16t龙门式压力机传动轴的设计

段明亮

（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

传动轴工作时承受交变的循环应力，其主要失效形式为疲劳破坏。因而传动轴材料应具有足够高的强度和韧性，应力集中敏感性小，具有良好的工艺性要求等。

轴的材料种类较多，选择时主要考虑如下因素：（1）轴的强度及耐磨性；（2）轴的热处理方法及机械加工工艺性；（3）轴的材料供货情况和经济性等。其常用材料为碳素钢和合金钢，毛坯一般用棒料或锻件，有时也用球墨铸铁和一些高强度铸铁。主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢廉价，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学处理的办法提高耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造传动轴尤为广泛，其中45钢最为常用。

1 传动轴的设计

1.1 确定轴的各段直径和长度

假设功率P1=10.32kW，转速n1=445r/min，转矩T1=2.58×105N·mm。查资料得A0=120，故最小直径

得

考虑到轴上开有键槽，轴径应增加5%～7%，有两个键槽则增加到10%～14%。故d=dmin（1+14%）=41.02mm。为满足大带轮及小带轮的轴向定位要求，取轴的最小直径为70mm。按轴径选择轴端挡圈直径为75mm。

大齿轮及小齿轮两端均靠轴肩与轴端挡圈定位，装拆传力均较方便；两轴承常用同一尺寸，以便于加工、安装和维修；为便于装拆轴承，轴承处轴肩不宜太高。

因轴承同时受到较大的径向力和较小的轴向力的作用，故选用深沟球轴承。参照工作要求，并根据dⅢ-Ⅳ=dⅤ-Ⅵ=85mm，查相关轴承目录表，选择代号为6017的深沟球轴承，其基本尺寸为d=85mm，B=22mm，D=130mm，da=69mm。安装尺寸 da=92mm，故知其轴肩高为3.5mm，两轴承另一侧采用轴承端盖定位，取端盖的宽度为18mm。

对于轴径，从左至右取 ø70mm→ø80mm→ø85mm→ø92mm→ø85mm→ø80mm→ø70mm。

对于轴长，带轮左端采用轴端挡圈定位，为保证轴端挡圈只压在轮毂上而不压在轴端面上，此轴段应略短于轮毂宽度。假设轮毂宽度为105mm，故取此轴段长为102mm。左侧齿轮轴段同理，取轴长为117mm。

故轴长从左至右取：117mm→150mm→24mm→633mm→24mm→150mm→102mm。

大带轮与小齿轮的周向定位均采用平键连接。根据轴端直径查得平键截面尺寸为：b×h=20mm×12mm；键槽用键槽铣刀加工，长为63mm，配合均为H7/K6；滚动轴承与轴端配合采用基孔制，轴端尺寸差为K6。

1.2 拟定轴上零件的装配方案

确定轴的结构外型和全部结构尺寸后，进行轴端结构设计。设计时考虑的主要因素有：①轴的结构形状应满足使用要求，零件在轴上的定位要可靠，保证轴和轴上零件有准确的相对工作位置；②轴的结构应有利于提高轴的强度和刚度，力求受力情况合理，避免或减轻应力集中；③轴的加工及装配工艺性好。轴端装配图如图1所示。

图1 传动轴的结构

1.3 求轴上的载荷

假设大带轮作用在轴上压轴力的最小值为（Fp）min=374N。小齿轮的分度圆直径d1=112.5mm。其轴向力

其径向力为Fr=Fttanα=4586.67×tan20°=1669.41N

其轴向力为 Fα=Fttanβ=0

其中：FNH0=Fp；FNH3=Ft

列出水平方向平衡方程得

列出垂直方向平衡方程得

1.4 按弯曲扭合成应力校核轴的强度

危险截面扭转切应力为脉动循环变应力，故取α=0.6，ω=0.1×d3=0.1×853=61412.5mm3。则，由公式得轴的计算应力=17.78MPa

由已选定的 45钢材料查相关资料得[σ-1]=60MPa，因此 σca＜[σ-1]，故此轴安全。

2 结论

本文设计了一种16t龙门式压力机传动轴，介绍了其机械机构特点和计算方法，并已成功运用到我公司生产的相应小型号压力机上，可为龙门式压力机传动轴的设计提供一定的参考价值。