<机械设计》课程设计任务书 （3）齿根弯曲疲劳强度校核 同理，求得
KF'?1.612,TII?8.15?104Nm,Y?'?0.69,?d'?1,m'?2.5,z3?23,YFa1'?2.65,YFa2'?2.25,Ysa1'?1.58,Ysa2'?1.72代入公式，求得
?F32KF'TIIYFa1'Ysa1'Y?'2?1.612?8.15?104?2.6?1.58?0.69???90.11MPa?[?F]32?d'm'3z31?2.53?2322KF'TIIYFa2'Ysa2'Y?'2?1.612?8.15?10?2.25?1.72?0.69??62.62MPa?[?F]43232?d'm'z41?2.5?714
?F4?齿根弯曲疲劳强度符合要求。 6.主要结论
齿数z3?23,z4?71,模数m'?2.5,压力角??20?，变位系数x3?0.51,x4?0.56，中心距a?120mm，齿宽b1?60mm,b2?57.5mm。小齿轮选用40Cr（调质），大齿轮选用45钢（调质）。齿轮精度7级。七 轴及轴承的设计
（一）输出轴（Ⅲ轴）及轴承的设计
1.求Ⅲ轴上的功率PIII、转速nIII、转矩TIII。 PIII?2.81kW
nIII?114.54r/min
TIII?2.34?10Nm62.作用在齿轮4上的力。 d4?177.5mm
2TIII2?2.34?106 Ft4??N?2.637?104N
d4177.5 Fr4?Ft4tan??2.637?104?tan20?N?9.60?103N 3.初步确定轴的最小直径。
20
<机械设计》课程设计任务书
选取轴的材料为45钢，调质处理。根据参考文献【1】表15-3，取A0?110，得 dmin?A03PIII2.81?110?3mm?31.96mm nIII114.54当轴的截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱，对于轴径小于
100mm的轴，有一个键槽的轴径增大5%到7%之间，现选5%，则 dmin?31.96?(1?5%)mm?33.56mm
轴的最小直径显然是安装在联轴器的直径。为使所选的轴径与联轴器孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩Tca?KATIII查参考文献【1】表14-1，考虑到工作机械的载荷性质为：平稳、轻微冲击、严重冲击、单双向回转，选取KA?2.3，则联轴器计算转矩
Tca?KATIII?2.3?2.34?103N?m?5.38?103N?m
按照Tca应小于联轴器公称转矩的条件，由参考文献【2】表13-1,选用LX6弹性柱销联轴器，其公称转矩6300Nm，许用转速2720r/min,半联轴器的孔径d1?60mm，故取dⅠⅡ??60mm，半联轴器长度L?142mm，半联轴器与轴配合的轮毂孔长度 L1?107mm。
4.轴的结构设计。
（1）拟定轴上零件的装配方案。现选用如图7-1所示的装配方案。
图7-1 轴III装配方案
21
<机械设计》课程设计任务书
（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1）根据轴向定位的要求，Ⅰ-Ⅱ轴段的左端需制出一轴肩，故取II-III段轴的直径
dⅡ?Ⅲ=62mm，左端用轴端挡圈固定，按轴端直径取挡圈直径D?65mm。半联轴器与轴配合的轮毂孔长度 L1?107mm，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，I-II轴段的长度应比L1略短一些，现取LⅠⅡ??105mm
2）初步选择滚动轴承。因为轴Ⅲ没有受到轴向的作用力，故选取深沟球轴承。参照工作要求，并根据dⅡ?Ⅲ=62mm，由参考文献【2】表12-1选取代号为6213的深沟球轴承，其尺寸为d?D?B?65mm?120mm?23mm，故dⅢ-Ⅳ=dⅦ?Ⅷ?65mm，LⅢ?Ⅳ?B?23mm,右边轴承的左端面用轴肩定位，同时由参考文献【2】表12-1查得6213深沟球轴承的定位轴肩直径
da?74mm，所以dⅣ?Ⅴ?da?74mm。
3）取安装齿轮处的轴段Ⅵ-Ⅶ的直径dⅥ?Ⅶ=70mm，齿轮左端用套筒定位。已知齿轮4的宽度b4?57.5mm，为了使套筒端面可靠压紧齿轮，此轴段长度应略小于轮毂长度，故取
LⅥ?Ⅶ?55mm，齿轮的右端用轴肩定位，轴肩高度h?(2~3)R，由轴径dⅥ?Ⅶ=70mm，由参考文献【1】表15-2，查得R?2mm，所以取h?6mm，则轴环处的直径dⅤ-Ⅵ?82mm轴环宽度
b?1.4h，取LⅥ?Ⅶ=10mm。
4）取轴承端盖的总宽度为20mm，为了满足轴端盖的拆装及便于添加润滑油的要求，取端盖的外端面到半联轴器左端的距离l?30mm，故取LⅡ?Ⅲ=50mm。
5)取齿轮距箱体壁之间的距离??16mm中间轴斜齿轮2与齿轮4之间的距离C?20mm，考虑箱体的铸造误差，在确定深沟球轴承的位置时，应距箱体内壁距离S?8mm，已知深沟球轴承宽度B?23mm，中间轴斜齿轮宽度b2?58mm，则有
LIII?IV?B?s??(57.5?55)?23?8?16?2.5?49.5mm LVI?VII?C?b2??S?LⅤ?Ⅵ?20?58?16?8?10?92mm 至此，已初步确定轴的各段直径和长度。
6）轴上零件的周向定位
齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按dⅥ?Ⅶ=92mm查参考文献【2】表11.28得平键截面尺寸为b?h?25mm?14mm，根据LⅥ?Ⅶ?92mm，选取键槽长度L?80mm，同时
22
<机械设计》课程设计任务书
H7为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为，同样，半联轴
n6H7器与轴的连接，选用尺寸为b?h?L?16mm?10mm?70mm，半联轴器与轴的配合为。滚
k6动轴承与轴的轴向定位是通过过渡配合来保证的，此处选择轴的尺寸公差为m6。
7）确定轴上圆角和倒角尺寸。根据参考文献【1】表15-2选取：轴端倒角1×45°， 所有轴肩圆角半径均为1.6mm。
5.求轴上的载荷
轴的计算简图、弯矩图和扭矩图如图7-2所示。
根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图及弯矩图和扭矩图中可以看出截面C是危险截面。所计算出的截面C处的MH、MV、及M的值列于表7-1。
表7-1 III轴的危险截面C处的MH、MV、及M的值 载荷 支反力 水平面H 垂直面V FNH1?10979N FNH2?15391N 弯矩M 总弯矩 扭矩T 6.按弯扭合成应力校核轴的强度
FNV1?3997N FNV2?5603N MV?927.3N?m MH?254.71N?m 22M?MH?MV?961450N?mm TIII??2.34?106N?mm 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩截面的强度。轴单双向旋转，扭转切
应力应为对称循环应力，取??1。由参考文献【1】表15-4得
h14?7（h为键槽的高度） t??22?dbt?d?t???70325?7??70?7? W?????28695.6mm3 322d322?70322 ?ca?M???TIII?22W?961450??1?2.34?10292?28695.6MPa?13.81MPa
轴的材料为45钢，调质处理，由参考文献【1】表15-1查得???1??60MPa。?ca????1?，符合要求。
23
<机械设计》课程设计任务书
图7-2 轴III的计算简图、弯矩图和扭矩图
（二）中间轴（Ⅱ轴）及轴承的设计 1.求Ⅱ轴上的功率PIIⅡ、转速nII、转矩TII。 PII?2.99kW
nII?350.48r/min
TII?2.99?104Nm2.作用在齿轮2、3上的力。
24