§7-4　轴的设计

　　一、设计方法

　　轴的设计是根据给定的轴的功能要求(传递功率或转矩，所支持零件的要求等)和满足物理、几何约束的前提下，确定轴的最佳形状和尺寸，尽管轴设计中所受的物理约束很多，但设计时，其物理约束的选择仍是有区别的，对一般的用途的轴，满足强度约束条件, 具有合理的结构和良好的工艺性即可。对于静刚度要求高的轴，如机床主轴，工作时不允许有过大的变形，则应按刚度约束条件来设计轴的尺寸。对于高速或载荷作周期变化的轴，为避免发生共振，则应需按临界转速约束条件进行轴的稳定性计算。
　　轴的设计并无固定不变的步骤，要根据具体情况来定，一般方法是：
　　(1)按扭转强度约束条件(式7-2)或与同类机器类比，初步确定轴的最小直径；
　　(2)考虑轴上零件的定位和装配及轴的加工等几何约束，进行轴的结构设计，确定轴的几何尺寸；
　　值得指出的是：轴结构设计的结果具有多样性。不同的工作要求、不同的轴上零件的装配方案以及轴的不同加工工艺等，都将得出不同的轴的结构型式。因此，设计时，必须对其结果进行综合评价，确定较优的方案。
　　(3)根据轴的结构尺寸和工作要求，选择相应的物理约束，检验是否满足相应的物理约束。若不满足，则需对轴的结构尺寸作必要修改，实施再设计，直至满足要求。

　　二、设计实例
　　例：设计带式运输机减速器的主动轴. 已知传递功率=10kW, 转速=200 r/min, 齿轮齿宽 B=100mm, 齿数=40, 模数=5mm, 螺旋角＝，轴端装有联轴器。

　　解：

　　1、计算轴上转矩和齿轮作用力
　　轴传递的转矩：
　　　　　　　　　　　　N.mm
　　齿轮的圆周力：
　　　　　　　　　　　　N
　　齿轮的径向力：
　　　　　　　　　　　　N
　　齿轮的轴向力：
　　　　　　　　　　　　N

　　2、选择轴的材料和热处理方式
　　选择轴的材料为45钢，经调质处理, 其机械性能由表7-1查得：
　　＝650MPa，=360MPa，=300MPa，＝155MPa；
　　查表7-3得，＝60MPa。

　　3、初算轴的最小轴径
　　由表7-2，选=110
　　则轴的最小直径为：　　mm
　　轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，需开键槽，故将最小轴径增加5%，变为42.525mm。查《机械设计手册》，取标准直径45mm。　　

　　4、选择联轴器
　　取载荷系数=1.3，则联轴器的计算转矩为：
　　==1.3×477500=620750　N.mm
　　根据计算转矩、最小轴径、轴的转速，查标准GB5014-85或手册，选用弹性柱销联轴器，其型号为：。

　　5、初选轴承
　　因轴承同时受有径向力和轴向力的作用。故选用角接触球轴承。根据工作要求及输入端的直径(为45mm)，由轴承产品目录中选取型号为7211C的滚动轴承，其尺寸（内径×外径×宽度）为d×D×b=55×100×21。

【上一页】　【下一页】