轴的结构设计示例

例题：某一化工设备中的输送装置运转平稳，工作转矩变化很小，以圆锥-圆柱齿轮减速器作为减速装置。试设计该减速器的输出轴。减速器的装置简图如下。输入轴与电动机相联，输出轴通过弹性柱销联轴器与工作机相联，输出轴为单向旋转（从装有联轴器的一端看为顺时针方向）。已知电动机功率P=10kW，转速n1=1450r/min，齿轮机构的参数列于下表：

级　别	z1	z2	mn(mm)	mt(mm)	β	αn		齿　宽(mm)
高速级	20	75		3.5			1	大圆锥齿轮轮毂长L=50
低速级	23	95	4	4.0404				B1=85,B2=80

解：　　1.求输出轴上的功率P3、转速n3和转矩T3

　　　　　若取每级齿轮传动的效率（包括轴承效率在内）η＝0.97，则

　　　　　　　　　　

　　　　　又　　　　

　　　　　于是　　　

　　　　2.求作用在齿轮上的力

　　　　　因已知低速级大齿轮的分度圆直径为

　　　　　　　　

　　　　　而　　

　　　　　　　　

　　　　　　　　

　　　　　圆周力Ft，径向力Fr及轴向力Fa的方向如图。

3.初步确定轴的最小直径

　　先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45号钢，调质处理。取A0=112，于是得

　　输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径dⅠ－Ⅱ。为了使所选的轴直径dⅠ－Ⅱ与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。

　　联轴器的计算转矩Tca=KAT3,考虑到转矩很小，故取KA=1.3,则：

Tca=KAT3=1.3×960000 N·mm=1248000 N·mm

按照计算转矩Tca应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB5014-85或手册，选用HL4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为1250000N·mm。半联轴器Ⅰ的孔径dⅠ＝55mm；故取dⅠ－Ⅱ=55mm；半联轴器长度L＝112mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=84mm。

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