【正文】 機械設(shè)計課程設(shè)計 西安文理學(xué)院 2022 級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 23 第 6 章 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 確定軸的徑向尺寸 處的直徑 圖 61 軸 ??? 結(jié)構(gòu)設(shè)計 以軸軸 ??? 為例，軸上有軸、孔配合要求的直徑，如 圖 61 中 安裝齒輪和聯(lián)軸器處的直徑 4d 和 1d 應(yīng)采用優(yōu)先系數(shù)的值，這樣方便制造。 安裝軸承等標(biāo)準(zhǔn)件時，應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸一致，如圖 61中 6d 。 軸肩高度及寬度的大小可查《機械設(shè)計》書 364頁獲得，如圖 61中軸肩高度 ( 0. 07 ~ 0. 1) 5hd? ? ?mm 圓角半徑與倒角的尺寸可查 參考文獻 1的 89頁表 1213。 安裝軸承處的尺寸，如 圖 61中 2d 可由軸承標(biāo)準(zhǔn)處查取，即 ad 的大小。 確定軸的軸向尺寸 圖 61中的 13,ll就分別由安裝在其上的聯(lián)軸器和齒輪確定。 圖 61中， 2l 就與箱體軸承座孔的長度、軸承的寬度及其軸向位置、軸承蓋的厚度及伸出軸承蓋外部的長度有關(guān)。 2 8 26 24 5 25 88l ? ? ? ? ? ? 4l 與安裝在其上的軸承以及封油盤有關(guān)。 同理，可得到軸 ? 與軸 ?? 的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 ，見圖 62與圖 63. 機械設(shè)計課程設(shè)計 西安文理學(xué)院 2022 級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 24 圖 62 軸 ? 的結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖 62 軸 ??的結(jié)構(gòu)設(shè)計 確定軸上 鍵槽的位置和尺寸 命名軸 ? 上的鍵槽為鍵 1，軸 ??上的鍵為鍵 2，軸 ??? 上的安裝齒輪的鍵為鍵 3，安裝聯(lián)軸器的鍵為鍵 4。根據(jù)各軸徑 d 查《設(shè)計手冊》表 1424 可得其結(jié)構(gòu)尺寸，再根據(jù)其安裝處的軸長在鍵長系列里選擇鍵長。則可得表 61。 表 61鍵的結(jié)構(gòu)尺寸 鍵號 寬 ? 高 ? 長 鍵 1 10 8 56?? 鍵 2 14 9 40?? 鍵 3 20 12 63?? 鍵 4 16 10 100?? 鍵槽的位置應(yīng)距 傳動件裝入一側(cè) 1~3mm.。當(dāng)軸沿鍵長方向有多個鍵槽時，為便于一次裝夾加工 ，各鍵槽應(yīng)布置在同一母線上。如軸徑徑向尺寸相差較小，各鍵槽斷面可按直徑較小的軸段取同一尺寸，以減少鍵槽加工時的換刀次數(shù)。 機械設(shè)計課程設(shè)計 西安文理學(xué)院 2022 級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 25 第 7 章 軸、軸承、鍵的校核計算 確定軸上力作用點及支點跨距 當(dāng)采用角接 球 軸承時，軸承支點取在距軸承端面距離為 a處， a值可由軸承標(biāo)準(zhǔn)中查出。傳動件的力作用點可取在輪緣寬度的中部。帶輪、齒輪和軸 承位置確定之后，即可從裝配圖上確定軸上受力點和支點的位置。 見圖 71. 軸的強度校核計算 對一般機器的軸，只需用當(dāng)量的彎矩法校核軸的強度。 軸的輸入功率 P、轉(zhuǎn)速 n，轉(zhuǎn)矩 T 皆可由表 21 查出。 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪受力 切向力： 112t TF d? 徑向力： r tancos ntFF ???? 軸向力： r tantFF ??? 所以可得各齒輪受 力如下 齒輪 1 32 70 .5 8 10262053 .8 71t a n t a n 2026 20 98 8c os c os 15 8 39。 36 39。39。t a n 26 20 t a n( 15 8 39。 36 39。39。) 70 970 9 53 .8 711909722tnrtataaFNF F NF F NFdM N m m???????? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ?? ? ? ? 齒輪 2 32 102512t a n 20947c os 15 8 39。 36 39。39。t a n( 15 8 39。 36 39。39。) 679679 7948722trtataaFNF F NF F NFdM N m m????? ? ?? ? ?? ?? ? ? ? 齒輪 3 機械設(shè)計課程設(shè)計 西安文理學(xué)院 2022 級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 26 32 29 4. 06 10734680 .0 63t a n 2073 46 27 62c os 14 32 39。 9 39。39。73 46 t a n( 14 32 39。 9 39。39。) 19 0519 05 80 .0 637626022traaaFNFNFdM N m m????? ? ?? ? ?? ?? ? ? ? 齒輪 4 32 107059t a n 207059 2645c os 14 32 39。 9 39。39。7059 t a n( 14 32 39。 9 39。39。) 18301830 22686122traaaFNFNFdM N m m????? ? ?? ? ?? ?? ? ? ? 102 ( ) si n 2RF Z F ?? ， 0 0 min( ) ( )FF? 式中， RF 為帶輪總的壓軸力， Z為帶的根數(shù)， 0 min()F 為最小帶的初拉力 所以，大帶輪 1997RFN? ，則 x,y方向的壓軸力為 12s in 3 0 9 9 9c o s 3 0 1 7 9 2RRF F NF F N? ? ?? ? ? ?的強度校核 采用當(dāng)量彎矩法做其受力分析圖、彎矩圖如圖 71 其中， 11 3 0 0 , 2 6 2 0 , 2 3 1 9 , 9 9 9A x t B x RF N F N F N F N? ? ? ? 23 2 8 , 9 8 8 , 3 0 4 5 , 1 7 2 9 , 1 9 0 9 7A y r B y R aF N F N F N F N M N m m? ? ? ? ? ? ? 機械設(shè)計課程設(shè)計 西安文理學(xué)院 2022 級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 27 圖 71 軸 ? 的受力分析及彎矩圖 由圖可知 軸 ? 的危險截面在第二個軸承處，其彎矩為 M=233680 Nmm? 軸的彎扭合成強度條件為 221() []ca MTW ??????? 其中 ? =（參見 參考文獻 4的 624頁） 3 330 .1 6 4 0 032dW d m m?? ? ? 所以 1 1 37 70 ( 40 )ca M P a M P a Cr? ?? 該軸滿足強度要求 ?? 的強度校核 采用當(dāng)量彎矩法做其受力分析圖、彎矩圖如圖 72 其中， 124 2 1 2 , 2 5 1 2 , 7 3 4 6 , 5 6 4 66 6 2 , 9 4 7 , 2 7 6 2 , 3 0 4 7A x t t B xA y r r B yF N F N F N F NF N F N F N F N? ? ? ?? ? ? ? 12794 87 , 762 60aaM N m m M N m m? ? ? ? 機械設(shè)計課程設(shè)計 西安文理學(xué)院 2022 級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 28 圖 72 軸 ?? 的受力分析及彎矩圖 由圖可知 軸 ?? 的危險截面在第二個齒輪 處，其 最大 彎矩為 M=338737 Nmm? 軸的彎扭合成強度條件為 221() []ca MTW ??????? 其中 ? =（參見 參考文獻 4的 624頁） 3 2 3 2 3( ) 5 6 1 4 5 . 5 ( 5 6 5 . 5 ) 154883 2 2 3 2 2 5 6d b t d tW m md?? ? ? ? ?? ? ? ? ?? 所以 1 2 22 70 ( 40 )ca M P a M P a Cr? ?? 該軸滿足強度要求 ??? 的強度校核 采用當(dāng)量彎矩法做其受力分析圖、彎矩圖如圖 73 其中， 497 1 , 705 9 , 208 8A x t B xF N F N F N? ? ? 2 0 5 6 , 2 6 5 4 , 5 9 8226861A y r B yaF N F N F NM N m m? ? ??? 機械設(shè)計課程設(shè)計 西安文理學(xué)院 2022 級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 29 圖 73 軸 ??? 的受力分析及彎矩圖 由圖可知 軸 ?? 的危險截面在齒輪 處，其 最大 彎矩為 M=324518Nmm? 軸的彎扭合成強度條件為 221() []ca MTW ??????? 其中 ? =（參見 參考文獻 4的 624頁） 3 2 3 2 3( ) 7 1 1 6 6 ( 7 1 6 ) 322813 2 2 3 2 2 7 1d b t d tW m md?? ? ? ? ?? ? ? ? ?? 所以 1 3 600 ( 45 )ca M Pa M Pa? ?? 鋼 該軸滿足強度要求 軸承壽命校核計算 各軸承型號及尺寸見表 71 表 71 所選軸承型號及尺寸 軸號 型號 尺寸（ d D B??） 3mm Ⅰ 7208AC ???????? Ⅱ 7209AC 45 85 19?? 機械設(shè)計課程設(shè)計 西安文理學(xué)院 2022 級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 30 Ⅲ 7211AC 55 100 21?? 由前面計算可知，軸Ⅲ受力最大，所以只要 低速 軸 的 軸 承校核 滿足，則其他軸承校核都滿足要求。 圖 74軸承的受力分析 查機械 設(shè)計 手 冊 得 r orC =40 .5kN ,C =38 .5kN （ 1）求兩軸承受到的徑向載荷 1rF 和 2rF （ 2） 7 0 5 9 。 2 6 5 4 。 1 8 3 0t r aF N F N F N? ? ? 115 7. 35 2 100815 7. 35 64 .3 5re aerVdFFFN? ? ???? 21 26 54 10 08 16 46r V re r VF F F N? ? ? ? ? 機械設(shè)計課程設(shè)計 西安文理學(xué)院 2022 級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 31 1 1 5 7 . 3 5 50101 5 7 . 3 5 6 4 . 3 5r H teF F N??? 21 2049r H te r HF F F N? ? ? 221 1 1 5110r r V r HF F F N? ? ? 222 2 2 2628r r V r HF F F N? ? ? (2)求兩軸承的計算軸向力 1aF 和 2aF 對于角接觸 軸承 70000AC系列 ，軸承派生軸向力 rdrFFFY??， ? 347 4drF F N?? 178 7drF F N?? 12 3066a ae dF F F N? ? ? 221787adF F N?? 查表 136得 ? (3)求軸承當(dāng)量動載荷 1p 和 2p 因為 113066 0 .5 3 0 .6 85110arF eF ? ? ? ? 221787 0 .6 7 0 .6 82628arF eF ? ? ? ? 對軸承 1 111, 0XY?? 對軸承 2 221, 0XY?? ? ?1 1 1 1 1 5110p r aP f X F Y F N? ? ? ? ?2 2 2 2 2 2628p r aP f X F Y F N? ? ? (4)驗算軸承壽命 因為 12PP? ，所以按 1的受力大小驗算 機械設(shè)計課程設(shè)計 西安文理學(xué)院 2022 級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)