机械设计基础-124轴的计算-3

16、轴的结构设计(1)拟定轴上零件的装配方案据轴上零件定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考轴的结构设计的基本要求，得出如图所示的两种不同轴结构。图a中，齿轮从非输入端装入，齿轮、套筒、右端轴承和端盖从轴的右端装入，左端轴承和端盖、联轴器依次从轴的左端装入。图b中，齿轮从输入端装入，齿轮、套筒、右端轴承和端盖、联轴器依次从轴的右端装入，仅左端轴承从左端装入。仅从这两个装配方案比较来看，图b的装拆更为简单方便，若为成批生产，该方案在机加工和装拆等方面更能发挥其长处。综合考虑各种因素,故初步选定轴结构尺寸如图b。(a)(b)(2)确定轴的各段直径由于联轴器型号已定，左端用轴端挡圈定位,右端用轴肩定位。故轴段6的直径即为相配合的半联轴器的直径，取为45mm。联轴器是靠轴段5的轴肩来进行轴向定位的，为了保证定位可靠，轴段5要比轴段6的直径大5～10mm，取轴段5的直径为52mm。轴段1和轴段4均是放置滚动轴承的，所以直径与滚动轴承内圈直径一样，为55mm。考虑拆卸的方便，轴段3的直径只要比轴段4的直径大1～2mm就行了，这里取为58mm。轴段2是一轴环，右侧用来定位齿轮，左侧用来定位滚动轴承，查滚动轴承的手册，可得该型号的滚动轴承内圈安装尺寸最小为64mm，同时轴环的直径还要满足比轴段3的直径(为58mm)大5～10mm的要求，故这段直径最终取为66mm。(3)确定轴的各段长度轴段6的长度比半联轴器的毂孔长度要(为84mm)短2～3mm，这样可保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故该段轴长取为82mm。同理，轴段3的长度要比齿轮的轮毂宽度(为100mm)短2～3mm，故该段轴长取为98mm。轴段1的长度即为滚动轴承的宽度，查手册为21mm。轴环2宽度取为18mm。轴承端盖的总宽度为20mm（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承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=25mm，故取轴段5的长度为45mm。取齿轮距箱体内壁之距离为10mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内2壁一段距离，取5mm。已知滚动轴承宽度为21mm，齿轮轮毂长为100mm,则轴段4的长度为：10＋5＋(100-98)+21=38mm(4)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联接。对于齿轮，由手册查得平键的截面尺寸宽×高=16×10(GB1095-79)，键槽用键槽铣刀加工，长为80mm(标准键长见GB1096-79),同时为了保证齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6；同样，半联轴器与轴的联接，选用平键为14×9×63，半联轴器与轴的配合为H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为k6。(5)确定轴上圆角和倒角尺寸。取轴端倒角为2×45°7、按弯扭合成校核(1)画受力简图(如图)画轴空间受力简图c，将轴上作用力分解为垂直面受力图d和水平受力图e。分别求出垂直面上的支反力和水平面上支反力。对于零件作用于轴上的分布载荷或转矩(因轴上零件如齿轮、联轴器等均有宽度)可当作集中力作用于轴上零件的宽度中点。对于支反力的位置，随轴承类型和布置方式不同而异，一般可按图取定，其中a值参见滚动轴承样本，跨距较大时可近似认为支反力位于轴承宽度的中点。(2)计算作用于轴上的支反力水平面内支反力N垂直面内支反力3NN(3)计算轴的弯矩，并画弯、转矩图分别作出垂直面和水平面上的弯矩图f、g，并按计算合成弯矩。画转矩图h。(4)计算并画当量弯矩图转矩按脉动循环变化计算,取,则N.mm(5)校核轴的强度一般而言，轴的强度是否满足要求只需对危险截面进行校核即可，而轴的危险截面多发生在当量弯矩最大或当量弯矩较大且轴的直径较小处。根据轴的结构尺寸和当量弯矩图可知，a-a截面处弯矩最大,且截面尺寸也非最大,属于危险截面；b-b截面处当量弯矩不大但轴径较小，也属于危险截面。而对于c-c、d-d截面尺寸，仅受纯转矩作用，虽d-d截面尺寸最小，但由于轴最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的，故强度肯定满足，无需校核弯扭合成强度。a-a截面处当量弯矩为：b-b截面处当量弯矩为N.mm强度校核:考虑键槽的影响，查附表7-8计算，MPaMPa，故安全。二、轴的刚度计算1．轴的弯曲刚度校核计算轴的弯曲刚度以挠度y和偏转角θ来度量。对于光轴，可直接用材料力学中的公式计算其挠度或偏转角。对于阶梯轴，可将其转化为当量直径的光轴后计算其挠度或偏转角。4轴的弯曲刚度条件为挠度y≤[y]偏转角θ≤[θ][y]和[θ]分别为轴的许用挠度及许用偏转角。当量轴径：Llddiiml--支点间距离iidl.――轴上第i段的长度和直径1．轴的扭转刚度校核计算轴的扭转刚度以扭转角j来度量。轴的扭转刚度条件为①等直径的光轴:pGITlG-材料的切变模量Ip-轴剖面的极惯性矩②阶梯轴总扭角:pniGITl1n—轴上受扭的轴段数Ｔｉ，ｌｉ，Ｉｐｉ惯性矩――第i个轴段上的转矩，长度，和极惯性矩