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1、
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第四部分轴的设计与校核
4.1 输入花键轴设计与校核
4.1.1 材料、性能参数选择以及输入花键轴的设计计算
⑴已经确定的运动学和动力学参数假设转速n 900r/min ；轴所传递的扭矩
T 3.18 103N mm
(2)轴的材料选择：因为花键轴齿轮左端同样是和花键齿轮啮合， 所以由表选用45(调质)，
根据材料主要性能表查得：抗拉强度极限 b 640MPa,屈服强度极限 s 355MPa,
弯曲疲劳极限 1 275MPa ,剪切疲劳极限 1 155MPa ,屈服许用弯曲应力为
1 60MPa
(3)根据机械设计手册式 12.3-1计算轴的最小
2、直径：
5T
d min 3 一
根据表12.3-2取 35MPa 代入数据得：
d min
3 5 3180
35
7.69mm
(4)因为轴上有花键，所以采用增大轴径的方法来增加轴的强度。根据选用的轴承为 GB/T276 94深沟球轴承16003,根据轴承标准件查的其轴径是 17mm，长度是7mm ；
借鉴双踏板设计，此处的定位右边是利用矩形花键的外轴径定位，左端是定位是箱体孔，
采用过盈配合夹紧。矩形花键长度是 57.5mm ,为了便于加工与左端轴承的配合，直接将
左端轴承处一起加工，总长为 64.5mm 。根据所选用的花键为
N d D B 6 16 20
3、4,其轴径为 20mm 一 右端为GB/T276 94深沟球轴承 16005 ,所以它的轴径为25mm 长度为8mm ,定位是靠右端大轴花键 N d D B 6 24 28 8的长度为 7mm ,有段突出部分轴径 12mm ,长度也是
轴段
1
2
3
4
5
直径(mm)
12
28
25
20
17
长度(mm)
12
7
8
64.5
7
12mm ,最后轴的设计总长为 98.5mm 。其中齿轮定位采用弹性挡圈定位。
步确定了轴的各段直径和长度。
至此，已初
[圜 鹏 ——
11^2 3 4
1 1 1 1
—卜二?一
4、曲咋3—]
1——1 j—।
4.1.2 输入花键轴二维图标注和三维图如下:
4.1.3 输入花键轴的校核
(1)最小轴径校核公式
max
W
T
Ttd min
16
3180 16
9.38MPa
123 3.14
35MPa
满足条件，所以设计合理。
(2)进一步校核轴的的强度，其中轴向力不考虑，径向力求解
Ft2
2T
d2
2 3180
56
113.57N
32.49N ,
Fr2 Ft2 tan
5、cos 1 113.57 0.364 0.786 32.49N
这里两个锥齿轮的设计是一模一样的，具有变向的作用，所以俩锥齿轮的力都是 由于该径向力所产生的弯矩很小，故此处不用考虑，仅需校核扭转强即可。此处需要校核 两花键部分。
右边花键：
M M
W di4 B N D d D d
32D 3180 3.14 164 4 6 4 362
32 20
6.16MPa 1
左边花键:
M M
W d「B N D d D d
32D 3180 3.14 244 4 6 4 522
32 28
1.99MPa 1
同样满足强度。
(3)最后校核轴的扭转刚度，
6、根据公式：
5.37 104 — z T^( ) /m
LG i 1 Ipi
式中：T一轴所受的扭矩，N mm;
G一轴的材料的剪切弹性模量，MPa,对于45钢，G 8.1 104;
d4
Ip一轴截面的极惯性矩，mm4,对于圆轴，Ip —
32
L一阶梯轴受扭矩作用的长度，mm ;
Ti、li、Ipi一分别代表阶梯轴第i段上所受的扭矩、长度和极惯性矩;
z一阶梯轴受扭矩作用的轴段数。
轴的扭转刚度条件为：对于一般传动轴，可取
0.5 1( )/m
()/m
经计算轴的扭转刚度满足要求。
4.1.4花键的校核
左边花键是和内外花键齿轮套相配合，并且
7、可以自由滑动，一直在工作的
工作长度是34mm ,而且花键采用的是中系列，其中主要配合是:
H 7 M H10 ，H11
B 6 16 20 4 —
f7 a11 d10
计算它的名义切向力为:
Ft名红
dm
2 3180
353.3N
20 16 /2
Ft名
W —— z l
可以求出它的单位载荷,
353.3
1.73N / mm
6 34
(1)齿面压应力:
W
H
hw
1 73 _
1.73 0.865MPa
2
计算齿面许用压应力：
640
H
Su Ki K2 K3 K4 1.4 1.75 1.5
119
8、.5MPa
1 1.5
计算结果H H，满足要求。
(2)齿根弯曲应力的计算公式:
6hW 6 2 1.73
SFw2
42
1.30MPa
按照设计手册,
计算齿根许用弯曲应力为:
640
SFK1K2K3K4
2.0 1.75 1.5
1 1.5
81.26MPa
计算结果F
F ,设计安全。
(3)
齿根剪切应力的校核:
dk
16 0.5 16
4 20
17.6mm
16T
dk3
81.26
16 3180 3
9、.14 17.63
2.97MPa
40.63MPa
(4)
因为 m F
,所以满足条件。
扭转与弯曲强度校核:
Fa2 3 m2
3 2.972
5.14MPa
许用应力:
SfK1K2K3K4
640 81.26MPa
2 1.75 1.5 1 1.5
计算结果v
因此安全。
(5)
静连接静应力校核:
1.15MPa
2T 2 3180
Zhldm 0.75 6 2 34 18
计算得知f i 640MPa 所以设计满足要求。
又因为右边花键是用花键套连接，其连接方式是：
N d D B 6 24Hz 28H10 8H11 采用同样的方法校核，也是满足强 f 7 a11 d10
度要求的。
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