二級(jí)圓錐直齒輪減速器中高速軸的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析

梁善貴，梁善景

（1.廣西大學(xué)行健文理學(xué)院，廣西 南寧 530005；2.賀州學(xué)院，廣西 賀州 542899）

1 高速軸的材料選擇及確定許用應(yīng)力

高速軸無(wú)特殊要求，因此選用45號(hào)鋼，正火處理，根據(jù)查詢《金屬材料及工藝》P61可知，45號(hào)鋼的材料強(qiáng)度極限為σB=570 MPa，再查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)》P240可知高速軸的許用彎曲應(yīng)力{σ-1}=55MPa。如圖1為高速軸的草圖。

2 高速軸的最小直徑計(jì)算

根據(jù)參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》P241用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法來(lái)估算高速軸的最小直徑，查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)》P241得45號(hào)鋼的［τ］=45 MPa，得公式dmin≥16.67 mm，因此高速軸的高速軸直徑大小滿足強(qiáng)度要求。

3 求高速軸上的所有的作用力

根據(jù)減速器裝配體中高速軸部分的結(jié)構(gòu)分析得，高速軸上所受的力分別有作用在齒輪上的圓周力Ft、徑向力Fr、高速軸向力Fα以及支座反作用力FN。

已知輸入高速軸的功率P1=7.02 kW，轉(zhuǎn)速n1=971 r/min，轉(zhuǎn)矩 T1=6.9×104N·m 因此得

FH為水平面上的反作用力，F(xiàn)H1+FH2=Ft；FH2=1828 N；FH1=Ft-FH2=3691 N

FV為垂直面上的反作用力。ΣM2=0，F(xiàn)V1+FV2=Fr；FV2==783 N；FV1=Fr-FV2=1281 N

4 高速軸的扭矩校核

已知高速軸的最小直徑為18mm，因此在此處為扭矩最大處。25MPa≤［τ］≤45MPa，根據(jù)材料力學(xué)可知，對(duì)于實(shí)心圓高速軸，其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件≤［τ］，帶入高速軸的數(shù)據(jù)得 τ1=23.53 MPa≤［τ］。因此高速軸的扭矩強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。

5 高速軸的強(qiáng)度校核

根據(jù)參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》P252可知計(jì)算出高速軸的轉(zhuǎn)矩和彎矩后，就可以對(duì)高速軸的危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。此減速器所用的高速軸為一般的鋼制高速軸，根據(jù)第三強(qiáng)度理論得引入α為應(yīng)力修正系數(shù)，根據(jù)參考得高速軸為單向轉(zhuǎn)動(dòng)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力可以按照脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力處理，取α≈0.6。由于對(duì)于圓高速軸來(lái)講，WT=2W，因此以上的應(yīng)力公式變?yōu)棣襝a=帶入高速軸的數(shù)據(jù)得σca≤［σ-1］=55 MPa因此高速軸符合設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求。