1
dm2?d2(1?0.5?R)?211.5?(1?0.5?)?176.25mm
3 2T22?100.692?103Ft2???1142.6N dm2176.25
Fr2?Ft2?tan??cos?2?1142.6?tan20??cos63.925??182.8N ??Fa2?Ft2?tan??sin?2?1142.6?tan20?sin63.925?373.5N 圆周力Ft1、Ft2，径向力Fr1、Fr2及轴向力Fa1、Fa2如图5-3
FF已知圆锥齿轮的分度圆半径为
p2?4.01kw n2?400r/min T2?95.74N?m FFFFFMFF D/2FFFt1?2553NFr1?929.2N
Ft2?1095.2NMMMMFr2?151.3N Fa2?368.4N
M
图5-3轴的载荷分析图
（3）初步确定轴的最小直径
40Cr先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为（调 A0?110质），根据文献【１】表15-3，取，得
P2 3 . 76 ? 110 ? 3 ? 24 d min ? A0 3 . 12 n 356.612 2
，
中间轴最小直径显然是安装滚动轴承的直径d1?2和
d5?6
（4）轴的结构设计
①拟定轴上零件的装配方案（见下图5-4）
②根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，由文献【２】表15-1中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30206，其尺寸为
d?D?T?30mm?62mm?17.25mm，。 d1?2?30mm，d5?6?30mm这对轴承均采用套筒进行
轴向定位。
2）取安装齿轮的轴段，d2?3?35mm锥齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位，已知锥齿轮轮毂长
L?40.7~44.4mm，为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴段应略短于轮毂长，故取L2?3?40mm，齿轮的右端采用轴肩定位 轴肩高度h?0.07d，故取
h?3.5mm，则轴环处的直径为d3?4?42mm。取L3?4?12mm。
3）已知圆柱斜轮齿宽B1?80mm，由于结构上的需要，
将其设计为齿轮轴，轴段应略短于轮毂长，故取L4?5?76mm，在齿轮右端再设一轴肩，取
d4?5?35mm，L5?6?50mm。
② 上的周向定位 圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，按d2?3由文献【１】表
6-1查得平键截面b?h?10mm?8mm，键槽用键槽铣刀加工，
长为32mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故
选择齿轮轮毂与轴的配合为H7k6；
③ 定轴上圆角和倒角尺寸 ，取轴端倒角为
2?45?
dmin?24.12mm
d1?2?30mm
d2?3?35mm d3?4?42mm d4?5?35mm
d5?6?30mm
图5-4轴的结构与装配
(5) 求轴上的载荷
表5-2轴上载荷
载荷 水平面H 垂直面V FNV1?74.3N FNH1?1732.6N FNV2?703.6N FNH2?1914.6N 支反力F MH1?97372.1N?mm MV3?52207.1N?mm MH2?142063.3N?mm 弯矩M 22Mmax?142063.3?52207.1?151352.4N?mm 总弯矩 T?100692N?mm 扭矩T
(6) 按弯扭合成应力校核轴的强度
根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动
循环变应力，取??0.6，轴的计算应力
M2?(?T2)2151352.42?(0.6?100692)2?ca???60.36MPa
W0.1?303
前已选定轴的材料为40Cr（调质），由文献【１】表15-1
???70MPa,?????? 查得?1ca?1，
故安全。
(7) 精确校核轴的疲劳强度 ①判断危险截面 截面5左右侧受应力最大 ②截面5右侧
抗弯截面系数
W?0.1d3?0.1?303?2700mm3
抗扭截面系数
W3T?0.2d3?0.2?30?5400mm3
截面5右侧弯矩M为
M?151352.4N?mm
截面5上的扭矩为
T?100692N?mm
截面上的弯曲应力
?M151352.4b?W?2700?56.1MPa
截面上的扭转切应力
?b?T2W?100692?18.6MPa T5400轴的材料为40Cr，调质处理。由表15-1查得
?B?735MPa,??1?355MPa,??1?200MPa。
截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数??及??按文献【１】附表3-2查取。因r2.5d?30?0.08，
Dd?3530?1.17，经插 值后查得
???1.77，???1.38
又由文献【１】附图3-1可得轴的材料敏感系数为 q??0.82,q??0.85
故有效应力集中系数为
k??1?q?(??-1)?1?0.82?（1.77?1）?1.63k?1?q?0.85?（1.38?1）?1.32 ??(??-1)?1由文献【１】附图3-2的尺寸系数???0.8，扭转尺寸
M?151352.4N?mmT?100692N?mm
?ca?60.36MPa
W?2700mm3
W3T?5400mm