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分度圆4 5 6 7 8 9 10 11 12 直径 齿根圆13 直径 基圆直14 径 标准中15 心距 16 齿宽 b a db db=dcosα a=（d1+d4)／2 =（d2+d3)／2 b=10m 25 54.03 169.14 70.48 185.59 df df=d－2hf 51.25 173.75 68.75 191.25 直径 齿顶高 齿根高 齿高 顶隙 齿距 齿厚 齿槽宽 齿顶圆da da=d+2ha 62.5 185 80 202.5 d ha hf h c p s e d=mz ha=ha*m hf=(ha*+c*)m h=ha+hf c=c*m p=πm s=πm／2 e=πm／2 57.5 180 2.5 3.125 5.625 0.625 7.85 3.925 3.925 75 197.5 127.5

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第4章 轴的设计与计算

4.1轴的设计原则

由于轴的工作条件不同，即轴上零件和载荷分布以及轴承类型的多样性，轴的结构的设计具有较大的灵活性。归结起来应考虑的主要因素有：

1、轴的结构形状应满足使用要求。零件在轴上的定位要固定可靠，保证轴和轴上零件以及轴承具有准确的工作位置；

2、轴的结构应有利于提高轴的强度和刚度。力求使轴的受力情况合理，避免或减小应力集中；

3、轴的加工及装配的工艺性。轴上零件应便于装拆与调整，尽可能简化轴的结构。

4.2传动装置的运动和动力参数计算

轴和齿轮的装配关系见图4-1

齿轮2齿轮1双联滑移齿轮

图4-1和齿轮的装配关系

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4.2.1各轴的转速的计算

i14=Z4／Z1=79／23=3.43 i23=Z3／Z2=30／79=0.42

轴Ⅰ的转速nⅠ=832.36r／min

轴Ⅱ的转速：由于轴Ⅱ上装的是双联滑移齿轮，所以轴Ⅱ上有两种不同的转速。

当齿轮1和齿轮4啮合时，即i14=3.04 则轴Ⅱ的转速为：

nⅡ14=nⅠ／i14=832.36／3.43≈242.67r／min

当齿轮2和齿轮3啮合时，即i23=0.42 则轴Ⅱ的转速为：

nⅡ23=832.36／0.42≈1981.81r／min

4.2.2各轴的功率的计算

Ⅰ轴的功率传递效率为 η1=95%

由前面计算可知，马达的功率为Pm=10.2kw 则Ⅰ轴功率为：

PⅠ=Pmη=10.2×95%=9.69kw

设齿轮间的功率传递效率为η2=94% 则Ⅱ轴的功率为：

PⅡ=PⅠη2=9.69×94%=9.12kw

4.2.3各轴扭矩的计算

Ⅰ轴的转矩：

TⅠ=9550×PⅠ／nⅠ=9550×9.69／832.36=111.18N·m Ⅱ轴的转矩：

当齿轮1和齿轮4啮合时,Ⅱ轴的转矩为：

TⅡ14=9550×PⅡ／nⅡ14=9550×9.12／242.67=358.91N·m 当齿轮2和齿轮3啮合时,Ⅱ轴的转矩为：

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TⅡ23=9550×PⅡ／nⅡ23=9550×9.12／1981.81≈43.95N·m

4.3 轴的强度计算和结构设计

4.3.1轴1的强度计算

按许用扭转剪应力初估算轴的直径

轴采用45钢，查表38.3—2可知A=118~107，轴的许用转应力为[τ]=30~40N／m2

由表38.3—1可得：

d?A3P9.69??118~107?3mm?26.75~24.25mm n832.36考虑到Ⅰ轴上有三个键槽，所以d值应增大10%~15%，取中间值13%，则d=30.275~27.4025mm,按联轴器标准，取d=28mm。

4.3.2轴1的结构设计

根据装配简图，Ⅰ轴应设计成阶梯轴，并且轴的直径和齿轮以的直径相差不大，所以Ⅰ轴应结合前面所设计的齿轮1把轴Ⅰ设计成齿轮轴的形式。拟定套筒、左端轴承及端盖联轴器等依次由左端装配，齿轮2,、右端轴承及端盖由右端装配，根据变速器结构及齿轮、轴承的尺寸以及所有轴上的零件轴向定位和固定的要求，逐段确定轴的各段直径和长度。并画出轴的结构草图（结构图见图4-2）。

根据装配简图，初步拟定套筒、左端轴承及端盖联轴器等依次由左端装配，齿轮2,、右端轴承及端盖由右端装配，根据变速器结构及齿轮、轴承的尺寸以及所有轴上的零件轴向定位和固定的要求，逐段确定轴的各段直径和长度。（下图从左至右一次编号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ）

4-2 轴Ⅰ结构图

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1）、装联轴器段（Ⅰ） 按传递转矩、转速选取弹性柱销联轴器LX2，取d=28mm,l=44mm。

2）、装左端轴承端盖（Ⅱ） 为满足半联轴器轴向定位，Ⅱ处轴肩d=34mm。轴段Ⅱ~Ⅲ的长度由端盖宽度及其固定螺钉所需要空间确定，l=40mm.

3)、装轴承段（Ⅲ，Ⅷ） 轴的直径应结合所选的轴承确定。因为直齿圆柱齿轮不受轴向力，故选用一对圆柱滚子轴承。由dⅡ~Ⅲ =34mm,查手册初定为NU1008轴承，其中尺寸为d×D×B=40×68×15。轴段Ⅸ~Ⅹ的长度及轴承的宽度，而轴段Ⅲ~Ⅳ得长度则与轴承和箱体的相对位置、齿轮轮毂与箱体内壁的间距等尺寸有关，取l=55mm。

4）、齿轮轴段（Ⅳ）应根据前面所设计的齿轮1相关尺寸来确定这段轴的相关尺寸。

5）、轴环段（Ⅴ） 齿轮右端用轴环定位，取50mm，长度取30mm。 6）、装齿轮2段（Ⅵ） 齿轮2轮毂孔径取45mm，，轮毂宽度取70mm。为定位可靠，轴段Ⅵ~Ⅶ长度取68mm，略小于轮毂宽度。由于定位不同，用直径不同的阶梯套筒顶住轴承及齿轮2，进行轴向定位。

8）、自由段（Ⅶ） 按N1008轴承对轴肩定位高度的要求，去d=47mm左端轴承定位套筒、右端齿轮定位套筒都可取此尺寸。

3、按许用弯曲应力校核轴的强度 作出轴的计算简图（见图4-3）

图4-3 Ⅰ轴计算简图

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