机械设计轴的设计案例

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1、例图示为用于带式输送机的单级斜齿圆柱齿轮减速器。减速器由电动机驱动。已知输出轴传递功率P=11kW，转速n=210r/min，作用在齿轮上的圆周力Ft=2618N，径向力Fr=982N，轴向力Fa=653N，大齿轮分度圆直径d2=382mm，轮毂宽度B=80mm。试设计减速器的输出轴。解：1.选择轴的材料并确定许用应力选用45钢正火处理，由表10-1查得强度极限，由表10-4查得其许用弯曲应力。2.确定轴输出端直径按扭转强度估算轴输出端直径由表10-3取C=110，则考虑有两个键槽，将直径增大7%，则此段轴的直径和长度应和联轴器相符，根据机械设计手册选取TL7型弹性套柱销联轴器，其轴孔直径

2、为45mm，和轴配合部分长度为84mm，故轴输出端直径d=45mm。3.轴的结构设计（1）轴上零件的定位、固定和装配单级减速器中，可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称布置（图），齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向固定靠平键和过渡配合。两轴承分别以轴肩和套筒定位，周向则采用过渡配合或过盈配合固定。联轴器以轴肩轴向固定，右面用轴端挡圈轴向固定，平键联接作周向固定。轴做成阶梯轴，左轴承从左面装入，齿轮、套筒、右轴承和联轴器依次从右面装到轴上。（2）确定轴各段直径和长度I段即外伸端直径d1=45mm，其长度应比联轴器轴孔的长度稍短一些，取L1=80mm。II段直径d2=55mm，（由机

3、械设计手册查得轮毂孔倒角C1=2.5mm，取轴肩高度h=2C1=2×2.5mm=5mm，故d2=d1+2h=45mm+2×5mm=55mm），亦符合毡圈密封标准轴径。初选6311型深沟球轴承，其内径为55mm，宽度为29mm。考虑齿轮端面和箱体内壁、轴承端面与箱体内壁应有一定距离，则取套筒长为20mm。通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定距离而定，为此取该段长为55mm。安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm，故II段长L2=(2+20+29+55)mm=106mm。III段直径d3=60mm，长度L3=(80-2)mm=78mm。IV段直径d4=72（由机械设计

4、手册查得C1=3mm，取h=2C1=2×3mm=6mm，d4=d3+2h=60mm+2×6mm=72mm），长度和右面套筒长度相同，即L4=20mm。但此轴段左面为滚动轴承的定位轴肩，考虑便于轴承的拆卸，应按轴承标准查取。由机械设计手册查得其安装尺寸为h=5mm，该段直径应为（55+5×2）mm=65mm，它和d4不符，故把IV段设计成阶梯形（或锥形），左段直径为65mm。V段直径d5=55mm，长度L5=29mm。绘制轴的结构设计草图。由上述轴各段长度可算得支承跨距L=149mm。4.按弯扭合成强度校核轴的强度（1）绘制轴受力简图（图a）。（2）绘制垂直面弯矩图（图b）。轴承支反力：计算

5、弯矩：截面C右侧弯矩截面C左侧弯矩（3）绘制水平面弯矩图（图c）轴承支反力：截面C处的弯矩：（4）绘制合成弯矩图（图d）（5）绘制转矩（图e）（6）绘制当量弯矩图（图f）转矩产生的扭剪应力按脉动循环变化，取，截面C处的当量弯矩为（7）校核危险截面C的强度强度足够。5.绘制轴的工作图（略）。