《机械设计基础》 课程设计计算说明书
山东英才学院机械设计制造及其自动化专业
设计者 一组
指导教师 年月日
_________
目录
2
根据公式M =M x 2+M y 计算合成弯矩，并作合成弯矩图如下图所示：
作转矩图如下图所示：
取弯曲应力与扭转切应力修正系数α=0. 6，根据公式M e =M 2+(αT ) 2 计算当量弯矩，并作当量弯矩图如下图所示：
通过对当量弯矩图分析，I ——I 截面是危险截面，虽然Ⅱ——Ⅱ截面 弯矩不大，但此处直径比较小，也需进行校核。
σeI =
10M eI 10⨯63580. 34
=MPa =5MPa
φd 650. 227
σe Ⅱ=
10M e Ⅱ10⨯54438. 35
=MPa =12. 7MPa
φd 435
经校核，此轴符合要求，不必再进行结构修改。
6.2 高速级轴Ⅰ轴的设计：
6.2.1 按纯扭转受力情况对轴的直径进行估算：
查【文献1】（表11.2）取纯扭转系数C =107~118
d I ≥C 3
P I 2. 8
=(107~118) mm =17. 227~18. 998mm n I 676. 2
考虑到I 轴的最小直径处要安装带轮，会有键槽存在，故需将估算的轴
直径加大3%~5%取为17. 74~19. 94m m 。考虑整套带轮制造简便，大小 带轮孔径一致都等于电动机的轴径28mm ，故取d I =28mm 。 6.2.2 Ⅰ轴的尺寸设计：
Ⅰ轴的示意图如下图（图6-2）所示：
（图6-2） （3） 确定各轴段的直径：
轴段2直径最小为φ28mm 。
轴段1主要对安装在轴段2上的带轮进行轴向定位为M24螺栓。 考虑到轴段3(外伸端) 要对安装在轴段2上的带轮进行轴向定位， 取φd 3=33mm 。
轴段4、8安装轴承，必须满足轴承内径标准，取φd 4=φd 8=35mm 。 轴段5、7为轴承的轴肩φd 5=φd 7=45mm 。
齿轮1的齿根圆距轴段6的键槽高不足2mm ，故齿轮1采用齿轮轴形式。 所以，轴段6为齿轮轴。 （4） 确定各轴段的长度：
轴段1为M24螺栓的长度，取l 1=20mm 。 轴段2为带轮的宽度，取l 2=38mm 。 取轴段3(外伸端) 的长度l 3=50mm 。 轴段4、8为轴承的宽度，l 4=l 8=20mm 。 轴段7的长度l 7=c +k =5+10mm =15mm 。 轴段6的长度等于齿宽b 1=40mm 。 轴段5的长度l 5=l I -l 6-l 7-l 8=80mm 。 6.2.3 按弯扭合成强度校核Ⅰ轴的直径：
I 轴的受力情况如下图（图6-3）所示：
（图6-3）
F t 1=
2000T I 2000⨯39. 54
=N =1431. 91N F t 1=1431. 91N d 155. 227
tan a n tan 20
F r 1=F t 1⋅=1431. 91⨯N =533. 02N F r 1==533. 02N
cos β12cos 12. 101
F =307N a 1
F a 1=F t 1⋅tan β12=1431. 91⨯tan 12. 101 N =307N
水平面内的受力情况如下图所示：
d 1⎧
M (A ) =-l F -F ⋅-l AB F Bx +l AD F Q =0AC r 1a 1⎪⎪∑2⎨
⎪M (B ) =-l F +l F -F ⋅d 1+l F =0∑AB Ax BC r 1a 1BD Q ⎪2⎩
55. 227⎧
-45⨯533. 02-307⨯-155F Bx +612. 47⨯235=0⎪⎪2
⎨
⎪-155F +110⨯533. 02-307⨯55. 227+80⨯612. 47=0
Ax ⎪2⎩
⇒F Ax =639. 69N , F Bx =719. 14N
作水平面内剪力图、弯矩图分别如下图所示：
垂直面内的受力情况如下图所示：
F Ay =F By
l BC 110⨯1431. 91
F t 1=N =1016. 19N l AB 155l 45⨯1431. 91=AC F t 1=N =415. 72N l AB 155
作垂直面内剪力图、弯矩图分别如下图所示：
2
根据公式M =M x 2+M y 计算合成弯矩，并作合成弯矩图如下图所示：
作转矩图如下图所示：
取弯曲应力与扭转切应力修正系数α=0. 6，根据公式M e =M 2+(αT ) 2 计算当量弯矩，并作当量弯矩图如下图所示：
通过对当量弯矩图分析，I ——I 截面是危险截面，虽然Ⅱ——Ⅱ截面 弯矩不大，但此处直径比较小，也需进行校核。
σeI =
10M eI 10⨯63580. 34
=MPa =5MPa
φd 650. 2273
σe Ⅱ=
10M e Ⅱ10⨯54438. 35
=MPa =12. 7MPa
φd 435
经校核，此轴符合要求，不必再进行结构修改。
《机械设计基础》 课程设计计算说明书
山东英才学院机械设计制造及其自动化专业
设计者 一组
指导教师 年月日
_________
目录
2
根据公式M =M x 2+M y 计算合成弯矩，并作合成弯矩图如下图所示：
作转矩图如下图所示：
取弯曲应力与扭转切应力修正系数α=0. 6，根据公式M e =M 2+(αT ) 2 计算当量弯矩，并作当量弯矩图如下图所示：
通过对当量弯矩图分析，I ——I 截面是危险截面，虽然Ⅱ——Ⅱ截面 弯矩不大，但此处直径比较小，也需进行校核。
σeI =
10M eI 10⨯63580. 34
=MPa =5MPa
φd 650. 227
σe Ⅱ=
10M e Ⅱ10⨯54438. 35
=MPa =12. 7MPa
φd 435
经校核，此轴符合要求，不必再进行结构修改。
6.2 高速级轴Ⅰ轴的设计：
6.2.1 按纯扭转受力情况对轴的直径进行估算：
查【文献1】（表11.2）取纯扭转系数C =107~118
d I ≥C 3
P I 2. 8
=(107~118) mm =17. 227~18. 998mm n I 676. 2
考虑到I 轴的最小直径处要安装带轮，会有键槽存在，故需将估算的轴
直径加大3%~5%取为17. 74~19. 94m m 。考虑整套带轮制造简便，大小 带轮孔径一致都等于电动机的轴径28mm ，故取d I =28mm 。 6.2.2 Ⅰ轴的尺寸设计：
Ⅰ轴的示意图如下图（图6-2）所示：
（图6-2） （3） 确定各轴段的直径：
轴段2直径最小为φ28mm 。
轴段1主要对安装在轴段2上的带轮进行轴向定位为M24螺栓。 考虑到轴段3(外伸端) 要对安装在轴段2上的带轮进行轴向定位， 取φd 3=33mm 。
轴段4、8安装轴承，必须满足轴承内径标准，取φd 4=φd 8=35mm 。 轴段5、7为轴承的轴肩φd 5=φd 7=45mm 。
齿轮1的齿根圆距轴段6的键槽高不足2mm ，故齿轮1采用齿轮轴形式。 所以，轴段6为齿轮轴。 （4） 确定各轴段的长度：
轴段1为M24螺栓的长度，取l 1=20mm 。 轴段2为带轮的宽度，取l 2=38mm 。 取轴段3(外伸端) 的长度l 3=50mm 。 轴段4、8为轴承的宽度，l 4=l 8=20mm 。 轴段7的长度l 7=c +k =5+10mm =15mm 。 轴段6的长度等于齿宽b 1=40mm 。 轴段5的长度l 5=l I -l 6-l 7-l 8=80mm 。 6.2.3 按弯扭合成强度校核Ⅰ轴的直径：
I 轴的受力情况如下图（图6-3）所示：
（图6-3）
F t 1=
2000T I 2000⨯39. 54
=N =1431. 91N F t 1=1431. 91N d 155. 227
tan a n tan 20
F r 1=F t 1⋅=1431. 91⨯N =533. 02N F r 1==533. 02N
cos β12cos 12. 101
F =307N a 1
F a 1=F t 1⋅tan β12=1431. 91⨯tan 12. 101 N =307N
水平面内的受力情况如下图所示：
d 1⎧
M (A ) =-l F -F ⋅-l AB F Bx +l AD F Q =0AC r 1a 1⎪⎪∑2⎨
⎪M (B ) =-l F +l F -F ⋅d 1+l F =0∑AB Ax BC r 1a 1BD Q ⎪2⎩
55. 227⎧
-45⨯533. 02-307⨯-155F Bx +612. 47⨯235=0⎪⎪2
⎨
⎪-155F +110⨯533. 02-307⨯55. 227+80⨯612. 47=0
Ax ⎪2⎩
⇒F Ax =639. 69N , F Bx =719. 14N
作水平面内剪力图、弯矩图分别如下图所示：
垂直面内的受力情况如下图所示：
F Ay =F By
l BC 110⨯1431. 91
F t 1=N =1016. 19N l AB 155l 45⨯1431. 91=AC F t 1=N =415. 72N l AB 155
作垂直面内剪力图、弯矩图分别如下图所示：
2
根据公式M =M x 2+M y 计算合成弯矩，并作合成弯矩图如下图所示：
作转矩图如下图所示：
取弯曲应力与扭转切应力修正系数α=0. 6，根据公式M e =M 2+(αT ) 2 计算当量弯矩，并作当量弯矩图如下图所示：
通过对当量弯矩图分析，I ——I 截面是危险截面，虽然Ⅱ——Ⅱ截面 弯矩不大，但此处直径比较小，也需进行校核。
σeI =
10M eI 10⨯63580. 34
=MPa =5MPa
φd 650. 2273
σe Ⅱ=
10M e Ⅱ10⨯54438. 35
=MPa =12. 7MPa
φd 435
经校核，此轴符合要求，不必再进行结构修改。