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JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題目： 小型混泥土攪拌機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué) 院： 工學(xué)院
姓 名： 黃 亞 輝
學(xué) 號(hào)： 20091074
專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
年 級(jí)： 2009級(jí)
指導(dǎo)教師： 吳瑞梅 職 稱(chēng)： 副教授
二0一三年 五月
江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
目前，混泥土攪拌機(jī)在國(guó)內(nèi)外都有著飛速的發(fā)展，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力在不斷提高。
為了滿足市場(chǎng)需求，完善產(chǎn)品系列，適應(yīng)小型建筑施工和實(shí)驗(yàn)室工作的需求，設(shè)
計(jì)了此混泥土攪拌機(jī)。
本課題主要研究立軸式混泥土攪拌機(jī)的工作原理以及攪拌機(jī)攪拌系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)混泥土攪拌機(jī)的攪拌系統(tǒng)初步定型，并對(duì)攪拌系統(tǒng)的主要部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。主要設(shè)計(jì)結(jié)論如下：
（1）攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)方案分析與總體設(shè)計(jì)
本攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)是由機(jī)架、攪拌裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)所主成。 機(jī)架是整個(gè)設(shè)備的支撐部分，由槽鋼和鋼管焊接而成。攪拌裝置由攪拌筒、攪拌軸、攪拌鏟片所主成，攪拌鏟片固定在攪拌臂上，并且與攪拌軸主成一體，攪拌鏟與攪拌筒底間隙可微量調(diào)整。傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、減速器、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)所組成。
（2）攪拌裝置的設(shè)計(jì)
攪拌裝置是安裝在軸套上的鏟片式葉片，葉片隨軸的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)筒內(nèi)物料進(jìn)行攪拌，是物料混合均勻，攪拌臂向上伸出，可起到攪拌上方物料的作用。
（3）傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)系統(tǒng)是由V帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)的。電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速通過(guò)V帶傳動(dòng)傳遞到減速器，減速器又通過(guò)鏈傳動(dòng)將轉(zhuǎn)速傳遞給攪拌機(jī)的主軸，主軸帶動(dòng)軸套轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使攪拌葉片旋轉(zhuǎn)，來(lái)完成攪拌的工作。
關(guān)鍵詞：攪拌機(jī)；立軸；混泥土
Ⅰ
Abstract
At present, concrete mixer at home and abroad have a rapid development, international competitiveness in the continuous high. In order to meet market demands, improving the product series, adapt to the small building construction and laboratory work demand, design the concrete mixer.
This topic research vertical shaft type concrete mixer work principle and blender mixing system design. According to the requirements of the design of concrete mixer, the mixing system, and the preliminary finalize the design of the main parts by mixing system design and calculation. The main conclusions are as follows:
(1)mixer with the overall structural design of program analysis
The structure is a rack mixer, mixing equipment, drive into the main.
The support of the entire equipment rack is part of the channel steel and steel pipe welded. Mixing device consists of the mixing tube, shaft, mixing shovel into a film by Lord Spatula piece fixed to the mixing arm, and with the main shaft into one, Spatula and mixing tube at the end of the gap can be micro-adjusted. Transmission from the motor, gearbox, belt drive, chain drive of the composition.
(2) mixing device design
Mixing device is installed in the sleeve piece on the shovel blade, blade rotation with the axis of rotation of the barrel for mixing the material, the material is mixed, stirring arm extended upward, may play a role in mixing the material above.
(3) transmission system design
Transmission by V belt drive and chain drive to transfer movement. Motor output speed to pass through the V-belt transmission to the gearbox, gearbox and chain drive to speed to pass through to the mixer spindle drive shaft rotation, so that the mixing blades rotating, stirring to complete the work.
朗讀
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字典
Keywords Mixer Vertical axis Concrete
Ⅱ
目 錄
1 總體概述 1
1.1畢業(yè)設(shè)計(jì)課題 1
1.2 設(shè)計(jì)的總體要求 1
1.3 設(shè)計(jì)大綱 1
1.3.1 設(shè)計(jì)原則 1
1.3.2 原始數(shù)據(jù) 1
1.4泥土攪拌機(jī)的概述 1
2、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 2
2.1攪拌裝置的設(shè)計(jì) 2
2.2傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 2
2.3機(jī)座與支架的設(shè)計(jì) 3
2.4電器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3
3、主要機(jī)構(gòu)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)計(jì) 3
3.1攪拌裝置的設(shè)計(jì) 3
3.1.1攪拌桶的設(shè)計(jì) 3
3.1.2攪拌葉片的設(shè)計(jì) 4
3.2傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 6
3.2.1電動(dòng)機(jī)的選擇 6
3.2.2電動(dòng)機(jī)的選擇 8
3.2.3軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 15
3.2.4滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算 24
3.2.5鍵聯(lián)接的選擇及計(jì)算 26
3.2.6減速器附件的選擇 27
3.2.7潤(rùn)滑與密封 27
3.3機(jī)座與支架的設(shè)計(jì) 27
3.4電器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28
4、參考文獻(xiàn) 29
1 總體概述
1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)課題
小型混泥土攪拌機(jī)
1.2 設(shè)計(jì)的總體要求
① 滿足使用要求
② 滿足經(jīng)濟(jì)性要求
③ 力求整機(jī)的布局緊湊合理
④ 工業(yè)性要求簡(jiǎn)單而實(shí)用
⑤ 滿足有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
1.3 設(shè)計(jì)大綱
1.3.1 設(shè)計(jì)原則
① 攪拌機(jī)技術(shù)條件應(yīng)滿足GB9142-2000《混泥土攪拌機(jī)技術(shù)條件》規(guī)范；
② 所用圖紙的幅面應(yīng)符合GB4457-2000《中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械制圖》中的相關(guān)定。
1.3.2 原始數(shù)據(jù)
攪拌機(jī)類(lèi)型：
多功能攪拌機(jī)
應(yīng)用領(lǐng)域：
固、液、干粉、飼料、肥料、混泥土、沙石、灰漿、泥灰、灰泥、沙漿、砂漿、膏體、粉末、水泥、泥漿
動(dòng)力類(lèi)型：
電動(dòng)
布局形式：
立式
作業(yè)方式：
連續(xù)作業(yè)式
型號(hào)：
JY1-150
攪拌方式：
強(qiáng)制式攪拌
攪拌鼓形狀：
鼓筒型
裝置方式：
移動(dòng)式
料桶容量：
150（L）
生產(chǎn)能力：
120（L）
轉(zhuǎn)速范圍：
30（r/min）
1.4泥土攪拌機(jī)的概述
混泥土攪拌機(jī)種類(lèi)繁多，混泥土攪拌機(jī)按作業(yè)方式分有循環(huán)作業(yè)式和連續(xù)作業(yè)式兩種。循環(huán)作業(yè)式的供料、攪拌、卸料三道工序是按一定的時(shí)間間隔周期進(jìn)行的，即按份拌制。由于拌制的各種物料都經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確的稱(chēng)量，故攪拌質(zhì)量好。目前大多采用此種類(lèi)型的作業(yè)方式。連續(xù)作業(yè)式的上述三道工序是在一個(gè)較長(zhǎng)的筒體內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的。雖然其生產(chǎn)率較循環(huán)作業(yè)式高，但由于各料的配合比、攪拌時(shí)間難以控制，故攪拌質(zhì)量差。目前使用較少。
混泥土攪拌機(jī)按攪拌方式分有自落式攪拌、強(qiáng)制式攪拌兩種。自落式攪拌機(jī)就是把混合料放在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的攪拌鼓內(nèi)，隨著攪拌鼓的旋轉(zhuǎn)，鼓內(nèi)的葉片把混合料提升到一定的高度，然后靠自重自由撒落下來(lái)。這樣周而復(fù)始地進(jìn)行，直至拌勻?yàn)橹?。這種攪拌機(jī)一般拌制塑性和半塑性混泥土。強(qiáng)制式攪拌機(jī)是攪拌鼓不動(dòng)，而由鼓內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸上均置的葉片強(qiáng)制攪拌。這種攪拌機(jī)拌制質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高；但動(dòng)力消耗大，且葉片磨損快。一般適用于拌制干硬性混泥土?；炷嗤翑嚢铏C(jī)按裝置方式分有固定式和移動(dòng)式兩種。固定式攪拌機(jī)是安裝在預(yù)先準(zhǔn)備好的基礎(chǔ)上，整機(jī)不能移動(dòng)。它的體積大，生產(chǎn)效率高。多用于攪拌樓或攪拌站。移動(dòng)式攪拌機(jī)本身有行駛車(chē)輪，且體積小，重量輕，故機(jī)動(dòng)性能好。應(yīng)用于中小型臨時(shí)工程?；炷嗤翑嚢铏C(jī)的出料方式分有為傾翻式和非傾翻式兩種。傾翻式靠攪拌鼓傾翻卸料，而非傾翻式靠攪拌鼓反轉(zhuǎn)卸料。
混泥土攪拌機(jī)可按攪拌鼓的形狀不同，有梨型、鼓筒型、雙錐形、圓盤(pán)立軸式和圓槽臥軸式五種。前三種系自落式攪拌；后兩種為強(qiáng)制式攪拌，目前國(guó)內(nèi)較少使用?；炷嗤翑嚢铏C(jī)按攪拌容量分有大型（出料容量1000~3000L）、中型（出料容量300~500L）和小型（出料容50~250L）。各攪拌機(jī)的分類(lèi)。
2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
2.1 攪拌裝置的設(shè)計(jì)
攪拌裝置是混泥土攪拌機(jī)的主要裝置，主要起將物料攪拌攪拌均勻的作用，主要由攪拌軸、攪拌葉片和攪拌桶組成。
2.2 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)裝置主要起動(dòng)力傳輸以及控制轉(zhuǎn)速作用，主要由齒輪、皮帶輪，軸、軸承等一系列零件組成。減速機(jī)與攪拌主軸間采用鼓型齒聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)，攪拌主軸采用高速端十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器同步，使兩軸作反向同步運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到強(qiáng)制攪拌效果，與傳統(tǒng)的大小的鏈輪傳動(dòng)，大齒輪同步的結(jié)構(gòu)相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，遇非正常過(guò)載時(shí)能通過(guò)皮帶打滑保護(hù)等特點(diǎn)。
2.3 機(jī)座與支架的設(shè)計(jì)
機(jī)座與支架主要起固定支撐作用，使混泥土攪拌機(jī)能正常穩(wěn)定的工作而不至于在攪拌的時(shí)候由于攪拌導(dǎo)致機(jī)器的晃動(dòng)。
2.4 電器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
主要通過(guò)控制電機(jī)和傳動(dòng)裝置來(lái)調(diào)節(jié)攪拌速度和精度。
3 主要機(jī)構(gòu)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)計(jì)
3.1 攪拌裝置的設(shè)計(jì)
攪拌裝置包括：主要由攪拌軸、攪拌葉片和攪拌桶組成。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示
3.1.1 攪拌桶的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)要求 攪拌類(lèi)型：強(qiáng)制式攪拌
攪拌鼓形：為鼓桶型
鼓桶容量：150L
底端內(nèi)徑：D=600mm 底端外徑：D1=620mm
鼓桶大致設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如下：
圖1鼓桶
鼓桶強(qiáng)度計(jì)算：
混泥土密度不固定，根據(jù)配料比例不同，密度會(huì)不一樣，一般來(lái)說(shuō)：輕質(zhì)泡沫混泥土的密度小，密度等級(jí)一般為300-1800kg/m3。所以在鼓桶滿載的情況下鼓桶中混泥土的重量為：
M=ρ×V=1800×0.15=270kg
則延鼓桶軸線作用于同底的作用力為：
F=Mg=270×9.8=2646N
鼓桶的壁厚δ=10mm，δ< ，所以鼓桶為薄壁圓筒。所以鼓桶的橫截面積為：
A=πDδ=3.14×600×10=18840mm2=1.88×10-2m2
所以鼓桶截面上的最大應(yīng)力為：
σ`= =140445.86N/m2
鼓桶材料選?。篞345
鼓桶制作工藝：采用沖壓工藝
3.1.2 攪拌葉片的設(shè)計(jì)
攪拌葉片是混泥土攪拌機(jī)實(shí)現(xiàn)其工作性能的關(guān)鍵，攪拌桶攪拌性能是通過(guò)攪拌葉片對(duì)拌合料連續(xù)不斷的碰撞而實(shí)現(xiàn)的，因此攪拌葉片的設(shè)計(jì)直接影響攪拌機(jī)整體設(shè)計(jì)的成敗。目前攪拌葉片的形式大致分為渦輪式、螺旋槳式、槳式三種。一般常用的形式為平直葉片渦輪式、傾斜葉片渦輪式、船用螺旋槳式、錨式、帶式。
葉片螺旋線母線：目前攪拌葉片普片采用直板螺旋面，其圓筒母線采用的線型是阿基米德螺旋線，錐筒葉片采用對(duì)數(shù)螺旋線接頭處進(jìn)行螺旋線的擬合。
母線在繞軸線作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí), 沿軸線方向作勻速或變速直線運(yùn)動(dòng), 該母線的運(yùn)動(dòng)軌跡形成等螺距或變螺距螺旋面。母線為直線形成直紋螺旋面母線為曲線形成非直紋螺旋面。軸線與螺旋面軸線重合的圓柱面或圓錐面同該螺旋面的交線分別稱(chēng)為圓柱螺線或圓錐螺線。螺線的切線和圓柱面或圓錐面的母線之間的夾角稱(chēng)為螺旋角, 用β表示。
斜面傾角和物料下滑角：性質(zhì)一定的物料，在性質(zhì)（主要是粗糙度）一定的傾角平板上，由于自身重力在斜面方向的分力剛夠克服平板對(duì)物料的摩擦力和粘附力而開(kāi)始下滑，這時(shí)平板的斜角ɑ叫做該種物料對(duì)于該種平板的下滑角，用Ψ表示。物料沿斜線下滑的條件是ɑ≥Ψ。
圖2混泥土下滑實(shí)驗(yàn)曲線
斜面最大傾斜線S：斜面上物料的下滑方向，是沿著斜面的最大傾斜線S的方向，如圖3所示,即斜面上對(duì)水平面H的最大傾斜線AC由圖3 可知
（1）
圖3斜面及最大傾斜線
（1）
由（1）式得
又因?yàn)?
故有
代入上式得： （2）
（3）
由（2）或（3）式可求出最大傾斜位置。
代入數(shù)據(jù)，根據(jù)臨界線圖可得出圓住螺旋角為68o。
3.2 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)
圖4傳動(dòng)裝置
3.2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
類(lèi)型和結(jié)構(gòu)的選擇：
選擇Y系列全封閉自扇冷式籠型三相異步立式電動(dòng)機(jī)。
功率的確定：
1)工作機(jī)所需功率
Vm=30×0.32×3.14/60=0.1413m/s
Pw=FwVw=3.0×0.1413=0.429KW
2)電機(jī)至工作間總效率的確定：
取聯(lián)軸器效率η1＝0.99；滾動(dòng)軸承效率η2＝0.99；錐齒輪傳動(dòng)效率η3＝0.97圓柱齒輪傳動(dòng)效率η4＝0.98工作機(jī)效率ηw＝0.96；
則總效率η＝(η1)2(η2)2(η3)2(η4)2ηw≈0.83。
3)電動(dòng)機(jī)所需功率Pd：Pd＝Pw/η≈0.517KW。
4)電動(dòng)機(jī)額定功率Pm：因Pm≥Pd，故取Pm＝550W，查《機(jī)械設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)》表17－7選擇型號(hào)為Y80M1—4的電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)額定功率Pm＝550W，滿載轉(zhuǎn)速nm＝1390r/min。
傳動(dòng)比的分配：
1)總傳動(dòng)比：鼓桶轉(zhuǎn)速nw=30r/min，則總傳動(dòng)比i＝nm/mw≈46.33。
2)確定一級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)比i1：i1＝3.1。
3)確定二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)比i2：i2＝2.0。
4)確定三級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)比i3：i3=7.5。
傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算：
1)各級(jí)傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算（r/min）
高速軸Ⅰ轉(zhuǎn)速:n1=nm=1390r/min。
中間軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速：n2=n1/i1=448.4r/min。
低速軸Ⅲ轉(zhuǎn)速：n3=n2/i2=224.2r/min。
滾筒的轉(zhuǎn)速：n4=n3/i3=30r/min。
2)各軸輸入功率計(jì)算(KW)
高速軸Ⅰ的輸入功率P1＝Pmη1＝0.545kW。
中間軸Ⅱ的輸入功率P2＝P1η2η3＝0.523KW。
低速軸Ⅲ的輸入功率P3＝P2η2η4＝0.507W。
鼓筒錐齒輪的輸入功率P4＝P3η2η3＝0.487KW。
3)各軸的輸入轉(zhuǎn)矩(N?mm)
高速軸Ⅰ的輸入轉(zhuǎn)矩T1＝9550P1/n1＝3.74×105N?mm。
中間軸Ⅱ的輸入轉(zhuǎn)矩T2＝9550P2/n2＝1.11×106N?mm。
低速軸Ⅲ的輸入轉(zhuǎn)矩T3＝9550P3/n3＝2.16×106?mm。
鼓筒的輸入轉(zhuǎn)矩T4＝9550P4/n4＝1.55×107N?mm。
3.2.2 直齒圓錐齒輪設(shè)計(jì)
選材:所設(shè)計(jì)的小型混泥土攪拌機(jī)工作工作有輕微振動(dòng)。經(jīng)常滿載、空載起動(dòng)、不反轉(zhuǎn)、單班制工作，運(yùn)輸帶允許的速度誤差為５％，小批量生產(chǎn)，使用期限10年。由課本表12.7選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)）硬度為241HB～286HB。大齒輪材料為45剛（調(diào)質(zhì)），硬度為229HB～286HB。
齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算:齒數(shù)Z:選取小齒輪齒數(shù)為Z1＝23，大齒輪齒數(shù)為Z2＝Z1i1＝23×3.1＝71.3，取Z2＝71。
精度等級(jí)：估算vm≈3m/s，由表12.6可選8級(jí)精度。
使用壽命KA：由表12.9可選KA=1.0。
動(dòng)載荷系數(shù)KV：由圖12.9可選KV=1.17
齒間載荷分配系數(shù)KHɑ： 由表12.10，估計(jì)KAFt/b<100N/mm
當(dāng)量齒數(shù)：
端面重合度：
齒向載荷分布系數(shù)Kβ：由表12.20及注3，取Kβ=1.9
載荷系數(shù)K：K=KAKVKHɑKβ=1×1.17×1.32×1.9=2.93
轉(zhuǎn)矩T1：
彈性系數(shù)ZE:由表12.12，ZE=189.8
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH:由圖12.16，ZH=2.5
接觸疲勞極限：由圖12.7c,=710MPa；=680MPa
接觸最小安全系數(shù)：由表12.14，=1.05
接觸壽命：由題意Z1=Z2=1.0
許用接觸應(yīng)力[]: []
[]
小輪大端分度圓直徑d1:取
確定傳動(dòng)主要尺寸：
大端模數(shù)m： mm 由表12.3，取m=1.5
實(shí)際大端分度圓直徑d: d1=mz1=1.5×23=34.5mm
d2=mz2=1.5×71=106.5mm
錐距R:
齒寬b:
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算：
齒形系數(shù)YFa：由圖12.30，YFa1=2.73 YFa2=2.15
應(yīng)力修正系數(shù)Ysa：由圖12.31，Ysa1=1.64 Ysa2=2.07
重合度系數(shù)Yε:
齒間載荷分布系數(shù)KFɑ: 由表12.10，KAFt/b<100N/m
載荷系數(shù)K: K=KAKVKFɑKβ=1.35×1.17×1.47×1.9=4.41
彎曲疲勞極限：由圖12.23c,=600MPa =570MPa
彎曲最小安全系數(shù)SFlim：由表12.14，SFlim=1.25
彎曲壽命系數(shù)YN:由題意YN1=YN2=1.0
尺寸系數(shù)YX：由圖12.25，YX=1.0
許用彎曲應(yīng)力[]：
2) 斜齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)
選定齒輪精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
1)圓錐－斜齒圓柱齒輪減速器是通用減速器，速度不高，故選用7級(jí)精度
2)選擇材料
根據(jù)課本表12.7選擇大小齒輪材料均為45鋼（調(diào)質(zhì)），小齒輪齒面硬度250HBS，小齒輪硬度為220HBS
選擇小齒輪齒數(shù)為Z1=23,大齒輪齒數(shù)Z2＝Z1i2=23×2=46
3)初選螺旋角β＝14°
按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)公式為
1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
試選載荷系數(shù)Kt＝1.6
小齒輪轉(zhuǎn)矩T2＝1.11×106N?mm
選齒寬系數(shù)Φd＝1
由12.16選區(qū)域系數(shù)ZH＝2.433
由圖12.31查得εa1＝0.765，εa2＝0.866，則εa＝εa1+εa2＝1.631
由表12.12查得材料的彈性影響系數(shù)ZE＝189.8MPa^0.5
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N1＝60n2jLh＝60×448.4×1×（1×8×300×10）＝6.457×108
N2＝N1/i2＝3.228×107
由圖12.17c按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1＝600MPa，大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限σHlim2＝570MPa
由圖12.18取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1＝0.95KHN2＝0.98
計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S＝1，得
[σH1]＝KHN1σHlim1/S＝0.95×600/1MPa＝570 MPa
[σH2]＝KHN2σHlim2/S＝0.98×570/1MPa＝558.6 MPa
則許用接觸應(yīng)力[σH]＝（[σH1]+[σH2]）/2＝564.3 MPa
2）計(jì)算
試算小齒輪分度圓直徑d1t，由公式得
=62.7mm
計(jì)算圓周速度v
v＝πd1tn2/（60×1000）＝3.14×62.7×241.2/（60×1000）=0.79m/s
計(jì)算齒寬b級(jí)模數(shù)mnt
b＝Φdd1t＝1×62.7mm＝62.7mm
mnt＝d1tcosβ/Z1＝62.7×cos14°/23＝2.645mm
h＝2.25mnt＝2.25×2.645＝5.95mm
b/h＝62.7/5.95＝10.54
計(jì)算縱向重合度
εβ：εβ＝0.318ΦdZ1tanβ＝0.318×1×23×tan14°＝1.824
計(jì)算載荷系數(shù)K
根據(jù)v＝0.79m/s，7級(jí)精度，由課本圖12.9查得動(dòng)載荷系數(shù)Kv＝1.06
由【4】表12.10查得齒間載荷分配系數(shù)KHа＝KFа=1.4
由【4】表12.9查得使用系數(shù)KA＝1.25
由【4】表12.10查得齒向載荷分配系數(shù)KHβ＝1.42，由圖12.31和b/h＝10.54查得KFβ＝1.34
載荷系數(shù)K＝KAKVKHaKHβ＝1.25×1.06×1.4×1.42＝2.63
按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，得
d1 ＝d1t ＝74mm
計(jì)算模數(shù)mn
mn＝d1cosβ/Z1＝74×cos14°/23＝3.12mm，
按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)公式為：
1）確定計(jì)算參數(shù)
計(jì)算載荷系數(shù)K＝KAKVKFaKFβ＝1.25×1.06×1.4×1.34＝2.486
根據(jù)縱向重合度εβ＝1.824，從圖10－28查得螺旋角影響系數(shù)Yβ＝0.88.
計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
Zv1＝Z1/cos3β＝23/cos314°＝25.18
Zv2＝Z2/cos3β＝92/cos314°＝50.34
查取齒形系數(shù)
由【4】圖12.21查得YFa1＝2.6164，YFa2＝2.18
由【4】圖12.22查得應(yīng)力校正系數(shù)Ysa1＝1.5909，Ysa2＝1.7
由【4】圖12.23c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE1＝440MPa大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE2＝425MPa
由【4】圖10－18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1＝0.9KFN2＝0.92
計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取安全系數(shù)S＝1.4，得
[σF1]＝KHN1σFE1/S＝0.9×440/1.4＝282.86MPa
[σF2]＝KHN2σFE2/S＝0.92×425/1.4＝279.3MPa
計(jì)算大小齒輪的YFaYSa/[σF]并加以比較
YFa1YSa1/[σF1]＝2.6164×1.5909/282.86＝0.01472
YFa2YSa2/[σF1]＝2.18×1.7/279.3＝0.01327
小齒輪數(shù)值大設(shè)計(jì)計(jì)算
=2.19mm
對(duì)比計(jì)算結(jié)構(gòu)，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)mn大于有齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取mn＝2.19，已可滿足彎曲強(qiáng)度，圓整為標(biāo)準(zhǔn)值mn＝2.5。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需要接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度原直徑d1＝74mm來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是有Z1＝d1cosβ/mn＝74×cos14°/2.5＝28.72取Z1＝29，Z2＝i2Z1＝2×29＝58
4.2.4 幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算中心距
a＝（Z1+Z2）m/（2cosβ）＝（29+58）×2.5/（2×cos14°）＝112.1mm將中心距圓整為112mm
（2）按圓整后的中心距修正螺旋角
β＝arccos（Z1+Z2）mn/（2a）＝arccos（Z1+Z2）×2.5/(2×187)=14°14′24""
（3）計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑
d1＝Z1mn/cosβ＝29×2.5/cos14°14′24"＝74.8mm
d2＝Z2mn/cosβ＝58×2.5/cos14°14′24"＝149.6mm
（4）計(jì)算齒輪寬度
b＝Φdd1＝1×74.8mm＝74.8
圓整后取B＝75mm
（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
小齒輪齒頂圓直徑小于160mm，故，做成實(shí)心結(jié)構(gòu)；大齒輪齒頂圓直徑大于160mm而又小于500mm故以選用腹板式結(jié)構(gòu)為宜。其他有關(guān)尺寸按[4]圖10－39薦用的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)數(shù)值結(jié)果直接標(biāo)注在大齒輪零件圖上。大齒輪零件圖見(jiàn)附圖1。
3) 鼓桶圓錐齒輪
選材:所設(shè)計(jì)的小型混泥土攪拌機(jī)工作工作有輕微振動(dòng)。經(jīng)常滿載、空載起動(dòng)、不反轉(zhuǎn)、單班制工作，鼓桶允許的速度誤差為 ５％，小批量生產(chǎn)，使用期限１０年。由課本表12.7選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)）硬度為241HB～286HB。大齒輪材料為45剛（調(diào)質(zhì)），硬度為229HB～286HB。
齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算:齒數(shù)Z:選取小齒輪齒數(shù)為Z1＝24，大齒輪齒數(shù)為Z2＝Z1i1＝24×7.5＝71.3，取Z2＝180。
精度等級(jí)：估算vm≈1m/s，由[4]表12.6可選9級(jí)精度。
使用壽命KA：由[4]表12.9可選KA=1.0。
動(dòng)載荷系數(shù)KV：由[4]圖12.9可選KV=1.17
齒間載荷分配系數(shù)KHɑ： 由[4]表12.10，估計(jì)KAFt/b<100N/mm
端面重合度：
齒向載荷分布系數(shù)Kβ：由表12.20及注3，取Kβ=1.9
載荷系數(shù)K：K=KAKVKHɑKβ=1×1.17×1.32×1.9=2.93
轉(zhuǎn)矩T1：
彈性系數(shù)ZE:由表12.12，ZE=189.8
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH:由圖12.16，ZH=2.5
接觸疲勞極限：由圖12.7c,=710MPa
=680MPa
接觸最小安全系數(shù)：由表12.14，=1.05
接觸壽命：由題意Z1=Z2=1.0
許用接觸應(yīng)力[]: []
[]
小輪大端分度圓直徑d1:取
確定傳動(dòng)主要尺寸
大端模數(shù)m： mm，由表12.3，取m=3.5
實(shí)際大端分度圓直徑d: d1=mz1=3.5×24=82mm
d2=mz2=3.5×180=630mm
錐距R:
齒寬b:
4)整理
圓錐齒輪：
m＝1.5，Z1＝23，Z2＝71，d1＝34.5mm，d2＝106.5mm，δ1＝18°
δ2＝72°，，B＝14mm
斜齒圓柱齒輪：
mn＝2.5，Z1＝29，Z2＝58，d1＝75mm，d2＝150mm
β＝14°，B＝75mm，中心距a＝112.5mm
鼓桶圓錐齒輪：
m＝7.5，Z1＝24，Z2＝180，d1＝82mm，d2＝630mm，δ1＝12°
δ2＝78°，B＝16mm
3.2.3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
1)輸入軸設(shè)計(jì)
輸入軸上的功率P1、轉(zhuǎn)速n1、和轉(zhuǎn)矩T1：
P1=0.545KW,轉(zhuǎn)速n1＝1930r/min，T1=9550P1/n1=3.74×102N?m
求作用在齒輪上的力：
已知小圓錐齒輪的分度圓直徑為d1=34.5mm，則平均分度圓直徑dm＝d1=（1-）=34.5×(1-0.5×0.3)mm=29.3mm而
Ft=2T1/dm=2×3.74×105/29.3=25529N
初步確定軸的最小直徑：
先初步估計(jì)軸的最小直徑。選取材料為45鋼，調(diào)制處理。根據(jù)[4]表15－3，取Ao＝112，得=14.77mm
輸入軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器的直徑d12，為了使所選的軸直徑d12與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選擇聯(lián)軸器的型號(hào)。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca＝KAT3，查表12.9，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故選KA＝1.3則：Tca＝KAT3＝1.3×5.25×104＝68250N?mm
查GB/T4224－2002，選HL1型彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，其公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩為160000N?mm，半聯(lián)軸器的孔徑為d1＝20mm，故選d12＝20mm，半聯(lián)軸器長(zhǎng)度L＝50mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)為38mm。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
（1）擬定軸的結(jié)構(gòu)
圖5擬定軸的結(jié)構(gòu)
（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位，1－2斷軸右端需制出一軸肩，故2－3段的直徑d23＝27mm。
初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受徑向力和軸向力，故選用單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù)d23＝27mm，由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表15－7中初步取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承30306，其尺寸為d×D×T＝30mm×72mm×20.75mm,d34=d56=30mm,而l34＝20.75mm，為了便于套筒可靠地壓緊左端軸承，套筒需向軸承端伸出少許，也就是說(shuō)3-4段應(yīng)增長(zhǎng)少短，故最終取l34＝20mm。這對(duì)軸承均采用軸肩進(jìn)行軸向定位，由表15－7查得30306型軸承的定位軸肩高度h＝3.5mm，因此取d45＝37mm。
取安裝齒輪出的軸段6－7的直徑d67＝25mm ，為使套筒可靠得壓緊軸承，5－6段應(yīng)略短與軸承寬度，故取l56＝19mm。
軸承端蓋的總寬度為20mm，根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑油的要求，求得端蓋外端面與半聯(lián)軸器右端面間的間距為l＝30mm，故取l23＝50mm。
錐齒輪輪轂寬度為67.27mm，為使套筒斷面可靠地壓緊齒輪取l67＝70mm。4－5段裝定位套筒，套筒長(zhǎng)度不固定，故取l45＝50mm認(rèn)為比較合適。
（3）軸上的周向定位
圓錐齒輪和半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按d67由[4]表6-1查得平鍵截面鍵寬b×鍵高h(yuǎn)＝8mm×7mm鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為50mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7/k6；同樣，聯(lián)軸器與軸的連接選用平鍵為6mm×6mm×25mm，半連州其與軸的配合為H7/k6；滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是有過(guò)度配合來(lái)保證的，吃出選軸的尺寸公差為k6。
（4） 確定軸上圓角和倒角尺寸
參考[4]表15-2，取軸端倒角為2×45°。各軸肩處的圓角半徑見(jiàn)圖。
按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度：
根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)句軸的單向選裝，扭轉(zhuǎn)求應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，取а＝0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力
＝2.65MPa
根據(jù)已選定的材料為45鋼，調(diào)制處理，查[]表15－1的[σ-1]＝60MPa。因此σca＜[σ-1]，故安全。
精確校核軸的疲勞強(qiáng)度：
（1）判斷危險(xiǎn)截面
靠近齒輪滾動(dòng)軸承的支反力作用點(diǎn)所在截面C所受彎矩最大，但應(yīng)力不集中，且前面所計(jì)算得到的這段直徑能滿足力學(xué)要求，故不是危險(xiǎn)截面，不必校核。而由圖易知，截面5右端最靠近截面C，且截面5出有圓角，應(yīng)力集中最嚴(yán)重。所以截面5右側(cè)最危險(xiǎn)。
（2）截面5右側(cè)
抗彎截面系數(shù) W＝0.1d3＝0.1×303＝2700mm
抗扭截面系數(shù) WT＝0.2d3＝0.2×303＝5400mm
截面5右側(cè)彎矩M及彎曲應(yīng)力
M＝（FNH22+ FNV2）0.5?（l56-a） ＝（28402+13.62）0.5?（0.019-0.015）＝11360N?mm
其中a由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表15-1查軸承30306得到。a≈15mm
σb＝M/W＝11360/2700＝4.21MPa
扭矩T1＝52525N?mm τT＝T1/WT＝52525/5400＝9.73MPa
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由課本表15－1查得σB＝640MPa，σ-1＝275MPa τ-1＝155MPa
截面上由于周建而形成的理論集中系數(shù)аσ及τ按附表3-2插取。因r/d＝2.0/30＝0.067，D/d＝37/30＝1.233，經(jīng)插值后查得аσ＝1.93，аτ＝1.55
又由[4]附圖3-1可得材料敏感系數(shù)為qa＝0.82，qτ＝0.85
故有效應(yīng)力集中系數(shù)為:
kσ＝1+qσ（aσ-1）＝1+0.82×（1.93-1）＝1.76
kτ＝1+qτ（aτ-1）＝1+0.85×（1.55-1）＝1.47
由[4]附圖3-2得尺寸系數(shù)εσ＝0.85，ετ＝0.87
軸按磨削加工，有附圖3-4的表面質(zhì)量系數(shù)為βσ＝βτ＝0.92
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，及βq＝1則綜合系數(shù)
Kσ＝kσ/εσ+1/βσ-1＝1.76/0.85+1/0.92-1＝2.16
Kτ＝kτ/ετ+1/βτ-1＝1.47/0.87+1/0.92-1＝1.78
取碳鋼特性系數(shù)為ψσ=0.1,ψτ=0.05
于是，計(jì)算安全系數(shù)Sca值，得
Sσ＝σ-1/（Kσσa+ψσσm）＝275/（2.61×4.21+0.1×0）＝25
Sτ＝τ-1/（Kττa+ψττm）＝155/（1.47×9.73/2+0.05×9.73/2）＝20.96
Sca= SσSτ/(Sσ2+Sτ2)0.5=25×20.96/(25^2+20.96^2)^0.5=16.06＞＞S＝1.5
故安全。
2)中間軸設(shè)計(jì)
求中間軸上的功率P2、轉(zhuǎn)速n2和轉(zhuǎn)矩T2：
P2＝0.523KW n2＝448.4r/min，T2＝1.11×106N?mm
求作用在齒輪上的力：
已知圓柱斜齒輪的分度圓直徑d1＝75mm,而
Ft1＝2T3/d1＝2×1.11×106/75＝2960N
Fr1=Ft1tanα/cosβ=4011×tan20°/cos14°14′24″＝1506N
Fa1＝Ft1tanβ＝4011×tan20°＝1460N
已知圓錐直齒輪的平均分度圓直徑
dm2＝d2（1-0.5）＝106.5×（1-0.5×0.33）＝90.525mm而
Ft2＝2T2/dm2＝1302N
Fr2＝Ft2tanαcosδ1=150N
Fa2=Ft2tanαsinδ1＝450N
圓周力Ft1、Ft2，徑向力Fr1、Fr2，軸向力Fa1、Fa2的方向及軸的彎矩和扭矩圖如圖6所示
圖6
初步確定軸的最小直徑：
先初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。取Ao＝105，得
＝26.32mm，中間軸最小的直徑顯然是安裝滾動(dòng)軸承的直徑d12和d56。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):
（1）擬定軸的結(jié)構(gòu)如圖所示（見(jiàn)圖7）
圖7
（2）初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)承受徑向力和軸向力，故選用單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù)d12＝d56＞26.32mm，根據(jù)<<機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表15-7初步選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度及的單列圓錐滾子軸承30306，其尺寸為d×D×T＝30mm×72mm×20.75mm，d12＝d56＝30mm
這對(duì)軸承均采用套筒進(jìn)行軸向定位，由，《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表15-7查30306型軸承的定位軸肩高度h＝3.5mm應(yīng)查取套筒的直徑為37mm。
取安裝齒輪的軸段d23＝d45＝35mm，錐齒輪左端與左軸承之間采用套筒定位，由課本圖10-39可知，錐齒輪輪轂長(zhǎng)為L(zhǎng)≈（1～1.2）D23＝（1～1.2）×35＝35～42mm，取平均值L＝38.5mm。但為了是套筒端面可靠地壓緊輪轂端面，此軸段應(yīng)略短于輪轂長(zhǎng)，故去l23＝35mm，齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度h＞0.007d，故取h＝4mm，則軸環(huán)出的直徑為d34＝43mm
已知圓柱斜齒輪齒寬B1＝80mm；為了使套筒端面可靠地壓緊端面，此軸段應(yīng)略短于圓柱齒輪輪轂長(zhǎng)，故取l45＝76mm
取軸肩寬l34＝12mm，，初選左右兩套筒分別長(zhǎng)為35. 75mm和30.25mm，則可確定l12＝60mm，l56＝55mm，軸總長(zhǎng)為238mm。
（3）軸上的周向定位
圓錐齒輪和圓柱斜齒輪的周向定位采用平鍵連接，按d23＝d45＝35mm由[4]表6-1查得平鍵截面b×h＝10mm×8mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)分別為25mm，50mm同時(shí)為保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選初論輪轂與軸的配合H7/m6；滾動(dòng)軸承與軸的定位是由過(guò)度配合來(lái)保證的，此處選軸的尺寸公差為6mm.
(4)確定軸上的圓角和倒角尺寸
取軸端倒角為2×45°
按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度： 根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)及中軸的單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，區(qū)α＝0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力
＝60MPa
前面已經(jīng)選定軸的材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），有課本表15-1查得[σ-1]＝70MPa，
σca<[σ-1]，故安全。
精確校核中歐疲勞強(qiáng)度
（1）判斷危險(xiǎn)截面
由彎矩圖知，截面C處彎矩最大，但前面已經(jīng)校核過(guò)截面C所在軸段的強(qiáng)度，完全滿足設(shè)計(jì)要求，故不是最危險(xiǎn)截面。由軸零件圖易知，截面5右端軸段直徑d56較d45小，且截面5處存在圓角，會(huì)引起應(yīng)力集中，故截面5右側(cè)最危險(xiǎn)。
（2）截面5右側(cè)
抗彎截面系數(shù)W＝0.1d563＝2700mm
抗扭截面系數(shù)WT＝0.2d563＝5400mm
截面5的右側(cè)彎矩及彎曲應(yīng)力分別為
其中，a由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表15-1查滾動(dòng)軸承30306得到。a≈15mm
σb＝M/W=123620/2700MPa=45.8MPa
扭矩及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力分別為T(mén)2＝150000N?mm τT＝T2/WT＝150000/5400MPa＝27.8MPa
軸材料為40Cr，調(diào)制處理，有表15-1查得σB＝735MPa，σ-1＝355Mpa， τ-1＝200MPa截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)ασ及ατ按[4]附表3-2查取，因r/d＝2.0/30＝0.067，D/d＝35/30＝1.167，經(jīng)插值后查得ασ＝1.90，ατ＝1.47
又由[4]附圖3-1得軸的材料銘感系數(shù)為qσ＝0.82，qτ＝0.85。故有效應(yīng)力集中系數(shù)為：
kσ＝1+qσ（ασ-1）＝1.74
kτ＝1+qτ（ατ-1）＝1.40
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》附圖3-2得尺寸系數(shù)εσ＝0.85，由附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)ετ＝0.87
軸按磨削加工，由附圖3-4的表面質(zhì)量系數(shù)為βσ＝βτ＝0.92。軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，及βq＝1，得綜合系數(shù)為
Kσ＝kσ/εσ+1/βσ-1＝1.74/0.85+1/0.92-1＝2.13
Kτ＝kτ/ετ+1/βτ-1＝1.40/0.87+1/0.92-1＝1.70
取合金鋼的特性系數(shù)ψσ＝0.1，ψτ＝0.05
計(jì)算安全系數(shù)Sca值，得
Sσ＝σ-1/（Kσσa+ψσσm）＝355/（2.13×45.8+0.1×0）=3.64
Sτ＝τ-1/（Kτστ+ψττm）=200/(1.70×27.8/2+0.05×27.8/2)=8.22
Sca= SσSτ/(Sσ2+Sτ2)0.5＝3.64×8.22/(3.642+8.222)0.5=3.33＞S=1.5
故可知安全。
3)低速軸的設(shè)計(jì)
求輸出軸上的功率P3、轉(zhuǎn)速n3、和轉(zhuǎn)矩T3：
P3＝0.507KW，n3＝224.2r/min，T3＝2.16×106?mm
求作用在齒輪上的力:
已知圓柱斜齒輪的分度圓直徑d2＝150mm，則
Ft＝2T3/d2＝2×2.16×106/150＝28800N
Fr＝Fttanα/cosβ＝3904×tan20°/cos14°14′24″＝1466N
Fa=Fttanβ=3904×tan14°14′24″=991N
圓周力Ft、徑向力Fr、軸向力Fa及軸的彎矩圖如圖8所示
圖8
初步估算軸的最小直徑:
選取軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），根據(jù)課本表15-3，取Ao＝112，得＝34.14mm， ，輸出軸的最小直徑為安裝。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):
（1）擬定軸的結(jié)構(gòu)如圖所示（見(jiàn)圖9）
圖9
（2）根據(jù)軸向的定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位，1-2軸段右端需制出一軸肩，故取2-3段的直徑d23＝62mm，左端用軸端擋圈定位，按軸端擋圈直徑D＝65mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度為L(zhǎng)1＝84mm，為了幫助軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故1-2段的長(zhǎng)度應(yīng)比L1略短一些，現(xiàn)取l12＝82mm。
初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)承受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)的d23＝62mm，由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表15-7中初步選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承30313，其尺寸為d×D×T＝65mm×140mm×36mm，故d34＝d78＝65mm，l34＝36mm
左端軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位，由表15-7查得30313型軸承的定位軸肩高度為h＝6mm，因此，取d45＝77mm；齒輪右端和右軸承之間采用套筒定位，已知齒輪輪轂的寬度為75mm，為了是套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取l67=72mm。取安裝齒輪處的軸端6-7的直徑d67＝70mm，齒輪左端采用軸肩定位，軸肩高度h＞0.07d，故取h＝6mm，，則軸環(huán)出直徑d56＝82mm。軸環(huán)寬度b≥1.4h，取l56＝12mm
軸承端蓋的總寬度為20mm，根據(jù)軸承端蓋的裝拆級(jí)便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑油的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離為l＝30mm故取l23＝50mm。
由于中間軸長(zhǎng)為238mm，則低速軸在減速箱部分的軸長(zhǎng)也應(yīng)為238mm，則有l(wèi)45+l78+l端蓋+l34+l56+l67＝l45+l78+20+36+12+72＝l45+l78+140=238，即有l(wèi)45+l78＝98mm。同時(shí)，需滿足大小斜齒圓柱齒輪正確嚙合，對(duì)比中間軸和低速軸，可適當(dāng)取l78＝58mm，則l45＝40mm，套筒長(zhǎng)19mm。
(3)軸上的周向定位
齒輪、半聯(lián)軸器的周向定位均采用平鍵連接，按d67和d12有[4]表6-1查得兩處平鍵截面尺寸分別為b×h＝20mm×12mm和b×h＝16mm×10mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)分別為50mmm和63mm。。同時(shí)為幫助齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂、半聯(lián)軸器與軸的配合為H7/m6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是有過(guò)度配合來(lái)保證的，此處選軸的尺寸公差為k6。（4）確定軸上圓角和倒角尺寸，取軸端倒角為2×45°。
按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度:
根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)即軸的單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取α＝0.6軸的計(jì)算應(yīng)力
σca＝[（M2+（αT3）2]0.5/W＝[169.42+（0.6×584）2]0.5/（0.1×0.0703）＝11.35MPa
前面已經(jīng)選定軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），由[4]表15-14查得[σ-1]＝60MPa，σca<[σ-1]，故安全。
精確校核軸的疲勞強(qiáng)度:
（1）判讀危險(xiǎn)截面
由彎矩圖知道截面C的應(yīng)力最大，但前面已經(jīng)校核過(guò)，C截面所在軸段的強(qiáng)度完全滿足設(shè)計(jì)要求，故不是最危險(xiǎn)截面。由軸零件圖易知，截面7右端軸段直徑d78較d67小，且截面7處存在圓角，會(huì)引起應(yīng)力集中，故截面7右側(cè)最危險(xiǎn)。
（2）截面7右側(cè)
抗彎截面系數(shù)W＝0.1d3＝0.1×653＝27462.5mm
扭截面系數(shù)WT＝0.2d3＝0.2×653＝54925mm
截面7右側(cè)彎矩M及彎曲應(yīng)力σb分別為
M＝（FNH22+FNV22）0.5×（l78－a）＝（23172+6532）0.5×（0.058-0.029）＝69811mm
其中a由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表15-1軸承30313查得。a≈29mm
σb＝M/W＝69811/27462.5＝2.54MPa
截面上扭矩T3及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τT分別為
T3＝584000N×mm ，τT＝T3/WT＝584000/