轴的结构设计示例(2)

4．轴的结构设计

  1)拟定轴上零件的装配方案

   本题的装配方案已在前面分析比较，现选用如图所示的第一种装配方案。

  2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

   ⑴ 为了满足半联轴器的轴向定位要求，Ⅰ-Ⅱ轴端右端需制出一轴肩，故取Ⅱ-Ⅲ段的直径 dII-III＝62mm；左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径D＝65mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=84mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故Ⅰ-Ⅱ段的长度应比 L1略短一些，现取lI-II= 82mm。

   ⑵ 岵窖≡窆龆轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用。故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据 dI-II=62mm，由轴承产品目录中选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313，其尺寸为d×D×T=65×140×36,故 dⅢ-Ⅳ=65mm；而lⅦ-Ⅷ=36mm。

   右端滚动轴承采用轴肩进行定位。由手册上查到30313型轴承的定位轴肩高度h=6mm，因此，取dⅥ-Ⅶ=77mm。

   ⑶ 取安装齿轮处的轴段Ⅳ-Ⅴ的直径dⅣ-Ⅴ=70mm；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为80mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取lⅣ-Ⅴ=76mm。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h>0.07d，取h=6mm,则轴环处的直径dⅤ-Ⅵ=82mm。轴环宽度b≥1.4h,取

lⅤ-Ⅵ=12mm。

   ⑷ 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诩尤蠡脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm ，故取lII-III=50mm。

   ⑸ 取齿轮距箱体内壁之距离a=16mm，圆锥齿轮与圆柱齿轮之间的距离c=20mm。考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s=8mm。已知滚动轴承宽度 T=36mm，大圆锥齿轮轮毂长L=50mm,则

   lIII-IV=T+s+a+(80-76)=36+8+16+4 mm=64 mm

   lVI-VII=L+c+a+s-lV-VI=50+20+16+8-12 mm=82 mm

   至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。

  3) 轴上零件的周向定位

   齿怼半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按dIV-V由手册查得平键截面b×h=20×12(GB1095-79)，键槽用键槽铣刀加工，长为63mm(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16×10×70，半联轴器与轴的配合为H7/k6。矶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m6。

  4）确定轴上圆角和倒角尺寸。

   取轴端倒角为2×45°，各轴肩处的圆角半径见图。

5．求轴上的载荷
  首先根据轴的结构图，作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取图示中的a值。对于30313型圆锥滚子轴承。由手册中查得a=29mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨距L2+L3=71+141 =212mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩、扭矩图和计算弯矩图。
  从轴的结构图和计算弯矩图中可以看出截面C 处的计算弯矩最大，是轴的危险截面。现将计算出的截面C处的MH、MV、M 及Mca 的值列于表中。

6．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计算弯矩的截面（即危险截面C）的强度。则由公式及上表中数值可得

  前已选定轴的材料为45号钢，由轴常用材料性能表查得[σ-1]=60MPa。因此σca<[σ-1]，故安全。