(e)
(f)
(g)
图7 轴的载荷分析图
Fig7 The analysis of the small gear wheel axle load
B、分析轴所受的水平分力情况 轴上所受的水平分力如图7（b）所示： 前面已算得高速轴的转矩为
T2?13.64N?mm,dm1?39mm,??20,?1?19.33,那么作用在圆锥齿轮上的
??圆周力为：
Ft?2T2dm1?2?13.64N?m0.039m?699.5N (47)
F'?Fttan??699.5tan20??254.6N (48)
作用在圆锥齿轮上的径向力为：
Fr?Fcos?1?254.6cos19.33'??240N (49)
作用在圆锥齿轮上的轴向力为：
Fa?F'sin?1?254.6sin19.33??84.3N (50) 由静力平衡方程
?MA?0 ?150Ft?173FNH2?0
?MC?0 ?173FNH1?23Ft?0 (51)
可求得FNH1?93N FNH2?606.5N
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作弯矩图：集中力FNH作用于A点，梁在AB和BC段的弯矩 AB段取距A点距离为X1则弯矩
MAB?FNH1?X1?93?X1 (52)
BC段取距B点距离为X2，则弯矩
MBC?FNH1?(X2?150)?Ft?X2 (53)
弯矩图如图7（c）所示：显然有MH?13950N?mm
C、分析轴所受的垂直分力情况
轴上所受的垂直方向的分力如图7（d）所示： 由静力平衡方程
?MA?0 ?150Fr?173FNV2?Ma?0
FaD84.3?39?1643.85N?mm (55)
?MC?0 ?173FNV1?23Fr?Ma?0 (54)
其中Ma?可求得FNV122?22.405N FNV2?217.59N
?作弯矩图：集中力FNV1作用于A点，梁在AB和BC段的弯矩， AB段取距A点距离为X1,则弯矩MAB?FNV1?X1?31.9?X1
BC段取距B点距离为X2,则弯矩MBC?FNV1?(X2?150)?Fr?X2?Ma（56） 弯矩图如图7（e）所示：显然有MV1?3360.75N?mm MV2?5004.57N?mm
D、总弯矩见图6（f） M1?M2?MH?MV1?1395022?3360.75?14349.12N?mm （57） ?14820.53N?mm （58）
MH?MV2?139502?5004.572E、作扭矩图
总的扭矩图如图7（g）所示：T?13.64N?m F、按弯扭矩合成应力校核轴的强度
进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面B）的强度。根据参考文献[12]中式15-5及以上所算的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取??0.6,轴的计算应
?ca?M1?(?T3)W22?14820.53?(0.6?13640)0.1?22322MPa?15.9MPa （59）
前面已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得?因此???1???60MPa。?ca?????1??,故安全。
3.3.2 主轴的设计计算
18
（1）主轴的设计计算 1、轴的设计
由参考文献[12]式15-2初步估计轴的最小轴径 dmin?A03p1n1 （60）
2、确定公式内的各种计算数值
选轴的材料为45钢，根据参考文献[12]表15-3，取A0?103, 由前面的设计算得P3?0.23kw、n3?60r/min 3、设计计算 dmin?A03P3n3?103?30.2360 mm?16.12mm （61）
通常实际最小轴径d?dmin，圆整后取d?18mm （2）轴的结构设计
1、拟定轴上各零件的装配方案
2、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
a、为完成揉捻作业，根据实际情况，合理分配主轴的各段尺寸以及轴径，实现曲柄的运动，满足大锥齿轮及各滚动轴承轴向定位要求，先定轴长为266.5mm初定尺寸如图8所示。轴径具体尺寸见零件图所示。
图8 主轴的装配方案
Fig8 The assemble programe of principal axes
b、因轴承要同时承受轴向力和径向力，故选角接触球轴承，参照工作要求并根据轴承段的直径d=35mm，由轴承产品目录中初步选取36208BG292?83??,?14?
19
其尺寸为d?D?B?35?72?17。又由于该主轴要承受很大的轴向力，故根据结构特征还安装只承受轴向力的推力球轴承，参照工作要求并根据轴承段的直径d=35mm，由轴承产品目录中初步选取38214GB301?84??，其尺寸为
d?D?T?35?62?12.5。因此可算得
?14?3-4段的直径D34?40mm，又由于轴的
?15?结构设计，故得各段长度如图8所示，直径D12?30mm,D56?30mm??。
同样角接触球轴承支点取中点，推力球轴承支点取中点，齿轮取轮毂宽度中点，因此，作为简支梁的轴的支撑跨距L=203.5mm。
（3）轴的校核
1、作出轴的计算简图（力学模型） 计算简图见图9（a）所示 2、分析轴所受的水平分力情况
轴上所受的水平分力如图9（b）所示：
前面已算得高速轴的转矩为T3?36.61N?m，根据小圆锥齿轮的相关数
据：
Ft1?699.5N,Fr1?240N,Fa1?84.3N
可以得到大圆锥齿轮的相关数据：
Ft?699.5N,Fr2?84.3N,Fa2?240N。 由静力平衡方程
?MB?0 16Ft2?143FNH2?0 （62） ?ME?0 ?159Ft2?143FNH1?0 （63） 可求得FNH1?777.77N,FNH2?78.27N
作弯矩图：集中力FNH1作用于B点，梁在AB和BE段的弯矩 AB段取距A点距离为X1，则弯矩
MAB??Ft2?X1??699.5?X1 （64） BC段取距B点距离为X2，则弯矩
MBC?Ft2?(X2?16)?FNH1?X2 （65） 弯矩图如图7（c）所示：显然有MH?11192.61N?m 3、分析轴所受的垂直分力情况
轴上所受的垂直方向的分力如图7（d）所示 由静力平衡方程得：
?MB?0 143FNV2?16Fr?Ma?0 （66）
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