南昌航空大学本科生毕业设计（论文）
第3章 轴的设计及校核
3.１ 轴Ⅰ的设计
选择轴的材料和热处理方式（参照《机械设计》第十五章） 选择轴的材料为45钢，经调质处理, 其机械性能由表1查得： ＝650MPa，＝60MPa。 3.1.1初算轴的最小轴径
由表１５－3，选A0=123则轴的最小直径为：dmin?A03=360MPa，
=300MPa，
＝155MPa；
P1.1=46.04mm ?1233n15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48.34mm。 3.1.2、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（70mm），由轴承产品目录中选取型号为71814C的滚动轴承，其尺寸为d×D×B=70×90×10。（查《机械设计手册》软件版） 4、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，得出如图所示的轴结构。
图中，左端轴承能从输入端装入，凸轮、套筒、齿轮、套筒、右端轴承和端盖、依次从轴的右端装入， 这种装配方案装拆更为简单方便，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, 故初步选定轴结构如图。
图4.1轴1的结构
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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１的直径即为相配合的半联轴器的直径，取为50mm。
联轴器是靠轴段2的轴肩来进行轴向定位的，为了保证定位可靠，轴段2要比轴段1的直径大5～10mm，取轴段2的直径为60mm。 轴段3和轴段8均是放置滚动轴承的，但是直径与滚动轴承内圈直径不一样， 轴段3为70，轴段8的为 60mm。
考虑拆卸的方便，轴段7的直径只要比轴段8的直径大1～2mm就行了，这里取为62mm。
轴段8有一轴环，左侧用来定位齿轮，右侧用来定位滚动轴承，轴环的直径还要满足比轴段8的直径(为60mm)大5～10mm的要求，故这段直径最终取为65mm。
3)确定轴的各段长度
轴段8的长度取为55mm。
轴段7的长度要根据齿轮的轮毂宽度来定，故该段轴长取为25mm。
轴段6的长度根据凸轮与齿轮的位置关系来确定，所以他的长度取为75mm.
轴段5的长度取决于凸轮的宽度，故根据凸轮的宽度得37mm
轴段4是圆柱凸轮与盘行凸轮之间得距离，它是一个台阶取为25mm
同理其他轴段长度可恰当地取值，轴段3为54mm,轴段2为40mm,轴段1为60mm.
4) 轴上零件的周向定位 齿轮、凸轮与轴的周向定位均采用平键联接。对于齿轮，查《机械设计手册》软件版，得平键截面b×h=18×11(GB1095-79)，键槽用键槽铣刀加工，长为20mm(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，凸轮与轴的联接，选用平键为20×12×30，凸轮与轴的配合为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°
6）按弯扭合成校核 (1)画受力简图 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扭矩(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，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
RHA?RHB?Ft?2355N 2 垂直面内支反力
1ld1RVA?(Fr??F??)?1362N
l22南昌航空大学本科生毕业设计（论文）
1ld1RVB?(Fr??F??)?378N
l22
(3)计算轴的弯矩，并画弯、扭矩图
分别作出垂直面和水平面上的弯矩图f、g，并按弯矩。
画扭矩图h。
(4)计算并画当量弯矩图 扭矩按脉动循环变化计算, 取
N.mm
, 则
计算合成
(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： N.mm
b-b截面处当量弯矩为
N.mm
强度校核: 考虑键槽的影响，计算， 显然： 故安全。
MPa MPa
，
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3.2 轴Ⅱ的设计
3.2.1初步确定轴的最小直径
先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45号钢，调质处理。由表15-3取A0=103，于是得
dmin?A034．轴的结构设计
1)拟定轴上零件的装配方案
P1.1?38mm ?1033n15
3.２.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
⑴ 为了凸轮的轴向定位要求，轴的左端需制出一轴肩，故取3段的直径
为50mm.
⑵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。根据工作要求及轴的直径（40mm），由轴承产品目录中选取型号为71808C的滚动轴承，其尺寸为d×D×B=40×52×7。（查《机械设计手册》软件版）
⑶ 取安装齿轮处的轴段5的直径40mm；齿轮的右端与右轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为２５mm，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２４mm。齿轮的右端采用轴肩定位． 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。
3.2.3 轴上零件的周向定位
齿轮、凸轮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=12?8(GB1095-79)，键槽用键槽铣刀加工，长为20mm(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，凸轮与轴的联接，选用平键为14×9×25，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m6。
3.2.4 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如图。
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前已选定轴的材料为45号钢，由表15-1查得[σ-1]=60MPa。因此σca<[σ-1]，故安全。