3 轴1和轴2上齿轮1和齿轮2的设计 基本参数
Z1?15 Z2?30 u?2
⒈ 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行计算，即
KtT1u?1?2.323d1t?du≥
ZE?????????H?2 (3-1)
1） 确定公式内各计算数值 （1）试选载荷系数Kt?1.3
（2）小齿轮转矩 T2?iT2?0.985?7500?7056N?mm
注：由机械设计手册查得：圆柱齿轮机械传动7级精度的传动效率为0.98-0.995
（3）选取齿宽系数
?d?1
ZE?189.8MPa（4）材料的弹性影响系数
?Hlim1?600MPa（5）由齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限的接触疲劳强度极限
?Hlim2?550MPa；大齿轮
（6）计算应力循环次数
N1?60n1jLh?60?0.64?1?2?8?300?8?5.53?10N2?N1u?1.16?1087 (3-2)
(3-3)
（7）查得接触疲劳寿命系数
KHN1?1.33;
KHN2?1.42（8）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1，得
??H?1??H?22）计算
?KHN1??KHN2?Hlim1/S?731.5MPa/S?852MPa (3-4)
Hlim2 (3-5)
（1）计算小齿轮分度圆直径，代入接触疲劳许用应力中的较小值
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2.323d1tKtT1u?1??du≥
ZE?????????H?2?42mm (3-6)
（2）计算圆周速度与齿宽
V?3.17m/sb?5mm
（3）计算齿宽与齿高之比
模数 mt?d1t/Z1?42/15?2.8mm (3-7) 齿高 h?2.25mt?6.75mm
b/h?5/6.75?8.89 (3-8)
（4） 计算载荷系数
K?1根据速度V?3.17m/s,7级精度，查得动载系数v;
直齿轮，假设
KAFt/bK?KF??1.2＜100N/mm查得H?;
使用系数KA?1.25;
7级精度小齿轮对称支撑布置，
KH??1.3033；
K?1.25K?1.3033由b/h?8.89，H?得F?；故载荷系数K?1.955
2. 按齿根弯曲疲劳强度设计 弯曲疲劳强度的设计公式为
3m≥
2KT1?YFaYSa?2??dZ1???F????? (3-9)
1） 确定公式内的各计算数值 （1）查得小齿轮的弯曲疲劳极限
?FE2?380MPa?FE1?500MPa；齿轮的弯曲疲劳极限
；
KFN1?1（2）查得弯曲疲劳寿命系数；
KFN2?0.98;
（3）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，得
??F?1?
KFN1?FE1/S?357.1MPa (3-10)
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??F?2（4）计算载荷系数
（5）查取齿形系数
YFa1?2.8K?1.875?KFN2?FE2/S?266MPa (3-11)
；YFa2?2.39
（6）查取应力校正系数YSa1?1.55,YSa2?1.67;
YFaYSa（7）计算大、小齿轮的??F?并加以比较得：
YFa1YSa1??F?1YFa2YSa2?2.8?1.55357.1?0.01215 (3-12)
?0.015??F?2大齿轮的数值大。 2） 设计计算
3?2.39?1.67266 (3-13)
m≥
2KT1?YFaYSa?2??dZ1???F????1.013mm?? (3-14)
由上可得，小齿轮的分度圆直径大于42mm，模数大于2.8即可满足齿轮强度要求。考虑到加工难易以及轴的强度故取模数m=3，小齿轮分度圆直径为45mm。
3. 几何尺寸计算 1） 计算分度圆直径
d1?Z1?m?15?3mm?45mm (3-15) (3-16)
d2?Z2?m?30?3mm?90mm`2） 计算中心距
a??d1?d2?/2??45?90?/2?67.5mm (3-17)
3） 计算齿轮宽度
取B1?5mm , B2?5mm. 4） 计算齿顶圆直径
da1??15?2?1??3?51mmda2??30?2?1??3?96mm
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(3-18) (3-19)
5） 计算齿根圆直径
df1??15?2?1.25??3?37.5mm (3-20) df2??30?2?1.25??3?82.5mm (3-21)
齿轮结构通常与其几何尺寸，材料及制造工艺有关，一般多采用铸造或者锻造毛坯。为了减轻重量,在大齿轮轮毂打六个通孔；当齿轮根圆直径与该处轴所需直径差值过小时，为避免由于键槽处轮毂过于薄弱而发生失效，应将齿轮与轴加工成一体；由于小齿轮的齿顶圆直径较小，所以可以做成实心结构的齿轮。
图3—1 小齿轮形状结构图
图3—3 大齿轮形状结构图
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3.1.2 轴的设计 1 轴的材料选择
轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。
由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造尤为广泛，其中最常用的是45号钢。
合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。
必须指出：在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转刚度。但也应当注意，在既定条件下，有时也可以选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。
各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（如喷丸、滚压等），对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。
高强度铸铁和球墨铸铁容易作成复杂的形状，且具有价廉，良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，可用于制造外形复杂的轴。
根据轴的常用材料及其主要力学性能，结合此处的实际的情况，所受载荷小而且转速低所以三个轴均选择用45钢（调质）。
2 轴的结构设计
轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。
轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置以及形式；轴上零件的类型，尺寸，数量以及和轴联接的方法；载荷的性质，大小，方向以及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构因素较多，而且结构形式又要随着具体情况的不同而不同，所以轴没有标准的结构形式。设计时必须针对不同情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应该满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。
轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈和轴承端盖等来保证的。
轴肩 分为定位轴肩和非定位轴肩两类，利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但采用轴肩就必然会使轴的直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。另外，轴肩过多时也不利于加工。因此，轴肩定位多用于轴向力较大的场合。
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