为有应力集中源的剖面，均可能是危险剖面，其中24剖面均为过渡圆角引起的应力集中，其当量弯矩值很接近，故只验算2剖面（已校核） 59剖面比较，其直径均相同，8、9剖面的当量弯矩小，7剖面虽当量弯矩最大，但应力集中影响较小(过盈配合及键槽引起的应力集中均在二端)，所以5、6二剖面较危险,19,2. 校核危险剖面 5、6 1) 由5剖面的H7/k6配合引起的综合影响系数 P330 附表3 注意表下附注 (K)D =0.4+0.6 (K)D =0.4+0.62.635=1.98 (K)D 的含义：P44 2) 5剖面因过渡圆角引起应力集中 P329 附表1,kt=1.59,20,

8、3) 6剖面因键槽引起应力集中， P330 附表2 A型键,4)尺寸系数：、 P331 附表6 d=53 查得，=0.81 =0.76 5) 表面状态 P331 附表5 =0.92,21,6) 计算综合影响系数(解释一下意义)： a ) 过渡圆角引起：,b ) 因键槽引起的应力集中,c) 因过盈配合 (H7/k6) 引起,KD=2.635 KtD=1.98,22,如果一个截面上有多种产生应力集中的结构,则分别求出其有效应力集中系数,从中选用最大值。所以选5剖面过渡圆角处综合影响系数(K)D=3.26，键槽引起的综合影响系数(K)D=2.33计算疲劳强度,7) 计算5剖面的合成弯矩,23,8) 计算5剖面的安全系数,24,返回P6,25,返回P2,Design objectives: what features of the shaft need to be specified before you complete the design of this shaft?,Design details:,Diameter of each segment,Length of each segment,Ar