二級圓錐直齒輪減速器中高速軸的設計與結構分析

梁善貴，梁善景

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

1 高速軸的材料選擇及確定許用應力

高速軸無特殊要求，因此選用45號鋼，正火處理，根據查詢《金屬材料及工藝》P61可知，45號鋼的材料強度極限為σB=570 MPa，再查詢《機械設計》P240可知高速軸的許用彎曲應力{σ-1}=55MPa。如圖1為高速軸的草圖。

2 高速軸的最小直徑計算

根據參考《機械設計》P241用扭轉強度法來估算高速軸的最小直徑，查詢《機械設計》P241得45號鋼的［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度要求。

3 求高速軸上的所有的作用力

根據減速器裝配體中高速軸部分的結構分析得，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，轉速n1=971 r/min，轉矩 T1=6.9×104N·m 因此得

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

FV為垂直面上的反作用力。ΣM2=0，FV1+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，根據材料力學可知，對于實心圓高速軸，其扭轉強度條件≤［τ］，帶入高速軸的數據得 τ1=23.53 MPa≤［τ］。因此高速軸的扭矩強度符合設計要求。

5 高速軸的強度校核

根據參考《機械設計》P252可知計算出高速軸的轉矩和彎矩后，就可以對高速軸的危險截面進行強度校核。此減速器所用的高速軸為一般的鋼制高速軸，根據第三強度理論得引入α為應力修正系數，根據參考得高速軸為單向轉動，扭轉切應力可以按照脈動循環應力處理，取α≈0.6。由于對于圓高速軸來講，WT=2W，因此以上的應力公式變為σca=帶入高速軸的數據得σca≤［σ-1］=55 MPa因此高速軸符合設計的強度要求。