中间轴设计与计算

1.已知条件
高速轴传递的功率，转速，小齿轮分度圆直径，大齿轮分度圆直径   大齿轮宽度，小齿轮分度圆直径为 转矩。
2.选择轴的材料及热处理方法
因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调质处理。HB217～255
=650MPa    =360MPa   =280MPa
3.初算轴径
查表，取，则

4.结构设计
轴承部件的结构设计   
轴的初步结构设计及构想如下图所示。
 
为方便轴承部件的装拆，减速齿轮箱的机体采用剖分式结构。该减速齿轮箱发热小、轴不长，故轴承采用两端固定方式。然后，可按轴上零件的安装顺序，从初开始设计。
 （1）轴承的选择与轴段1和5的设计
该段轴上安装轴承其设计应与轴承的选择同步进行。考虑轴上有轴向力的存在，故选择角接触球轴承，轴承采用正装。轴段1与5上安装轴承，其直径既应便于轴承安装，又符合轴承直径系列，初选7309 AC，基本参数为，内经定位轴肩为，外径定位直径为，轴上力作用点与轴承大端面距离为a=30.2mm，故。
（2）轴段2与轴段4的设计
轴段2上安装齿轮2，轴段4上安装齿轮3，为便于齿轮安装，应略大于轴段1与5的直径，初定为齿轮2轮毂宽度范围为，取其与齿轮宽度相等，齿轮2左端采用套筒定位，右端采用轴肩定位，由于齿轮3直径比较小，故采用实心式，因此取 ，为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段2与4的长度应比齿轮长度略短，取其为。
（3）轴段3的设计
该段为中间轴上的两个齿轮定位，其 轴肩范围为，故 。
齿轮3 右端面与箱体内壁之间距离与齿轮2左端面与箱体内壁之间距离均取为，两齿轮之间距离取为，则箱体内壁之间距离为 
取,则
齿轮2 与箱体内壁之间距离为，则轴段3的长度为。
（4）轴段1与轴段5的长度
齿轮2 的圆周速度为，由于速度较小，则轴承需要用脂进行润滑，需要用挡油环阻止润滑油溅入轴承内轴承内端面与箱体内壁之间距离取为，中间轴上的两个齿轮轴向固定均用挡油环完成，则轴段1的长度为，
轴段5的长度为。
（5）轴上力作用点之间的间距
 
 
 
5键连接
齿轮与轴间采用A型普通平键连接，查表，选取键,键
6 轴的受力分析
（1）轴的受力简图如下：
 
各齿轮受力大小如下：
齿轮2分度圆直径为
则各力为：


 
齿轮3的分度圆直径为，则各力为：
 
 
 
（2）计算支承反力
在水平面上，由
 
 
 
得       
弯矩为：
a-a剖面左侧     
a-a剖面右侧     
b-b剖面左侧     
b-b剖面右侧     
在垂直面上，由
 
 
得       
则     
a-a剖面     
b-b剖面     
合成弯矩为：
a-a剖面左侧     
a-a剖面右侧     
b-b剖面左侧     
b-b剖面右侧    
扭矩为        
画弯矩转矩图如下：
 
7校核轴的强度
进行校核时通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即b-b截面），取扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力为
 
前已选定轴的材料为45钢，调制处理，由表查得，因此，故该轴强度满足条件，安全。
8  校核键的强度
齿轮2处键连接的挤压应力为
 
查表得
 
故其强度足够
齿轮3 处的键长于齿轮2处，故其强度也足够。
9  校核轴承寿命
（1）计算轴承的轴向力
由轴承7309AC，查表得e=0.68，C=47.5KN
轴承受力图如下：
 
则轴承1与2的派生轴向力分别为：
 
 
外加轴向力为
 
由于，
则轴承1为紧边，轴承2 为松边。
则轴承1与2所受轴向力分别为：
 
（2）计算轴承的当量动载荷
由取则  
（3）校核轴承寿命
轴承在100度以下工作，查表得
查表得     则轴承寿命为
 
减速齿轮箱预期寿命为：
 
 
因此轴承寿命足够。
经结构绘图设计，中间轴各轴段长度改为如下图所示：