钢球锥轮式无级变速器设计(机械CAD图纸)

摘要

Abstract

第一章引言 (1)

1.1机械无级变速的发展概况 (1)

1.2机械无级变速器的特征及应用 (1)

1.3国内机械无级变速器的研究现状 (2)

1.4毕业论文设计内容及要求 (3)

第二章无级变速器总体方案 (4)

2.1 钢球长锥式型无级变速器 (4)

2.2 钢球外锥式无级变速器 (5)

2.3 两方案的比较与选择 (6)

第三章主要零件的计算与设计 (7)

3.1 钢球与主、从动锥轮的计算与设计 (7)

3.2 加压盘的计算与设计 (9)

3.3 调速齿轮上变速曲线槽的计算与设计 (11)

3.4 输入、输出轴的计算与设计 (12)

3.5 输入、输出轴上轴承的计算与设计 (13)

3.6 输入、输出轴上端盖的计算与设计 (13)

3.7 调速机构的计算与设计 (13)

3.8 无级变速器的装配 (14)

第四章主要零件的校核 (15)

4.1 输入、输出轴的校核 (15)

4.2 轴承的校核 (17)

总结 (19)

参考文献 (20)

附录翻译译文及原文

钢球锥轮式无级变速器的设计

摘要：机械无级变速器能够适应不断变化的工艺要求，工艺开发和机械化的一般驱动器提高了设备的机械性能和自动化。本文描述的机械摩擦无级变速器，设计计算的方法，材料和润滑等的知识的基本结构，以及作为该无级变速器设计的理论基础。

这种设计是通过改变球的半径来实现球锥轮无级变速器的输出轴速度的连续变化用作中间球锥形轮驱动部件，工作。本文分析了主，从动轮，球和外工程和在传输过程中的传力之间的关系;实际CVT球锥轮设计公式的详细推导;和选择用于计算具体的设计参数的设计;绘制的零件图计算出的CVT球锥轮装配图和主传动组件，此传输技术的结构和要求的其它方面表现更清晰。

该无级变速器具有良好的结构和性能上的优势，具有很强的实用价值，可作为大规模生产的无级变速器。其主要特点是：1、调速范围宽; 2、良好的恒功率特性; 3、可以上升，减速，正，反转。

4、光滑，耐冲击性强;

5、输出功率较大;

6、寿命长;

7、速简单，可靠;

8、维护方便。

关键词：无级变速器、摩擦式、钢球锥轮式、设计

Ball wheel cone design CVT

Abstract:Mechanical continuously variable transmission to adapt to changing process requirements , process development and the general drive to improve the mechanical properties of mechanization and automation equipment. Mechanical friction CVT described herein , design and calculation methods , materials and lubrication of the basic structure of knowledge , as well as the CVT design theories.

This design is continuously varied by changing the radius of the sphere to achieve the goals cone round CVT output shaft speed of the ball as an intermediate conical wheel drive parts, work . This paper analyzes the relationship between the driving and driven wheels , balls and external works and power transmission during transmission between ; detailed derivation of the actual CVT ball cone wheel design formulas ; and selection of design parameters used to calculate the specific design ; drawn parts diagram calculated CVT ball cone wheel assembly drawing and the main transmission components , other aspects of the performance of this transmission technology architecture and requirements clearer.

The CVT has a good structure and performance advantages , has a strong practical value , can be used as mass production CVT. Its main features are: wide speed range ; 2 good constant power characteristics ; 3 can rise , deceleration, positive and reverse . 4 .. smooth, high impact resistance ; larger 5 output power ; 6 , long life ; 7-speed is simple, reliable ; 8 , easy maintenance .

Keywords: CVT、Friction、Ball Cone Wheel、Design

第一章引言

1.1机械无级变速的发展概况

机械无级变速器是一个由变速传动机构、调速机构以及加压装置或输出机构三部分组成的一种传动装置，其主要功能特点是：在恒定的输入速度，输出轴速度可以在一定范围内实现连续变化，从而满足该机器或生产系统所需要操作过程中的各种不同的条件要求。

它配合减速器传动时具有显著作用，可进一步扩大变速范围与输出转矩，以提高产物的产率，满足产品改造，节约能源，实现机械化和自动化的整个系统的各方面的需要。因此CVT已经成为各个工业部门的公共传输部件，并且已被广泛使用。

机械无级变速器最初出现在19世纪70年代，但是当时受材质与工艺的条件限制,发展十分缓慢。直到20世纪70年代以后，一方面是与冶炼，热处理，精密加工及数控机床和牵引传动理论和油的产生和发展，解决CVT的研发和生产的限制因素；另一方面，随着生产过程的机械化，自动化和提高性能所需的机械的工作需要大量使用CVT的。因此，在这种情况下，机械无级变速器获得了快速而广泛的发展。主要开发和生产的国家有日本，德国，意大利，美国和俄罗斯等。产品有摩擦式、链式、带式及脉动式四大类约30多种不同的结构类型。输入功率一般为N=(0.09-30)千瓦，个别类型可达到N=(150-175)KW ，输入转速一般是n1=(750、1500、3000)转/分;输出转速可以是正，反转，增速或者减速，最小速率可以降低到零。 80年代以来，机械无级变速趋势是向美国，日本等国家进行用于汽车高速，高效，高扭矩的CVT进行研发。

1.2 机械无级变速器的特征及应用

机械无级变速器是一种传动装置，其功能主要特点是：在恒定的输入速度下，输出轴速度可以在一定范围内连续变化来实现，以满足各种操作过程中不同的应用要求的机器或生产系统;其主要结构特征是：需要由可变速传动机构，调速机构和加压装置或输

出装置由三个部分组成。

机械无级变速器的适用范围广，有在驱动功率保持不变时，由于工作阻力的变化，需要调整驱动转矩的速度以产生适当的驱动力矩者（例如，化工行业中的搅拌机械，即需要随着搅拌物料的粘度、阻力增大而能相应减慢搅拌速度）；还有需要根据情况进行调整所需的速度者（如起重运输机械要求随物料及运行区段的变化而能相应改变或提升

运行速度，食品机械中的烤干机或制药机械要求随着温度变化而调节转移速度）；有为了获得恒定的运行速度或张力需要调节速度者（如需要切割导线截面切割加工时保持恒定的速度，电气机械络筒机需要保持一个恒定的卷绕速度，纺织机械，轻工机械浆纱机膜机都必须调整速度，以保证恒张力等）；有在整个系统中为适应各种条件，需要协调各种工况、工位、工序或单元的不同要求，并具有自动速度控制者（如生产各种半自动或自动操作或流水线操作）；有为了改变所要求的速度去探索最佳效果者（如试验机械或者离心机需要调速，以获得最佳的分离）；有为了节能减排而需进行调速者（如风机，水泵等）；此外，根据各种规律的或不规律的变化，进行自动调整速度或实现自动或程序控制等。

总之，采用无级变速器，特别是配合减速传动时，进一步扩大其转速范围和输出转矩，能够更好地适应于提高产品的产量和质量，以满足变换的最佳性能所需的各种条件，可以看出对产品的需求，节约能源，机械化和自动化的整个系统的所有方面都具有显著作用。因此，CVT已经成为传输的基本常见的形式，在纺织，轻工，食品，包装，化工，机床，电机，材料处理采矿和冶金，工程，农业，国防和测试等各类机械使用。

1.3国内机械无级变速器的研究现状

国内机械无级变速器基本上是围绕20世纪60年代开始到80年代中期，随着大量引进国外先进设备，工业生产和现代自动化流水线的快速发展，为各类机械无级变速器的专业厂家需求显著增加启动建设和规模化生产，一些大学已经开展了研究工作在外地。经过十多年的发展，现在，从机械式无级变速器的研发，生产，以情报信息的各个方面在国内同行业组成了一个较完整的体系，一个新兴的行业，在机械领域的发展。

目前，国内生产的机械式无级变速器的大多是模仿国外产品，主要产品类型：

(1)摩擦式无级变速器:

1、行星锥盘式(DISCO型)；

2、行星环锥式(RX型)；

3、锥盘环盘式(干式、湿式)；

4、多盘式(Bier型)等。

(2)齿链式无级变速器:

1、滑片链式；

2、滚柱链式；

3、链式卷绕式。

(3)带式无级变速器:

1、普通V带；

2、宽V带；

(4)脉动式无级变速器:

1、三相并列连杆式；

2、四相并开连杆式。

其中行星锥无级变速器高度灵活的光盘，结构和工艺相对简单，可靠，综合性能好，尤其是需要适应各种生产线，使用最广泛，产量最大，其年度账目机械50％超过无级变速器的总输出。输入功率为广大的CVT产品（0.18-7.5）千瓦，少数种类可以达到（22

?30）千瓦左右。经过前一阶段通过实践，掌握本领域近几年，国内发展机械无级变速器的生产有一个新的发展趋势，主要是

（1）基础上的“恒功率行星摩擦式无级变速机”和“非物理心轴行星齿轮无级变速器”的创新和发展的原盘无级变速行星锥原有产品的创新和改进，后者的传动比由5个增至6至20个或更多，输出扭矩也增加了一倍多，等优良性能，还有一系列的产品。

（2）与CVT无级变速器汽车的研究和开发是一种高科技产品，目前已开通了金属带式无级变速器，经过测试，现在准备进行工业化生产;其中依靠关键部件“金属条”还将自己生产的进口。此外，新的汽车也被用在CVT和复合带进行讨论。

（3）开发新类型的创新的（汽车和通用）无级变速器近年来取得了创新性的无级变速器，其中无级变速器的特性主要是①无摩擦式传动，大多要链接脉动无级变速器的驱动器或采取的主链驱动; ②实现高功率，恒功率或速度要求; ③力求结构简单，紧凑，并获得优异的性能。这个计划，已经多年研究试验，在不久的将来，可能会见效。

上述情况可以解释，从过去国内的发展无级变速器模拟阶段和生产进入创新阶段，由低功耗的发展，大功率，高科技发展的总体技术方向，所以在未来可能会有一些新的一代机械无级变速器的优异性能。

随着电力电子技术的发展，自80年代以来，许多出现由交流电机调速方式进行。它作为一种先进的变速器，驱动器控制器及其获得机械无级变速器的迅速发展和应用衍生品产生了一定的影响。它的主要优点是速度快，性能好，规模大，效率高，良好的自我控制，很宽的功率范围。近年来，一种新型开关磁阻电机（Switched Reluctance Drive - SRD）的出现，以进一步提高性能;然而，缺点在于，它们都小于电机的额定速度，只在低转速的效率比低并且足够稳定，从过载性能较差等的恒定转矩特性。

上述功率调速相比，机械无级变速器的特性主要是：机械性能与恒功率，转速稳定，可靠，传动效率高，结构简单，维修方便，而且种类很多，范围广泛的应用。因此，在未来的发展，仍具有广阔的前景。

1.4 毕业论文设计内容及要求

毕业设计内容：钢球机械无级变速器结构的设计：选择钢球外锥式机械无级变速器，对其进行机构设计与；对关键部件进行强度校核和寿命校核。

设计要求：输入功率P=11kw,输入转速n=1500rpm.调速范围R=5；结构设计时应使制造成本尽可能低；安装拆卸要方便；外观要匀称，美观；调速要灵活，调速过程中不能出现卡死现象，能实现动态无级调速；关键部件满足强度和寿命要求；画零件图和装配图。

第二章无级变速器总体方案

2.1 钢球长锥式无级变速器

图2-1 钢球长推式无级变速器结构简图

1. 钢球长锥式(RC型)无级变速器

如上图2-1所示，为一种早期生产的钢球长推锥式无级变速器结构简图，是利用钢环的弹性楔紧作用自动加压而无需加压装置。由于采用两轴线平行的长锥替代了两对分离轮，并且通过移动钢环来进行变速，所以结构特别简单。但由于长锥的锥度较小，故变速范围受限制。

RC型变速器属升、降速型，其机械特性如下图所示。技术参数为：传动比 i

21= n

=2～0.5,变速比R= 4,输入功率P=（0.1～2.2）kw ，输入转速 n

=1500 r/min ,传动效率η＜85% 。一般用于机床和纺织机械等.

如图2-2是RC型变速器的机械特性：

图2-2 机械特性曲线

2.2 钢球外锥式无级变速器

钢球外锥式机械无级变速器的结构如图2-3所示。动力由轴1输入，通过自动加压装置2，带动主动轮3同速转动，经一组(3～8个)钢球4利用摩擦力驱动外环7和从动锥轮9；再经锥轮轮9、自动加压装置10驱动输出轴11，最后将动力输出。传动钢球的支承轴8的两端嵌装在壳体两端盖12和l3的径间弧形导槽内，并穿过调速蜗轮5的曲线槽；调速时，通过蜗杆6使蜗轮5转动。由于曲线槽(相当于一个控制凸轮)的作用，使钢球轴心线的倾斜角发生变化，导致钢球与两锥轮的工作半径改变，输出轴的转速便得到调节。其动力范围为：nR=9，Imax=1/Imin，P≤11KW，ε≤4% ，η＝0.80～0.92 ，应用甚广。

图2-3 钢球外锥式无级变速器的结构

1、11-输入、输出轴；

2、10-加压装置;

3、9-主、从动锥轮；4-传动钢球；5-调速涡轮

6-调速蜗杆；7-外环；8-传动钢球轴；12、13-端盖

从动调速齿轮5的端面分布一组曲线槽，曲线槽数目与钢球数相同。曲线槽可用阿基米德螺旋线，也可用圆弧。当转动主动齿轮6使从动齿轮5转动时，从动齿轮的曲线槽迫使传动钢球轴8绕钢球4的轴心线摆动，传动轮3以及从动轮9与钢球4的接触径发生变化，实现无级调速。如图2-4为其特性曲线：

图 2-4 无级调速的特性曲线

2.3 两方案的比较与选择

钢球长锥式(RC型)无级变速器结构很简单，且使用参数更符合我们此次设计的要求，但由于在调速过程中，怎样使钢环移动有很大的难度，需要精密的装置，显得不合理。而钢球外锥式无级变速器的结构也比较简单，原理清晰，Kopp-B型无极变速器有余下特点：（1）输入轴与输出轴同轴线，结构紧凑并对称，便于制造，输入输出端可以互换。（2）具有传动效率高、滑动率下以及恒功率输出特性；（3）变速范围大（4）有自动加压装置（5）能在运转过程中调速；（6）目前最大传动功率为11kW；因此各项参数也比较符合设计要求，故选择此结构的变速器为最终设计的结构。

第三章主要零件的计算与设计

3.1 钢球与主、从动锥轮的计算与设计

确定传动件的主要尺寸

1、选材：钢球、锥轮、外环及加压盘均用GCr15,表面硬度HRC61，摩擦系数μ=0.04，许用应力，属于点接触，查文献[2]表2-5知传动件[σ]=2200~2500MPa ，压力元件[σ]=4400~5000MPa 。

2、预选参数：锥轮锥顶半角α=45，传动钢球个数为Z=6，加压钢球数m=8，锥轮与钢

球1C =q

d D =1.5,f K =1.25,η=0.8。

图3-1 钢球外锥式机械无级变速器设计简图

3、运动参数的计算各尺寸对应图3-1标注尺寸

由调速范围R=5，R=i max /i min ，而i max =1/i min ，所以i min =5

，i max =5 。钢球支撑轴承的极限转角：

（减速方向）

（增速方向）

905.205

arctan -45arctani -905.205arctan 45arctani -min

2max 1====-==αθαθ

2001000510001000min min 2max max 2=?==?=i n i n

4、计算确定传动钢球的直径d q 1907.03

45cos 45

cos 2cos cos cos 1=+=+=

C αατ

由1907.0cos =τ查文献[2]表2-3，得

9918.01

-=）（αβ，代入公式 ()3

m in

f 1

i n cos 2][361524

Z C P K C d H q μαησαβ+≥ ()32

451500604.0)45cos 3(8.01125.15.1105.2~2.29918.0361524÷??+??????=

6397.10~3629.9=cm

表3-1 按传递功率

P 1选取钢球直径d q 的参考值 mm

根据表3-1中的数据，圆整取mm 6.101d q = 锥轮直径4.1526.1015.1d q 11=?==C D mm 圆取整m m 1551=D 则 5255906.16

.101155d q 11===D C 演算接触应力j σ

min

111j )cos 2(368816

i Zn C P K d C f q

μαηαβσ+=

2cm /kgf 15.23109=

在许用接触应力范围之内，故可用。

5、计算尺寸

钢球中心圆直径3D q 13d )cos (α+=C D

16.1045cos 5255906.1?+=）（ cm 685.22= 钢球侧隙? q d Z

C ]1sin

)cos [(1-+=?π

16.10]130sin )45cos 5255906.1[(?-?+= cm 182.1= 外环内径r D

cm D D D q r 845.323=+= 外环轴向弧半径R

q d )8.0~7.0(=R 取 R=7.5cm 锥轮工作圆之间的轴向距离B

cm 1842.745sin 16.10sin d q =?==αB

3.2 加压盘的计算与设计

图3-2 钢球V 型槽式加压装置

1、钢球式自动加压装置如图3-2，它由加压盘，加压钢球，保持架，调整垫圈，碟形弹簧和摩擦轮与加压盘相对端面上各有的几条均匀分布的V 型槽。每个槽内有一个钢球，中间以保持架保持钢球的相对位置。摩擦轮与加压盘之间还有预压蝶形弹簧并衬以调整垫圈。改变调整垫圈的厚度，即可调整弹簧的变形量及预压力。

2、加压装置的主要参数确定加压盘作用直径p d

mm cm D d p 5.7775.75.01=== 其中1D 为锥轮直径。加压盘V 形槽倾角λ '''118276)45

sin 75.75

.1504.0arctan(sin arctan

=??==αλp d fD 取'306 =λ

其中α为锥轮锥顶半角，f 为锥轮与钢球的摩擦系数。

加压钢球按经验公式取 cm d d q qy 69.16

所以轴向压紧力kgf d C i n P k Q q

f a 352.357201sin 1091.11min 117

max =?=μα

法向压紧力kgf m Q Q a p 45.44921cos max

185.2043713743

==p

p Z H r Q K σ 故接触强度不足

改用腰鼓形滚子8个，取滚子轴向截面圆弧半径cm r 81=，横向中间截面半径

cm r 8.02=。

曲率系数 8182.08

.088

.08cos 2121=+-=+-=

r r r r τ 由文献[2]表2-3，按8182.0cos =τ，得786.0)(1=-αβ 带入3

1)11(

853

r r Q K p Z H +=

αβ

σ =23397.958kgf/cm 2

工作应力在许用范围内，故可用。

3.3 调速齿轮上变速曲线槽的计算与设计

图3-3 调速涡轮的槽型曲线

如图3-3，整个调速过程通常在涡轮转角 100~80=ψ的范围内完成，多数取

90=ψ。槽型曲线可以为阿基米德螺旋线，也可以用圆弧代替。此方案选用圆弧代替，变速槽中心线必须通过A,B,C 三点，他们的级坐标（以O 点为级点）分别为：

A ： 5max ==i i ， 0=A ?

mm l D R A 88.85905.20sin 80842.2265.0sin 5.0max 3=-?=-=θ

B: 1=i ， 9.60905

1max max =?+=+=

??i i B mm D R B 421.1135.03==

C: 5

min =

=i i ， 90==??c mm l D R c 07.143905.20sin 80842.2265.0sin 5.0max 3=?+?=+=θ

定出A 、B 、C 三点，然后采用画图做出弧形槽，槽宽为12mm 。

3.4 输入、输出轴的计算与设计

为了防止当轴部分或周向相对运动轴部件除了游泳或空转的要求，必须在轴向和周向定位的，以确保其精确的工作位置，从而使该程序使用定位轴肩，套筒上的轴向力，轴圈，轴承端盖和螺母来保证。

1、初步确定轴的最小轴径

先按公式初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45号钢，调制处理。选取

1120=A ，于是得出：

mm n p A d 769.211500

1111233

0min === 输出轴的最小直径为与锥轮连接处，考虑到此处锥轮与轴是过渡配合，且锥轮工作

直径为155mm ，为了保证锥轮与轴配合有良好的对中性，采用锥轮标准的推荐直径为40mm 。

图3-4 输入、输出轴各轴段分布图

2、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

如图3-4，I 轴段安装锥轮和加压盘保持架，保证和轴配合的毂孔长度，取

mm d I 42=，mm L I 70=；II 段轴安装加压盘的一侧以及轴承，加压盘用花键移动实现

对锥轮加压，取花键10911507426d a f ??? GB/T1144-87，轴承同时受到径向力和轴向力作用，初步选择滚动轴承加上退刀槽，取mm d 50II =，mm L 30II =；III 轴段对轴II 和轴IV 上的轴承内圈起到定位作用，取mm d 60III =，mm L 24III =；IV 轴段做为轴承座安装滚动轴承，因为受轴向力大使用角接触球轴承，取mm d 55IV =，mm L 17IV =；V 轴段根据轴承端盖的装拆和便于对轴承添加润滑剂的要求，采用迷宫式密封，根据标准取

mm d 50V =，mm L 30V =；轴VI 段安装V 带，采用推荐直径mm d 45VI =，50VI =L 。以

上初步确定了各轴段直径与长度，因为主、从动锥轮一致，轴上零件分布也一样，同时为了节约成本和工艺，选择主、从动轴完全一致。

3.5 输入、输出轴上轴承的计算与设计

轴承是标准件，只需要根据参数选择合适的轴承就可以了，主、从动轴II段上因为轴承受到轴向力和径向力的作用，因此选择深沟球轴承6010GB/T276-94；轴IV段轴承为限制轴向右的轴向移动，所以选择角接触球轴承7011GB/T292-94；两个轴承的基本额定动载荷都大于10KN，因此角接触球轴承采用正装可满足使用要求。

3.6输入、输出轴上端盖的计算与设计

端盖的宽度有变速器外形和轴承的结构来决定的，使其适合拆装和便于对轴承添加润滑脂，且左右两个端盖相同。

3.7 调速机构的计算与设计

调速操纵机构的作用：根据工作要求以手动或自动控制方式，改变滚动体（或脉动无级变速器的杆件）间的尺寸比例关系，来实现无级调速。同时通过速度表表盘上的指针直接指出任一调速位置时的输出速度（或传动比）。

根据变速器中传动机构和滚动体形状的不同，对应的调速机构也不同，但基本原理都是将其中某一个滚动体沿另一个（或几个）滚动体母线移动的方式来进行调速。

一般滚动体均是以直线或圆弧为母线的旋转体；因此，调速时使滚动体沿另一滚动体表面做相对运动的方式，只有直线移动和旋转（摆动）两种方式。这样可将调速机构分为下列两大类：

（1）通过使滚动体移动来改变工作半径的；

主要用于两滚轮的母线均为直线的情况，且两轮的回转轴线平行或相交时，移动和方向是两轮的接触线方向。

（2）通过使滚轮轴线的偏转来改变工作半径的；

主要用于滚轮的母线为圆弧的情况

钢球外锥式无级变速器是采用第二种调速类型，通过涡轮-凸轮组合机构，经涡轮转动再经槽凸轮而使钢球心轴绕其圆心转动，以实现钢球主、从动侧工作半径的改变。

调速涡轮在设计上应保证避免与其他零件发生干涉，同时采用单头蜗杆，以增加自锁性，避免自动变速而失稳。

根据整体设计，蜗杆传动的基本尺寸及参数匹配如表3-2、表3-3、表3-4：

3.8 无级变速器的装配

1、变速器的装配

1）必须彻底的清洗所有的零件，并且用压缩空气吹干或者擦干净；

2）安装前，各轴承和键槽必须涂上齿轮油或者机械油；

3）装入轴承前，应使用铜棒在轴承四周均匀敲入；避免用手锤直接敲击轴承，防止轴承损伤；

4）在安装轴承端盖之前，壳体上的轴承孔与螺孔应涂上密封胶防止漏油；

5）每个紧固螺栓应该按规定锁紧；

2、变速器在装配中的调整

1）锥轮端面与涡轮之间的间隙，一般应为0.10-0.35mm；

2）轴的轴向间隙一般取0.10-0.40mm，可通过轴承盖内垫片的增减来调整；

3）检查调速情况和蜗杆传动的啮合情况，各档涡轮应该具备较好的自锁性，齿的啮合痕迹应该大于全齿工作面积的三分之一；

第四章主要零件的校核

本章主要是根据传动要求对无级变速器做一个整体的校核。钢球的强度校核在设计过程中已经符合要求，变速器的承载能力主要受加压装置及钢球与主、从动锥轮之间的接触强度的限制，同时在制造与安装过程中应保证一组钢球的直径的一致性。轴承采用标准件，由于蜗杆是用于调速，其轴承主要起支撑作用，受力时间短，故再此不做校核，对轴上轴承进行强度与寿命计算。

4.1 轴的校核

１）判断危险截面

截面B ，IV ，V 只受扭矩的作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将消弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的，所以截面B 、IV ，V 均无需校核。

从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面IV 和V 处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面C 上受力最大。截面VI 和VII 显然更不必校核。键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面C 左右两侧即可。

２）截面C 左侧抗弯截面系数 12500501.01.03=?==d W N ·mm 抗扭矩截面系数 25000502.02.03=?==d W T N ·mm 截面C 左侧的弯矩M 为 39274=M N ·mm 截面C 左侧的扭矩3T 为 450000T 3= N ·mm 截面上的弯矩应力为 75.7s ca = MPa 14.312500

39274W M 5.1s b ===

=σ 截面上的扭转切应力 MPa 1825000

450000

W T T 33===

τ 轴的材料为45号钢，调质处理，由轴常用材料性能表查得：

MPa 155MPa 275MPa 6401-1-B ===τσσ，，截面上由于退刀槽而形成的理论应力集中系数

σα及τα按文献[6]中查取。因

04.050

d r ==

6.150

80d D ==，经插值后可查得k 又由文献[6]可得轴的材料的敏性系数为85.082.0q ==τσq ，

故有应力集中系数 82.11-282.01)1(1=?

+=-+=）（σσσαq k )1(1-+=ττταq k =1+0.82=?）（1-31.1 1.26 由文献[6]得尺寸系数67.0E =σ；扭转尺寸系数82.0E =τ。轴按磨削加工，由文献[6]得表面质量系数92.0==τββσ 轴未经表面强化处理，即1q =β，按文献[6]得综合系数为 80.2192

.01

67.082.111K =-+=-+=

σσσσβE k 62.1192

.01

82.026.111

=-+=

τβτE k K 又由文献[6]得材料特性系数 1.0=σψ~0.2，取1.0=σψ 05.0=τψ~0.1，取05.0=τψ 于是，计算安全系数Sca 值，按公式则得 92.300

1.014.38.2275

1=?+?=+=

-m K s σψσσσασσ

57.109

01.0962.1155

1=?+?=+=

-m K s τψτσταττ

3.1451

.1092.3057.1092.302

=+?=

+=τ

τσs

s s s ca s=1.5

故可知其安全。

3）截面C 右侧同理可得75.7S ca = 5.1s =

故该轴在截面IV 右侧的强度也足够的。本题因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。因此，轴的设计校核结束。

4.2 轴承的校核

输入、输出轴采用相同的设计，在此只要校核输出轴的轴承是否满足工程需要。

1）求两轴承受到的径向载荷1r F 和2r F

将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个力系。其中：1t F 为通过另外加转矩而平移到指向轴线；ac F 亦应通过另加弯矩而平移到作用于轴线上。有受力分析可知：

871107

5.778886678886107

2671-=?-?=?

-?=

F F F ac re V N

8015871888612=-=-=V r re v r F F F N

23603769107

67107671=?==

te H r F F N 14092360376912=-=-=H r te H r F F F N

25152

12r1v 1=+=H r r F F F N 81352

22=+=H r v r r F F F N

2）求两轴承的计算轴上力1a F 和2a F

对于6010C 型轴承，按文献[6]，轴承派生轴向力r eF F =d ，其中，e 为判断系数，其值由

C F a

的大小来确定，但是现在轴承轴向力a F 未知，故先初取e=0.4，因此可估算 10064.011==r d F F N 32544.022==r d F F N

121403254888621=+=+=d ae a F F F N 100612==d a F F N

又得：

607.00

=C F a

0503.00

=C F a 查文献[6]确定422.01=e ，401.02=e ，N F a 121401=,N F a 10062=。