齿轮箱高速轴设计与计算

1.已知条件
高速轴传递的功率，转速，小齿轮分度圆直径，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

轴与带轮连接有一个键槽，轴颈应增大
轴上直径最细处为
取为
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,
 
可按轴上零件的安装顺序，从初开始设计。
 （1）轴段1的设计
轴段1上安装带轮，此段轴的设计应与带轮轮毂轴孔设计同步进行，根据前面计算，考虑到如果该段轴径取得太小，则轴承寿命不能满足要求，故初选，带轮轮毂宽度为，结合带轮结构，取带轮轮毂的宽度为，轴段1的长度略小于毂孔宽度，取
（2）密封圈与轴段2
带轮用轴肩定位，轴肩高度为，轴段2 的直径为，最终尺寸由密封圈确定，选用毡圈油封，查表选择毡圈35  JB/ZQ 4606-1997，则
（3）轴承和轴段3与7的设计
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7308 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=27.5mm，故。
轴承采用脂润滑，需要用挡油环来油封，防止润滑油溅入轴承内，内端面与箱体内壁之间距离取为，挡油环宽度初定为，则轴段3的长度为，
则
（4）齿轮与轴段5的长度
由于齿轮分度圆直径过小，而轴较粗，故此处设计为齿轮轴，得出
  
（5）轴段4与6的设计
该处轴段直径可略大于轴承定位轴肩的直径，取为，齿轮左端面与箱体内壁之间距离为为，则轴段6的长度为，
。
（6）轴段2的长度
轴承座宽度为
轴承旁连接螺栓为M16，则
箱体轴承座宽度为取为L=58mm，取箱体连接螺栓为M12，地脚螺栓为 
则有轴承端盖连接螺栓为 ，取轴承端盖凸缘厚度为，端盖与轴承座间的调整垫片厚度为，端盖螺钉采用螺钉，取带轮凸缘端面距轴承端盖表面距离为K=28mm
则
（7）轴上力作用点之间的间距,
 
 
 
5键连接
带轮与轴间采用A型普通平键连接，查表，选取键
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：
 
 
 
（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        
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        
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
皮带轮处键连接的挤压应力为
 
查表得
 
故其强度足够
9  校核轴承寿命
（1）计算轴承的轴向力
由轴承7308AC，查表得e=0.68，C=38.5KN
轴承受力图如下：
 
则轴承1与2的派生轴向力分别为：
 
 
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  
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。
经结构绘图设计得出，各轴段长度如下图所示