【正文】 ，只承受扭矩而不承受彎矩的是傳動軸。軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，又的直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛。合金鋼比碳鋼具有更高的力學(xué)性能和較好的淬火性能。因此，在傳遞大動力，并且要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫和低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。只是成本相對較高。綜合考慮軋制機(jī)的設(shè)計(jì)使用要求，在確保經(jīng)濟(jì)性的前提下，我在設(shè)計(jì)中選擇最常用的45 號鋼做為傳動軸的材料，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。因?yàn)樘妓劁摫群辖痄搩r格低廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學(xué)處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，所以采用碳素鋼制造傳動軸比較切合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際。 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核1. 小齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算安裝在小齒輪軸上的零部件從左到右依次是：大帶輪、軸承蓋、軸承、小齒輪、軸承、軸承蓋，軸徑依次是 35mm、40mm、45mm、50mm 、45mm另外，軸承蓋軸徑等于軸承處軸徑。平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 26 頁小齒輪軸如圖 所示。（1） 確定小齒輪軸上的轉(zhuǎn)矩 N ???nPT（2）確定作用在齒輪上的力（圖 ）小齒輪的分度圓直徑為：mm1603251??mzd周向力： ?TFt徑向力： ???Tr（3）對大帶輪軸處進(jìn)行受力分析（圖 ）轉(zhuǎn)矩： N ???nP徑向力： N . 001 ??FrF0 —單根 V 帶所承受的預(yù)緊力（N ） α —帶輪包角①確定支反力 I 位于水平面的支反力（如圖 ）由∑ MA=0 有： 0)(1???aFbRcFrBzr平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 27 頁..???????bacFRrrBz由∑ z=0 有： rBzA1 ???????BzrzRFR II 位于垂直平面的支反力（如圖 ）參考后可得： RAy=RAz= , RBy=RBz=.②繪制彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖 I 齒輪和帶輪的作用力在水平面上時的彎矩圖（如圖 ）所示：OA 段： N?????cFMr AD 段： N)(1 ?????aRAzrDB 段： N???bBz II 齒輪和帶輪的作用力在垂直面上時的彎矩圖（如圖 ）所示： OA 段： N?????cFMr AD 段： N)(1 ?????aRAzrDB 段： N???bBz III 繪制轉(zhuǎn)矩圖（如圖 ）T=m平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 28 頁 ③對軸進(jìn)行校核參考軸的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖，可以發(fā)現(xiàn)最危險(xiǎn)截面是 B 處，所以應(yīng)對截面 B 處進(jìn)行校核計(jì)算。 I 依據(jù)靜強(qiáng)度條件對軸進(jìn)行校核計(jì)算靜強(qiáng)度校核的條件為： （54 ）SSSca???2??其中： SS —危險(xiǎn)截面靜強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)；caSS —屈服強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)；SS=～，適用于高塑性材料（ б S/б B≤）制造的鋼軸；SS=～，適用于中等塑性材料（ б S/б B≤～）制造的鋼軸；SS=～2 ，適用于低塑性材料制造的鋼軸；SS=2～3，適用于應(yīng)用鑄造方式制造的鋼軸；SS —僅考慮彎矩力和軸向力時的安全系數(shù)；?SS —僅考慮扭轉(zhuǎn)時的安全系數(shù)。?所以： （55）)(maxaxAFWMSS???? （56）TSS/max???其中： б S， S —材料的抗彎屈服極限和抗扭屈服極限 (MPa)，?Mmax， Tmax—軸的危險(xiǎn)截面上所承受的最大彎矩和最大扭矩（Nm） ，F(xiàn)amax — 軸的危險(xiǎn)截面上所承受的最大軸向力（N） ，平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 29 頁W， WT —危險(xiǎn)截面抗彎系數(shù)，危險(xiǎn)截面抗扭系數(shù) （mm 3） ，其具體數(shù)值參閱表 154 可知:A — 軸危險(xiǎn)截面的面積 (mm2）.參閱表 151 可得 б S=355MPa,，所以： ??s?Mmax=162022NmmFamax=0W= 3d所以： ????sS )(??s ??????ssscaSS參閱表 151 可得 б B=640MPa，所以： ??Bs?所以： SS=～ ，選取 SS =。因?yàn)椋?SS SS，ca所以：本次設(shè)計(jì)的傳動軸的靜強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)使用要求。 II 依照彎扭合成應(yīng)力進(jìn)行傳動軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 (57)][)()2(4)( 122??????????WTMWTca平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 30 頁其中： б —軸的計(jì)算應(yīng)力 (MPa)，caM — 軸受到的彎矩（ Nm）,T — 軸受到的扭矩（N m）,W — 軸的抗彎截面系數(shù)（㎜ 3） 。查閱 154 可得具體計(jì)算公式,[б 1]—對稱循環(huán)變應(yīng)力時軸的許用應(yīng)力。參閱表 151 可知α —折合系數(shù),在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，選取 α =,在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，選取 α =,在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力時，選取 α =1。在本式中選取 α=1， ，因?yàn)椴牧鲜?45 號鋼，經(jīng)過了調(diào)質(zhì)處理，所以[ б 1]???=60MP 。a因此軸的計(jì)算應(yīng)力是： MP 〈)2(635????ca?a][1??經(jīng)過上述認(rèn)真地計(jì)算推演，可知其滿足設(shè)計(jì)使用條件，所以合格。平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 31 頁b=80ac23(i)xzyFByrAyr1BzrAzr1trtr1(f)e(d)RDob(a)=240Nm圖 51 軸的載荷分析圖2. 大齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算安裝在大齒輪軸上的零部件從左到右依次是：軸承蓋、軸承、大齒輪、軸承、軸承蓋、聯(lián)軸器，軸徑依次是 45mm、50mm、60mm、50mm 、45mm其中，軸承蓋軸徑等于軸承處軸徑。大齒輪軸如圖 所示⑴確定軸上的轉(zhuǎn)矩 2TNm ???P⑵確定作用在齒輪上的力（如圖 ）所示平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 32 頁周向力： N52106972???dTFt 徑向力： N968tantan??Tr⑶確定各段軸徑確定聯(lián)軸器處的軸徑：聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca=KAT3，參閱表 141，再考慮到轉(zhuǎn)矩變化和沖擊載荷幅度是中等水平，所以選取 KA=，所以有：Tca=1667=3167Nm由于計(jì)算轉(zhuǎn)矩 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩，所以參閱國標(biāo) GB/T50141985，選用 LH6caT型彈性柱銷聯(lián)軸器，它的公稱轉(zhuǎn)矩是 3150N/m,D=280mm,半聯(lián)軸器孔徑是 d1=60mm，半聯(lián)軸器長度是 L=142mm。確定軸徑依次是 70mm、75mm、84mm、80mm、70mm、60mm所以軸承安裝處的軸徑是 d2=70mm，齒輪安裝處的軸徑是 d3=75mm。考慮到聯(lián)軸器在制造和安裝過程中的誤差所產(chǎn)生的附加圓周力是N572806123..0???DTF⑷確定支反力① 水平面上的支反力（如圖 ）由∑ MA=0 有： 0)(???baRFczrN489..681??rcz由∑ z=0 有： rczAFR?1平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 33 頁N489681???czrAzRF② 垂直平面上的支反力（如圖 ）查閱可知：N489612???rcyAFR③ 在 的作用下，支點(diǎn) A、C 處的支反力（如圖 ）由∑M c=有： 0)(0???cFbaRA N1786..3520??FA N400 ??ACR⑸繪制彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖① 齒輪上的作用力在水平面上的彎矩圖（如圖 ）N???aRMAzBz② 齒輪上的作用力在垂直面上的彎矩圖（如圖 ）N???aRAyB齒輪作用力在截面 D 處作出的最大合成彎矩是： N?????ByzBM在 F0 作用下繪制出的彎矩圖（如圖 ）平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 34 頁N???cFMB③ 繪制轉(zhuǎn)矩圖（如圖 ）T=1667Nm⑹，對軸進(jìn)行校核計(jì)算依照軸的結(jié)構(gòu)尺寸及其彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖，可知截面 B 處彎矩最大，并且存在齒輪配合和鍵槽引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象，所以截面 B 處屬于危險(xiǎn)截面。對截面 B 處進(jìn)行校核計(jì)算：① 依照靜強(qiáng)度條件對軸進(jìn)行校核計(jì)算靜強(qiáng)度校核的條件是 （58 ）SSSca???2??其中： SS=～，適用于高塑性材料（б S/б B≤）制造的鋼軸，SS=～，適用于中塑性材料（б S/б B≤～）制造的鋼，軸， SS=～2， 適用于低塑性材料制造的鋼軸， SS=2～3，適用于應(yīng)用鑄造方式制造的鋼軸， SS —僅考慮彎矩和軸向力時的安全系數(shù)，? SS —僅考慮扭矩時的安全系數(shù)。?所以有： （59）)(maxaxAFWMSS???? （510）TSS/max??其中： б S， S —材料的抗彎屈服極限和抗扭屈服極限 (MPa),?平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 35 頁Mmax， Tmax—軸的危險(xiǎn)截面上所承受的最大彎矩和最大扭矩（Nm）,Famax — 軸的危險(xiǎn)截面上所承受的最大軸向力（N）,W， WT — 危險(xiǎn)截面抗彎截面系數(shù)和危險(xiǎn)截面抗扭截面系數(shù)（mm 3） ，參閱表 154可得其具體數(shù)值,A — 軸的危險(xiǎn)截面面積 (mm