F
d1?2?45mm
FF
F
FF
M
M
图5-5轴的载荷分析图
(4) 轴的结构设计
拟定轴上零件的装配方案（见图5-6）
①根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1）为了满足半联轴器的轴向定位，1-2轴段右端需制
出一轴肩，故取2-3段的直径d2?3?50mm,长度42mm， 半联轴器与轴配合的毂孔长度L1?84mm，为了保证轴 端挡圈只压在半联 轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比L1略短些，现取
l1?2?82mm
2）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，参照工作要求并根据d2?3?50mm， 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30310，其尺寸为
d?D?T?50mm?110mm?29.25mm，算上挡油环长度，取
d3?4?55mm，d7?8?50mm。左端轴承采用挡油环进行轴向定
位。齿轮左端以及轴承的定位采用挡油环，已知齿轮轮毂的
宽度为75mm，为了使挡油环端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取l6?7?71mm，d6?7?60mm。齿轮的 右端采用轴肩定位，轴肩高度h?0.07d，故取h?5mm，则轴
环处的直径为d5?6?70mm。轴环宽度b?1.4h，取l5?6?10mm。
②轴上的周向定位
齿轮、半联轴器的周向定位均采用平键连接，按d6?7由文献【１】表6-1查得平键截面b?h?18mm?11mm，
键槽用键槽 铣 刀加工，长为,56mm，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
H7的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平
k6H7键10mm?10mm?40mm，半联轴器与轴的配合为，
k6滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为r6。 (5) 确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为2?45?
图5-6轴的结构与装配
(6) 求轴上的载荷
表5-3轴上载荷
载荷 水平面H FNH1?791.4N 垂直面V FNV1?287.9N FNV2?518.6N Mv?32388.75N.mm 支反力F 弯矩M 总弯矩 扭矩T FNH2?1424.4N MH?89032.5N.mm M?890322?32388.752?94740.8N?mm T?387772N?mm (7) 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
?ca?M?(?T1)W22
?94740.8?(0.6?387772)0.1?60322?11.63MPa
前已选定轴的材料为45钢（调质），由文献【１】表 15-1查得???1??60MPa,?ca????1?，故安全。
M?94740.8?mm(8) 精确校核轴的疲劳强度
①判断危险截面 截面7左右侧受应力最大 ②截面7右侧抗弯截面系数
W?0.1d3?0.1?503?12500mm3
T?387772N?mm
抗扭截面系数
WT?0.2d3?0.2?503?25000mm3
截面7右侧弯矩M为
M?94740.8?mm
截面7上的扭矩T2为
T?387772N?mm
?ca?11.63MPa
截面上的弯曲应力
M94740.8?b???7.6MPa
W12500截面上的扭转切应力
?b?T387772??15.5MPa WT25000
轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得
W?12500mm3
?B?640MPa,??1?275MPa,??1?155MPa。
WT?25000mm3截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数??及??按
r2.0D60
文献【１】附表3-2查取。因??0.04，??1.2，
d50d50经插 值后查得
???2.09，???1.66
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?（2.09?1）?1.89k??1?q?(??-1)?1?0.85?（1.66?1）?1.56 由文献【１】附图3-2的尺寸系数???0.7，扭转尺寸
系数
???0.83。轴按磨削加工，由文献【１】附图3-4
得表面质量系数为
??????0.91
轴未经表面强化处理，即?q?1，则综合系数为
Kk?11.89???????1??0.7?10.91?1?2.8
Kk????1?1?1.56???0.83?1?0.91?1?1.98又取碳钢的特性系数
???0.1,???0.05
计算安全系数Sca值
M?94740.8?mm
T?387772N?mm
?b?7.6MPa
?b?15.5MPa
??????0.91
K??2.8K??1.98