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?f?0.69??0.69?9?6.21
t??d25.5Z2???300.725.5?40?4.294
5．6 轴的设计校核计算：
5.6.1 四个轴的结构设计：
各轴材料为40Cr[1]， A0=104.5mm。
I轴：P=10.89kw nI=953r/min dmin≥104.53取dI?30mm，故I轴可设计为齿轮轴。 轴I的结构如图5.1
10.89=23.538mm 953
图5.1 轴Ⅰ结构图
轴II： P=10.352kw n=153.71r/min A0=104.5mm
dmin≥A0轴结构如图5.2
3P=42.516mm 取d=45mm n
图5.2 轴Ⅱ结构图
轴III：P=9.841kw n=32.023r/min A0=104.5mm
dmin≥A0轴III的结构图5.3
3P/n?104.539.841/32.023?70.519mm 取dIII=80mm
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图5.3 轴Ⅲ结构图
轴Ⅳ： P=9.355kw n=7.071r/min 由材料40Cr查表15-3取得：A0=104.5
d?A03P/n?104.5?39.355/7.071?114.719mm 取d=120mm 轴Ⅳ的结构简图5.4：
B
A
Ⅶ Ⅵ Ⅴ
Ⅳ Ⅲ
Ⅱ Ⅰ
图5.4 轴Ⅳ图
因小轴直径dⅠ－Ⅱ与联轴器的孔径相配合的，故需先选定联轴器。计算联轴器转矩：
Tca=KAT3=1.184×1.262×104=14942.08 N·m。
选用ZL10取轴器Z1B120?212（GB5015－85 ），其公称转矩为31500N·m。
Z1B120?2125.6.2 轴的校核计算： 1. 轴的弯矩计算
由于Ⅳ轴的作为输出轴其转速最小，扭距最大故只对Ⅳ轴进行校核计算。Ⅳ轴的支承跨距L=155+14+108+60=337mm。由轴结构图5.4和弯距的计算得出截面B是轴的危险截面，根据受力图绘出轴的弯矩、扭矩图和当量弯矩图5.6。 B面受力分析：
a) 转矩：T＝1.26×107 N·mm b) 直径：已知d=570mm
2Tc) 求圆周力:Ft??44211N
dd) 求径向力Fr: Fr=Ft.tanα=44211×tan200=16091.316N
e) 求支反力：RV1 、 RV2 、 RH1 、 RH2
RV1＝11579.063N RV2＝4512.253N RH1＝31813.555N RH2＝12397.455N
f)弯矩： MH=3.706×106 N.mm MV= 1.349×106 N·mm
26?MH2?3.94?410mm g)总弯矩： M?MVN·
h)扭矩： ?T?0.6?1.26?107?7.56?106N·mm (α＝0.6)
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i) 计算当量弯矩： Mca?M2?(?T)2?8.5?N·27 610mm
Ft
Fr
RV1 RH1
Ft
MH (N.mm)
RH1
Ft
RV2
RH2
RH2
MV
RV1 RV2
(N.mm)
M (N.mm)
αT (N.mm)
Mca (N.mm)
图5.6轴Ⅳ弯扭距图
将上述结果列表5.2：
表5.2 轴Ⅳ弯扭距计算结果
载荷 支反力R(N) 弯矩M(N·mm) 总弯矩(N·mm) 扭矩T(N·mm) 当量弯矩Mca 水平面H RH1=31813.553N RH2=12397.455N MH=1.094×106 N·mm 垂直面 RV1=11579.063N RV2=4512.253N MV= 3.006×106 N·mm M＝3.199×106 N·mm αT＝7.56×106 N·mm Mca＝8.527×106 N·mm 2. 轴强度校核[1]
Mca8.52?761?032??45.8MPa 8 ?ca?3w??135 48
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[σ-1]=70MPa，因?ca<[σ-1]=70MPa，所以安全。 3. 轴疲劳强度校核 (1) 确定危险截面
因截面A、Ⅱ、Ⅲ受力要比Ⅵ、Ⅶ处小，所以截面A、Ⅱ、Ⅲ无需校核。 因截面Ⅵ、Ⅶ处采用过盈配合，所以应力最集中，但截面Ⅵ不受扭矩作用，轴径也比截面Ⅶ处大，故只对截面Ⅶ校核。截面B处虽受力很大，但应力集中明显校截面Ⅶ小，轴径也比截面Ⅶ大，所以截面B处不需校核。
(2) 截面Ⅶ左侧 a．抗弯截面系数： W??32d3??32?1303?215689.97mm3
b．抗扭截面系数： WT?2W?431379.94mm3 c．左侧弯矩： M?3.944?106?114?54mm ?2.075?106 N·
1147610mm d．扭矩： T?1.2?N·
M2.075?106??9.61MPa e．弯曲应力：?b?W215989.97T1.26?107f．剪切应力：?T???29.214 MPa
WT4.313?105g．轴材为40Cr，查文献[1]得：
?B?685Mpa ??1?335Mpa ??1?335MPa应力集中系数??,??：???2.148,???1.36（rd?2?0.0154,D?1.038 插值）
d130q??0.81,q??0.84 k??1?q?(???1)?1.93 k??1?q?(???1)?1.30 材料敏感系数：
尺寸系数：???0.60,???0.68 轴表面质量系数：??????0.92 轴未经表面强化处理：?q?1 材料特征系数???0.2～0.3取???0.2，???0.1～0.2取???0.1
S??k?????1????m????335?9.97
1.93?9.61?00.92?0.6 49
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S??k?????1????m????则： Sca?(3)截面IV右侧
2185?2.908
1.3?29.214?0.1?29.2140.92?0.68S?S?S??S?2?2.908?2.79?1S?229.97?2.9089.9?715 .故安全。
a．抗弯截面系数： W??32d3??32?1353?241546.75mm3
3.3 b．抗扭截面系数： WT?2W?48309mm
c．右侧弯矩： M?3.944?106114?56mm ?1.9374?106N·
1147610mm d．扭矩： T?1.2?N·
e．弯曲应力： ?b?f．剪切应力： ?T?M?8.0MPa 2WT?26.0MPa 8WTg．查文献[1]得：k????0.8k???，于是：k????3.692， k????2.954 h．轴按磨削加工，质量系数[1] ：??????0.92 i．轴IV右截面处的安全系数为：
S??k?????1????m???? S??k???335?44.703
1.93?8.02?00.92?0.6??1????m?????则： Sca?2185?3.057
1.3?26.08?0.1?26.080.92?0.684.59?4.3?8S?24.591 . 5 故安全。
S?S?S??S?214.8?214.82?2因在传动时无较大的瞬间过载和严重的应力循环不对称，故无须静强度校核。 (5)轴承的选择
选择轴承类型的依据：安装轴承处的最小直径和轴承所受负荷的大小、方向及性质；轴向固定形式；调心性能要求；刚度要求；转速与工作环境等。
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