21 机械设计课程设计
2348.516A703090B40C49D10E60FGH5623J394948.527748图3-5 低速轴结构方案
（2）根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度
1）初步选择滚动轴承 轴B段和轴H段为安装轴承处，轴承只承受径向力作用，故选用深沟球轴承，参照工作要求并根据滚动轴承安装处直径为40mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列深沟球轴承6308，其尺寸为d×D×B=40×90×23,故轴B段和轴H段直径均为40mm，长均为23mm。轴C段和轴G段为轴肩定位，查滚动轴承的定位轴肩高度为4.5，故轴C段和轴G段的直径为49mm，轴C段长取48.5mm，轴G段长取5mm。轴J段是用圆螺母固定轴承，经查5-6表，选用 螺母 GB/T 812 M39×1.5。故轴J段的直径为39mm，其长取为11mm。轴H段和轴J段之间的过渡段为一退刀槽（1×1mm）。
2）轴E段安装齿轮。由前面已计算，轴E段直径为60mm，其长取48mm。齿轮左端采用轴肩定位，经计算，轴D段直径取70mm，长取为10mm。齿轮右端我们采用圆螺母固定，经查表知，选用螺母 GB/T 812 M56×2，也即轴F段直径为56mm，长取16mm。而轴F段和轴E段之间的过渡段为一退刀槽（1.5×1mm）。 3）轴A段穿过左轴承端盖，经查表，取轴A段直径为30mm，长取为90mm。 （3）轴上零件的周向定位
齿轮与轴以及轴低速轴与滚筒之间的周向定位都采用平键连接，键的选择在以后的章节会做介绍。 4.低速轴的校核计算
进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，根据式5-4进行校核。
?ca?M12???T1?W2
其中W?0.1d3，??0.6（查表得）
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40522 机械设计课程设计
1）求轴上的载荷 如图3-6所示
由齿轮与带轮的设计计算得知，齿轮上径向力Fr=569N，圆周力Ft=1562N。利用材料力学知识可求出滚动轴承作用在轴上的力的大小与方向，然后再根据作用在轴上的力，画出轴上的弯矩扭矩图，对轴进行校核。求出FNV1=217N，FNV2=352N，FNH1=596N，FNH2=966N。轴的受力如表3-2所示。
表3-3 低速轴力与弯矩的大小 载荷 支反力F 弯矩M 总弯矩 转矩 水平面H FNH1=341N FNH2=114N MNH=56026N·mm 垂直面V FNV1=125N FNV2=42N MNV=20407N·mm 22?MNV?59610N·mm M1== MNH T3=214.73N·m 图3-6 低速轴的受力图
从轴的受力与弯矩扭矩图可看出轴的危险截面在轴左端与滚动轴承配合处，
故对此处进行强度校核。
2）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弯矩与扭矩最大的截面的强度。根据式（5-4）与上图中的数据可对轴进行校核。扭转切应力为脉动循环变应力，故取?=0.6，轴的计算应力
?ca?M12???T1??W12?13.25?10???0.6?7.96?10?32320.1?353?3.29MPa????1?
所以低速轴安全。
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3.4键的选择与校核
3.4.1高速轴上键的选择与校核
轴E段：由于高速轴小齿轮的安装我们采用的是齿轮轴形式，所以不需要进
行键的选择和校核。 轴K轴段：
1）选择键的类型、尺寸和材料
由于本方案安装齿轮有一定的定心要求，应选用平键连接。材料为45钢，采用A型号平键连接。根据d=24mm从表6-1查得键的截面尺寸为：宽度b=8,高
度h=7mm。由轮毂宽度并参照键的长度系列，取键长L=45mm(比轮毂宽度小些)
2）校核键的连接强度
键、轴和轮毂的材料均为钢，由表6-2查得许可挤压应力??p??100～120MPa，取其平均值，??p? =110MPa。键的工作长度l?L?b?45-8=37mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=3.5mm。由公式（6-1）得
2T?1032?7.96?103??5.12MPa???p?（合适） ?p?kld0.5?7?37?24键的标记为：键 8×7 GB/T 1096-2003（A型）
3.4.2中间轴上键的选择与校核
D轴段：
1）选择键的类型、尺寸和材料
由于本方案安装齿轮有一定的定心要求，应选用平键连接。材料为45钢，又考虑到轴D段长较短，所以此处采用B型号平键连接。根据d=54mm从表6-1查得键的截面尺寸为：宽度b=16,高度h=10mm。由轮毂宽度并参照键的长度系列，取键长L=14mm(比轮毂宽度小些)
2）校核键的连接强度
键、轴和轮毂的材料均为钢，由表6-2查得许可挤压应力??p??100～120MPa，取其平均值，??p? =110MPa。键的工作长度l?L?14mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=5mm。由公式（6-1）得
332T?102?48.97?10 ?p???25.91MPa???p?（合适） kld0.5?10?14?54键的标记为：键 16×10 GB/T 1096-2003（B型）
G轴段：
1）选择键的类型、尺寸和材料
由于本方案安装齿轮有一定的定心要求，应选用平键连接。材料为45钢，采用A型号平键连接。根据d=40mm从表6-1查得键的截面尺寸为：宽度b=12,高度h=8mm。由轮毂宽度并参照键的长度系列，取键长L=45mm(比轮毂宽度小些)
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2）校核键的连接强度
键、轴和轮毂的材料均为钢，由表6-2查得许可挤压应力??p??100～120MPa，取其平均值，??p? =110MPa。键的工作长度l?L?b?45-12=33mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=4mm。由公式（6-1）得
2T?1032?48.97?103 ?p???19.12MPa???p?（合适）
kld0.5?8?45?40键的标记为：键 12×8 GB/T 1096-2003（A型）
3.4.3低速轴上键的选择与校核
A轴段：
1）选择键的类型、尺寸和材料
由于本方案安装齿轮有一定的定心要求，应选用平键连接。材料为45钢，采用A型号平键连接。根据d=30mm从表6-1查得键的截面尺寸为：宽度b=8,高
度h=7mm。由轮毂宽度并参照键的长度系列，取键长L=40mm(比轮毂宽度小些)
2）校核键的连接强度
键、轴和轮毂的材料均为钢，由表6-2查得许可挤压应力??p??100～120MPa，取其平均值，??p? =110MPa。键的工作长度l?L?b?40-8=32mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=3.5mm。由公式（6-1）得
2T?1032?214.73?103??127.82MPa???p?（不合适） ?p?kld0.5?7?32?30将数据作如下调整：键长L=48mm。
2T?1032?214.73?103??102.25MPa???p?（合适） 那么：?p?kld0.5?7?40?30键的标记为：键 8×7 GB/T 1096-2003（A型）
E轴段：
1）选择键的类型、尺寸和材料
由于本方案安装齿轮有一定的定心要求，应选用平键连接。材料为45钢，采用A型号平键连接。根据d=60mm从表6-1查得键的截面尺寸为：宽度b=18,高度h=11mm。由轮毂宽度并参照键的长度系列，取键长L=40mm(比轮毂宽度小些)
2）校核键的连接强度
键、轴和轮毂的材料均为钢，由表6-2查得许可挤压应力??p??100～120MPa，取其平均值，??p? =110MPa。键的工作长度l?L?b?40-18=22mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=5.5mm。由公式（6-1）得
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2T?1032?214.73?103 ?p???59.15MPa???p?（合适）
kld0.5?11?22?60键的标记为：键 18×11 GB/T 1096-2003（A型）
3.5.各级轴上滚动轴承的校核
1）各级轴上所选滚动轴承的型号及其参数表 高速轴：滚动轴承 6305 GB/T 276-1994 中间轴：滚动轴承 6306 GB/T 276-1994 ` 低速轴：滚动轴承 6308 GB/T 276-1994 表3-4
型号630563066308d253040基本尺寸D627290B171923安装尺寸daDa325537654981ras111.5Cr/KNCro/KN22.22740.8极限转速r/min（油润滑）11.51400015.212000249000
2）各级轴上轴承支座的动力参数表 表3-5
项目支反力FNi/N转速r/min高速轴36314003中间轴334218.8938低速轴63447.91028 1213）验证轴承寿命是否合格
106?Cr??? 由公式 Lh?h（前面已计算） ??Lh0进行验算，其中Lh0?1200060n?P?r? 高速轴：
106?Cr?106?22200?6?????2.72?10h ，合格 Lh1?????60n?Pr?60?1400?363?33 中间轴：
10?Cr?106?27000?6?????1.82?10h ，合格 Lh2?????60n?Pr?60?218.8?938?633 低速轴：
106?Cr?106?40800?6?????21.75?10h ，合格 Lh3????60?47.960n?P1028???r?33
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