1、设计某搅拌机用的单级斜圆柱齿轮减速器中的低速轴（包括选择轴两端的轴承及外伸端的联轴器） ，如下图所示。已知：电动机额定功率 P=4kW，转速 ，低速轴转速 ，大min/7501rnmin/1302rn齿轮节圆直径 ，宽度 ，齿轮螺旋升角 ，法相压力角md302B9。0要求：1）完成轴的全部结构设计： 2）根据弯扭合成理论验算轴的强度； 3）精确校核轴的危险截面是否安全；4)画出轴的零件图。1.求出低速轴上的功率 和转矩2P2T若取轴承传动的效率（包括轴承效率在内） ，则 97.0kW83.42mNnPT 25011083950222.求作用在齿轮上的力因知低速级大齿轮的节圆直径为 md2而 N
2、dTFt 1903258ntr 72costacosaNFta 401t90圆周力 ，径向力 及轴向力 的方向如图所示traF3.初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 钢，调质处理。根据表 15-3，取 ，于是得120AmnPd7.34108.3320min 考虑轴与联轴器连接有键槽，轴径增加 3%。 md7.35%in输出轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径（图） 。为了使所选用的轴径与联轴器的孔径相适应，故同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩 ，查表 14-1，考虑是搅拌器，故取 ，则：2TKAca 7.1AKmN4853580317.按照计算转矩
3、 应小于联轴器的公称转矩的条件，查机械设计手册，选用 LX3 的弹性柱销caT联轴器，其公称转矩为 1250000Nmm。半联轴器的孔径为 ，故取d1，半联轴器的长度 ，半联轴器于轴配合的毂孔长度 。md3821 mL82 mL6014.轴的结构设计（1 ）拟定轴上零件的装配方案设计参考图 15-22a 的装配方案（2 ）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2 段轴右端需制出一轴肩，轴肩高度，参照表 15-2 得， ，故取 2-3 段的直径)(,3(RCh )6.1(2.RmC；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md412 mD
4、42配合的毂孔长度 ，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故L6011-2 段的长度应比略短一些，现取 。ml93212）初步选择滚动轴承，因轴承同时受轴向载荷与径向载荷的作用，故选取接触角较小的角接触球轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取 0 组基本游隙组，标准精度等级的角接触球轴承 7009C，其基本尺寸为 ，故取mBDd16754，而 。md457632l167右端滚动轴承采用轴肩定位。查机械设计手册的 7009C 型的轴承的定位轴肩直径，因此取 。a1mind5263)取安装齿轮处的轴段 4-5 的直径 ；齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位。m043已知齿轮
5、轮毂宽度为 90mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此处轴段应略短于轮毂宽度，故取 。齿轮左端采用轴肩定位，轴肩高度 ，由轴径查表ml8643 )(,32(RCh15-2，得 ，故取 ，则轴环处直径 。轴环宽度R.1h8.4md6.594，取 。72.hbl0654）轴承端盖的总宽度 15（由减速器及轴承端盖的结构设计而定） 。根据轴承端盖的装拆及便于对轴添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面的距离 （参看l20图） ，故取 。ml325）取齿轮距箱体的距离 a=10mm，考虑箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体一段距离 s，取 ， （参看图） ，已知滚动轴承宽度 ，则mB
6、16aBl 8)690(54ms1276至此，已初步确定轴的各段直径和长度。（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。按由表查的平键截面尺寸，键槽用键槽铣刀加工，长度 56mm，同时为保证齿轮与轴配合有hb106良好的对中性，故选用齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平78mH键为 ， 半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向定位是有过mhb810k渡配合来保证的，此处选用轴的直径尺寸公差 m7。（4 ）确定轴上圆角与倒角尺寸参考表 15-2，取轴端倒角为 ，各轴肩处的圆角半径按表 15-2 查取2C5.求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算
7、载荷图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取 a值。对于 7009C 型角接触球轴承，由手册中查的 。因此，作为简支梁的轴的支ma16撑跨距 ，根据轴的计算简图做出轴的弯矩图lllL2876543 和扭矩图。（1 ）做出轴的受力简图。（2 ）求支反力：水平支反力 NFtHBA9502垂直面支反力 LdarVA82/NLdFFarVB132/水平弯矩 mMHBC617502垂直弯矩 C 点左边 NLFVAC3C 点右边 mMVB7452合成弯矩 C 点左边 NCH812C 点右边 VC652扭矩 mNT285031做合成弯矩 图， 该轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取caM59.0C
8、点左边 mNTCca 815722 C 点右边 6926.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度，根据式（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 ，59.0轴的计算应力C 截面 MPWTcaC53.6221D 截面 adcaD90321前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由表 15-1 查的 ， ，MPa601PaB640， 。因此 ，故安全。MPa2751Pa51caC7.精确校核轴的疲劳强度（1 ）判断危险截面C 截面应力最大且有键槽，D 截面有键槽有扭矩，故需要校核 C,D 两个截面（2 ）截
9、面 C 由表 15-4 计算抗弯，抗扭截面系数抗弯界面系数 （圆形截面）1250.323dW抗扭界面系数 （圆形截面）.163T截面 C 左侧的弯矩 mNTMCca 815722 截面 C 上的扭矩 28503截面上的弯曲应力 PaWb.6截面上的扭转切应力 T4.12轴的材料为 45 钢，调质处理。由表 15-1 查得 ， ，MPaB60Pa2751。MPa15查附表 3-4，C 截面因键槽引起的应力集中系数 ， 。查表附表 3-2 得绝5.1k.k对尺寸影响截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 按附表 3-2 查取。因 ， ，经 drD插值计算后可得，又由附图 3-1 可得轴的材料的
10、敏性系数为，q故有效应力集中系数按式（附 3-4）为1kq由附图 3-2 的尺寸系数 ；由附图 3-3 的扭转尺寸系数74.0 85.0轴按磨削加工，由附图 3-4 的表面质量系数为 92.轴未经表面强化处理，即 ，则按式（3-12）及式（3-14b）的综合系数为：1q1.2kK9.又由3-1 和3-2 得碳钢的特性系数为：，取2.0115.，取5 08于是计算安全系数 值，按式（15-6）(15-8) 则得：caS76.141maKS3.91aSSc 68.72故可知 C 左安全。(3)截面 C 右侧由表 15-4 计算抗弯，抗扭截面系数抗弯界面系数 （圆形截面）1250.323dW抗扭界面
11、系数 （圆形截面）.163T截面 C 左侧的弯矩 M 及弯曲应力mNTCca 269185253.1Wb截面 C 上的扭矩 及扭转应力2TmN80MPaT4.12轴按磨削加工，由附图 3-4 的表面质量系数为9.0故综合系数为： 1kK所以轴在截面 4 右侧的安全系数为 maKS1a12Sc故轴在截面 4 右侧的强度也是足够的。轴的静强度校核略去，至此，轴的设计计算即结束。8.绘制轴的零件图（3 ） D 截面（只校核扭矩）抗扭截面系数 4.10972.1633dWT扭矩 mN8502扭转应力 97.T截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 按附表 3-2 查取。因 ，052.dr，经插值计算后可得184.dD12.又由附图 3-1 可得轴的材料的敏性系数为83.0q故有效应力集中系数按式（附 3-4）为1.1k由附图 3-2 的尺寸系数 ；由附图 3-3 的扭转尺寸系数74.0 86.0本轴段按精车加工，由附图 3-4 的表面质量系数为 .故综合系数为： 42.1kK所以轴在截面 D 的安全系数为 5.9.71SSma所以 D 截面安全
