【正文】 ?? 機械設計基礎課程設計 陳秀峰 景德鎮(zhèn)陶瓷學院 2022 級熱能與動力工程專業(yè) 2022 年 3 月 27 1 .SSSSS24 .9 40 .124 .9 4200KS00 .355KS2222cam1m1??????????????????????????????????????????? 故可知安全。 ③截面 5 右側 抗彎截面系數(shù) 333 6 4 0 . 1 dW mm???? 抗扭截面系數(shù) 333T . 2 dW mm???? 截面 5 右側彎矩 M 為 1 .ca ????????? 36400W mm? 3T 12800W mm? 2 5 3 9M ?? 截面 5 上的扭矩為 mmN42380T ?? 截面上的彎曲應力 M P ??? WMb? 截面上的扭轉切應力 M P 00423 80T T ??? Wb? 過盈配合處的 k??? ，由 文獻【１】 附表 38 用插值法求出，并取 ????? ，于是得 ???? ???? ， 軸按磨削加工，由 文獻【１】 附圖 34 得表面質量系數(shù)為 ?? ?? ?? 故得綜合系數(shù)為 ?? mmN42380T ?? ?b? ?b? ?????? 機械設計基礎課程設計 陳秀峰 景德鎮(zhèn)陶瓷學院 2022 級熱能與動力工程專業(yè) 2022 年 3 月 28 ?????????????????????????? 計算安全系數(shù) caS 值 1 .SSSSS23 .3 10 .123 .3 1200KS00 .355KS2222cam1m1??????????????????????????????????????????? 故可知安全。 ???? 1 .ca ???????? 機械設計基礎課程設計 陳秀峰 景德鎮(zhèn)陶瓷學院 2022 級熱能與動力工程專業(yè) 2022 年 3 月 29 中間軸設計 （ 1）求輸入軸上的功率 2p 、轉速 2n 和轉矩 2T kwp ? min/4002 rn ? mNT ?? （ 2）求作用在齒輪上的力 已知圓柱 直 齒輪分度圓直徑 mmd 751 ? NFFNdTFtrt a n2553t a n255375 113221??????????? 已知圓錐齒輪的分度圓半徑為 mmdd Rm 175)(210)(22 ??????? ? NFFNFFNd TFtatrmt i i ntan o o stan 39。22239。2223222??????????????????????????? 圓周力 1tF 、 2tF ，徑向力 1rF 、 2rF 及軸向力 1aF 、 2aF 如圖53 FFFFFF FFFF D/2FMMMMMM kwp ? min/4002 rn ? mNT ?? NFNFrt255311?? NFNFNFart222??? 機械設計基礎課程設計 陳秀峰 景德鎮(zhèn)陶瓷學院 2022 級熱能與動力工程專業(yè) 2022 年 3 月 30 圖 53 軸的載荷分析圖 （ 3）初步確定軸的最小直徑 先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 40rC （調質），根據文獻【１】表 153，取 110A0 ? ，得 33220m in ???? nPAd， 中間軸最小直徑顯然是安裝滾動軸承的直徑 12d? 和 56d? （ 4）軸的結構設計 ① 擬定軸上零件的裝配方案（見下圖 54） ②根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1） 初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力，故選用單列圓錐滾子軸承，由 文 獻【 ２ 】 表 151 中初步選取 0 基本游隙組，標準精度級的單列圓錐滾子軸承 30206 ， 其 尺 寸 為mmmmmmTDd ????? 。 mmdmmd 3030 6521 ?? ?? ， 這對軸承均采用套筒進行軸向定位。 2） 取安裝齒輪的軸段， mmd 3532 ?? 錐齒輪左端與左軸承之 間 采 用 套 筒 定 位 ， 已 知 錐 齒 輪 輪 轂 長~ ? ，為了使套筒端面可靠地壓緊端面，此軸段應略短于輪轂長，故取 mm40L 32 ?? ，齒輪的右端采用軸肩定位 軸肩高度 ? ，故取 mmh ? ，則軸環(huán)處的直徑為 mm42d 43 ?? 。取 mm12L 43 ?? 。 3） 已知圓柱斜輪齒寬 mm80B1 ? ，由于結構上的需要，將其設計為齒輪軸，軸段應略短于輪轂長，故取mm76L 54 ?? ，在齒輪右端再設一軸肩，取 mm35d 54 ?? ，mm50L 65 ?? 。 ③軸上的周向定位 圓錐齒輪的周向定位采用平鍵連接，按 23d? 由 文獻【１】表 61 查得平鍵截面 mmmmhb 810 ??? ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 32mm，同時為保證齒輪與軸配合有良好的 ?d mm mmd 3021 ?? mmd 3532 ?? mm42d 43 ?? mm35d 54 ?? mmd 3065 ?? 機械設計基礎課程設計 陳秀峰 景德鎮(zhèn)陶瓷學院 2022 級熱能與動力工程專業(yè) 2022 年 3 月 31 對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 6kH7 ； ④確定軸上圓角和倒角尺寸 ，取軸端倒角為 2 45?? 圖 54 軸的結構與裝配 (5) 求軸上的載荷 表 52 軸上載荷 (6) 按彎扭合成應力校核軸的強度 根據上表中的數(shù)據及軸的單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取 ?? ，軸的計算應力 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F ? ? ? ? 彎矩 M 63M 2MH2H1 ?? ?? 2 2 0 7MV3 ?? 總彎矩 5 1 3 5 4 2 0 6 3M 22m a x ???? 扭矩 T mmN95740T ?? 5 1 3 5 2M ??mmN95740T ?? 機械設計基礎課程設計 陳秀峰 景德鎮(zhèn)陶瓷學院 2022 級熱能與動力工程專業(yè) 2022 年 3 月 32 M P )( 2)( 3 22222 ?? ????? W TMca ?? 前已選定軸的材料為 40rC （調質），由 文獻【１】 表 151查得 ? ? ? ?1170 , caM P a? ? ?????， 故安全。 (7) 精確校核軸的疲勞強度 ① 判斷危險截面 截面 5 左右側受應力最大 ②截面 5 右側 抗彎截面系數(shù) 333 7 0 . 1 dW mm???? 抗扭截面系數(shù) 333T 4 0 .2 dW mm???? 截面 5 右側彎矩 M 為 5 1 3 5 2M ?? 截面 5 上的扭矩為 mmN95740T ?? 截面上的彎曲應力 M P ??? WMb? 截面上的扭轉切應力 M P 0T T2 ??? Wb? 軸的材料為 40rC ，調質處理。由表 151 查得 11735 , 355 , 200B M Pa M Pa M Pa? ? ???? ? ?。 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù) ?? 及 ?? 按 文獻【１】 附表 32 查取。因 ??d ， ??d ，經插 值后查得 ?? ?? ?? ， 又由 文獻【１】 附圖 31 可得軸的材料敏感系數(shù)為 , ???? 故有效應力集中系數(shù)為 MPa60?ca? 3700W mm? 3T 4005W mm? ?? mmN95740T ?? ?b? ?b? 機械設計基礎課程設計 陳秀峰 景德鎮(zhèn)陶瓷學院 2022 級熱能與動力工程專業(yè) 2022 年 3 月 33 )(q1k )(q1k ??????? ??????? ）（ ）（??? ??? ?? 由 文獻【１】 附圖 32 的尺寸系數(shù) ??? ，扭轉尺寸系數(shù)?? ? 。 軸按磨削加工，由 文獻【１】 附圖 34 得表面質量系數(shù)為?????? 軸未經表面強化處理，即 1q?? ，則綜合系數(shù)為 ?????????????????????????? 又取合金鋼的特性系數(shù) , ?????? 計算安全系數(shù) caS 值 SSSSS22200KS355KS2222cam1m1??????????????????????????????????????????? ③截面 5 左側 抗彎截面系數(shù) 333 2 8 . 1 dW mm???? 抗扭截面系數(shù) 333T 8 5 7 .2 dW mm???? 截面 5 右側彎 M 為 5 1 3 5 2M ?? 截面 5 上的扭矩為 mmN95740T ?? 截面上的彎曲應力 M P 52 .4 ??? WMb? 截面上的扭轉切應力 ???? ???? 1 .ca ???????? mm? 3T 8575W mm? ?? mmN95740T ?? 機械設計基礎課程設計 陳秀峰 景德鎮(zhèn)陶瓷學院 2022 級熱能與動力工程專業(yè) 2022 年 3 月 34 M P 0T T2 ??? Wb? 過盈配合處的 k??? ，由 文獻【１】 附表 38 用插值法求出，并取 ????? ，于是得 ???? ???? ， 軸按磨削加工，由 文獻【１】 附圖 34 得表面質量系數(shù)為?????? 故得綜合系數(shù)為 ?????????????????????????? 計算安全系數(shù) caS 值 1 .SSSSS21 1 .20 .0 521 1 .21 .9200KS00 .13 5 .32 .3 5355KS2222cam1m1??????????????????????????????????????????? 故可知安全。 輸出軸設計 (1) 求輸出軸上的功率 3p 、轉速 3n 和轉矩 3T kwp ? min/ rn ? mNT ?? (2) 求作用在齒輪上的力 已知圓柱直齒輪的分度圓直徑 mmd ? 而 ?b? ?b? ?????? ???? 1 .ca ???????? kwp ? 機械設計基礎課程設計 陳秀峰 景德鎮(zhèn)陶瓷學院 2022 級熱能與動力工程專業(yè) 2022 年 3 月 35 NFFNdTFtrt88320t a a n 333??????????? 圓周力 tF 、徑向力 rF 及軸向力 aF 如圖 55 (3) 初步確定軸的最小直徑 ①先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45 鋼（調質），根 據文獻【１】 表 153，取 0 112A? ，得 mmnPAd 33330m in ???? ， 輸出軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器的直徑 12d ，為了使所選的軸直徑 12d 與聯(lián)軸器的孔徑相適應，故需同時選取聯(lián)軸器型號。 ②聯(lián)軸器的計算轉矩 3TKT Aca ? ，查 文獻【１】 表 141，由于轉矩變化很小，故取 ? ，則 mmNTKT Aca ????? ③查 文獻【２】 表 171，選 HL3 型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉矩為 630000 mmN? ，半聯(lián)軸器的孔徑 mmd 451 ? ，故取 mmd 4521 ?? ，半聯(lián)軸器長度 mmL 112? ，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度為 84mm。 min/ rn ? mNT ?? NFNFrt883?? mmd ? mmNT ca ?? 437567 mmd 4521 ?? 機械設計基礎課程設計 陳秀峰 景德鎮(zhèn)陶瓷學院 2022 級熱能與動力工程專業(yè) 2022 年 3 月 36 FFFFFFMM 圖 55 軸的載荷分析圖 (4) 軸的結構設計 擬定軸上零件的裝配方案（見圖 56） ①根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位， 12 軸段右端需制出一軸肩，故取 23 段的直徑 mmd 5032 ?? ,長度 42mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 mmL 841 ? ，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián) 軸器上而不壓在軸的端面上，故 12 段的長度應比 1L 略短些，現(xiàn)取 mml 8221 ?? 2）初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力，故選用單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據mmd 5032 ?? ，由 文獻【２】 表 151 中初步選取 0 基本游 mmd 5032 ?? mmd 5543 ?? mmd 5054 ?? mmd 7065 ?? mmd 6076 ?? mmd 5087 ?? 機械設計基礎課程設計 陳秀峰 景德鎮(zhèn)陶瓷學院 2022 級熱能與動力工程專業(yè) 2022 年 3 月 37 隙組，標準精度級的單列圓錐滾子軸承 30310，其尺寸為50 11 0 29 .25d D T mm mm mm? ? ? ? ?，算上擋油環(huán)長度，取 mmdmmd 5055 8743 ?? ?? ， 。左端軸承采用擋油環(huán)進行軸向定位。齒輪左端以及軸承的定位采用擋油環(huán)，已知齒輪輪轂的寬度為 75mm，為了使擋油環(huán)端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應略短于輪轂寬度，故取 mml 7176 ?? ，mmd 6076 ?? 。齒輪的右端采用軸肩定位， 軸肩高度? ，故取 mmh 5? ，則軸環(huán)處的直徑為 mmd 7065 ?? 。軸環(huán)寬度 ? ，取 mml 1065 ?? 。 ②軸上的周向定位 齒輪、半聯(lián)軸器的周向定位均采用平鍵連接，按 67d? 由文獻【１】 表 61 查得平鍵截面 mmmmh 1118b ??? ，鍵槽用鍵槽 銑 刀加工，長為 ,56mm，同時為保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為67kH ； 同 樣 ， 半 聯(lián) 軸 器 與 軸 的 連 接 ， 選 用 平 鍵mmmmmm 401010 ?? ，半聯(lián)軸器與軸的配合為 67kH ，滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的尺寸公差為 r6。 (5) 確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為 2 45?? 機械設計基礎課程設計 陳秀峰 景德鎮(zhèn)陶瓷學院 2022 級熱能與動力工程專業(yè) 2022 年 3 月 38 圖 56 軸的結構與裝配 (6) 求軸上的載荷 表 53 軸 上 載荷 (7) 按彎扭合成應力校核軸的強度 根據上表中的數(shù)據及軸的單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取 ?? ，軸的計算應力 M P )()( 3 22212 ?? ????? W TMca ?? 前已選定軸的材料為 45 鋼（調質），由 文獻【１】 表 151查得 ? ? ? ?1160 , caM P a? ? ?????，故安全。 (8) 精確校核軸的疲勞強度 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F ? ? ? ? 彎矩 M N .m m74709M H ? N .m v ? 總彎矩 3 7 2 4 8 237 4 7 09M 22 ???? 扭矩 T mmN365903T ?? ?? mmN365903T ?? ?ca? 325001W mm? 3T 50002W mm? ?? mmN336590T ?? ?b? ?b? 機械設計基礎課程設計 陳秀峰 景德鎮(zhèn)陶瓷學院 2022 級熱