车辆工程毕业设计62基于闭式功率流的汽车变速器试验台设计

5.3.2 蜗杆轴的设计

1、选择轴的材料，确定许用应力

选择45钢，调质处理，毛坯直径≤200mm，σB=637MPa。 2、按扭转强度估算轴径（最小直径）

T1?T21176000?N·mm=43617N·mm i?65?0.4148dC3T1P436173=(107～108)3=(107～108)mm=17.75～

n9.55?1069.55?10619.58mm

考虑到要将蜗杆和轴制成整体式，必须满足蜗杆的齿根圆直径与分度圆直径之比df/d＜1.7 ，则d＞df/1.7=45.88，通过综合考虑，取轴的最小直径

d=46mm。

3、设计轴的结构

（1）确定轴上零件的位置和固定方式

确定蜗杆和轴制成整体式。由于轴承对称安装于蜗杆的两侧，则其两侧轴承用轴肩固定，轴承的周向固定采用过盈配合。轴承的外圈位置由轴承盖顶住，这样轴组件的轴向位置即可完全固定。

（2）确定各轴段的直径

轴段①（外伸端）直径最小，d1=46mm；为能很顺利地在轴段②上安装轴承，轴段②必须满足轴承内径的标准，故取轴段②的直径d2为50mm；为了便于拆卸右侧轴承，可查出30210型圆锥滚子轴承的安装高度为4mm，取d3=58mm（初选圆锥滚子轴承30210 GB/T297-94）。

（3）确定各轴段的长度

蜗杆齿宽140mm，轴承支点间的跨距L应根据加载器箱体内壁间距来确定。蜗轮顶圆直径为345mm，蜗轮顶圆距箱体内壁的距离为14mm，取轴段③的长度为90mm；为保证轴承安装在箱体轴承座孔中（30210型圆锥滚子轴承，轴承宽

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度T=21.75mm），并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁的距离为5mm，所以轴段②的长度为26.75mm，轴承支点距离L=（26.75+140+80×2）mm=326.75mm；根据箱体结构距轴承盖要有一定距离及人在用手加载时对加载手柄也有一定的要求，取l?=150mm。

（4）按设计结果画出轴的结构草图，如图5.2a 所示。 4、按弯扭合成强度校核轴径 （1）画出轴的受力图（图5.2b） （2）作水平面内的弯矩图（图5.2c）。

Ft1??Fa2?2T12T22?1176000??N=969.27N d1i?d165?0.4148?902T22?1176000?N=7236.92N d2325Fa1??Ft2?Fr1??Fr2?Ft2tan??969.27?tan20?N=352.79N

支点反力为：

Ft1969.27N=484.64N ?22 查有关轴承的手册，得30210型圆锥滚子轴承a=20mm，T=21.75mm，则轴承

FHA?FHB?支点间的跨距为：

T?21.75???l??L?2?a???326.75?2?20??mm=308.5mm

22????Ⅰ-Ⅰ截面处的弯矩为：

MH?=484.64×

308.5N·mm=74755.72N·mm 2Ⅱ-Ⅱ截面处的弯矩为：

?308.590?MH??=484.64×???N·mm=52946.92N·mm

22?? （3）作垂直面内的弯矩图（图5-2d） 根据下列式子：

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dl?FVA·l??Fa2·?Fr2·22

FVA?FVB?Fr1得

FVA?d?352.797236.92?90?Fr1Fa1·?????N=-879.23N 22l?22?308.5??FVB?Fr1?FVA=352.79+879.23N=1232.02N

Ⅰ-Ⅰ截面左侧弯矩为： l?308.5MV?左?FVA·??879.23?N·mm=-135621.23N·mm

22Ⅰ-Ⅰ截面右侧弯矩为：

l?308.5MV?右?FVB·?1232.02?N·mm=190039.06N·mm

22Ⅱ-Ⅱ截面处的弯矩为：

?308.590?MV???FVA·?? =-879.23×94.25N·mm=-96055.88N·mm ?2??2 （4）作合成弯矩图（图5.2e）

22M?MH?MV Ⅰ-Ⅰ截面为：

2222M?左?MV?左?MH??(-135621.23)?74755.72N·mm=154860N·mm 2222M?右?MV?右?MH??190039.06?74755.72N·mm=204214N·mm

Ⅱ-Ⅱ截面为：

22M???MV(-96055.88)2?52946.922N·mm=109682N·mm ???MH??? （5）作转矩图（图5.2f）

T?T1=43617N·mm

（6）求当量弯矩

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因减速机构单向运转，即可认为转矩为脉动循环变化，修正系数?为0.6。 Ⅰ-Ⅰ截面：

Me??M?2右???T??2042142??0.6?43617?N·mm=205884N·mm

22Ⅱ-Ⅱ截面：

2Me???M?????T??1096822??0.6?43617?N·mm=112761N·mm

22 （7）确定危险截面及校核强度

由前面图可以看出，截面Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ所受转矩相同，但弯矩Me?＞Me??，且轴上还有键槽，故截面Ⅰ-Ⅰ可能为危险截面。但由于轴径d4＞d3，故也应对截面Ⅱ-Ⅱ进行校核。 Ⅰ-Ⅰ截面：

Me?205884MPa=2.82MPa ?3W0.1?90Me??112761MPa=5.78MPa ?W0.1?583?e??Ⅱ-Ⅱ截面：

?e???查相关手册得[σ-1b]=60MPa，满足?e≤[σ-1b]条件，故设计的轴有足够的强度。

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