汽车检测与维修技术 浅谈汽车轮胎保养
摘要汽车轮胎对行驶安全性起着十分重要的作用。 文中主要介绍了汽 车轮胎保养与维护的前提, 研究和论述了汽车轮胎保养的手段、 汽 车轮胎的正确维护方法及维修技巧。
关键词：汽车; 轮胎; 磨损; 气压; 保养与维护
浅谈汽车轮胎保养
一、引言轮胎是汽车行驶系的一个重要组成部件。 按其内空气压力的大小, 可分为高压胎、 低压胎和超低压胎;按其有无内胎,可分为有内胎轮胎 和无内胎轮胎;按胎体帘布层结构,分为斜交轮胎和子午线轮胎。 现代 汽车都采用充气式轮胎。 轮胎安装在轮毂上,直接与路面接触,其功能是支承汽车的质量、 承受路面传来的各种载荷的作用;与汽车悬架共同缓和汽车行驶中所 受到的冲击,并衰减由此而产生的振动,保证汽车有良好的乘坐舒适 性和行驶平顺性;保证车轮和路面有良好的附着性,提高汽车的动力 性、 制动性和通过性。由此可见,汽车轮胎对行驶安全性起着十分重 要的作用,对它进行合理使用、 正确维护及有技巧的维修和处理非常 必要。
二、轮胎保养与维护的基本前提
（一）按额定负荷均匀装载 按额定负荷均匀装载 荷均匀装摩擦力与轮胎负荷成正比,故超载使轮胎负荷加大,则轮胎磨损 也大,使轮胎行驶里程减少。 超载还会使胎侧曲挠变形增大,轮胎肩着 地,造成胎面边缘不均匀磨损;经常超载将造成轮胎的不正常磨损;前 轮定位角会随汽车超载的不同程度而变化,超载会使车轮内倾发生变 化, 改变转向轮外倾角, 破坏与转向轮前束的匹配关系,使车轮产生 侧滑,从而加剧轮胎的磨损。 当轮胎负荷超过 20%时,轮胎行驶里程将 降低 35%; 当轮胎负荷超过 50%时, 轮胎行驶里程将降低 59%。此外, 载荷过大时,轮胎产生剧烈的径向变形,使侧偏刚度下降、 侧偏角加大, 只要受到侧向力的作用,车轮跑偏程度就会加大,影响汽车的操纵稳 定性。
（二）坚持中速行驶 超速行驶不但不利于安全行驶,而且由于轮胎线速度的提高和单 位时间内转动次数增加使胎内摩擦,轮胎与路面的摩擦加大, 随之产 生的热量增加,轮胎温度和气压升高,从而加速内外胎的磨损。 超速行 驶汽车转弯时,产生的离心力加大,引起汽车侧滑,加剧胎冠的磨损。 行驶条件越差,超速行驶时磨损越大。 试验表明,轮胎磨损与车速成正 比。 汽车以 60km/ h 的速度行驶时, 轮胎磨损为正常状态; 以 70km/ h 行驶时,轮胎磨损开始加剧,轮胎行驶里程与 60 km/ h 相比下降 30%; 当车速达到 100 km/ h 时,轮胎行驶里程将下降 70%。由此可见,车速 对轮胎寿命的影响是相当大的。 试验还表明, 汽车等速油耗在中速时 最低。因此,为了更加安全、 省油和延长轮胎使用寿命,必须坚持中 速行驶。
（三）正确驾驶,减少或避免轮胎的不正常磨损 正确驾驶, 驾驶员技会影响轮胎的使用寿命, 正确的驾驶操作可减少或避 免轮胎的不正常磨损。 汽车急加速时,驱动轮局部胎面将会滑移,可能 产生胎面肩部片状磨损;汽车紧急制动出现车轮抱死状况时,轮胎在 路面上拖滑,坚硬的路面像锉刀一样使胎冠橡胶磨掉一层,在路面上 留下清晰的轮胎印迹,也会使轮胎表面产生局部片状磨损;汽车转弯 时,轮胎将产生横向变形,如果此时车速较高,会使轮胎产生较大的切 向变形,这种变形将造成局部胎面变形加大,甚至造成局部胎面滑移, 使胎面、胎侧严重磨损。
三、汽车轮胎保养的手段——检查 汽车轮胎保养的手段——检查 —— 轮胎检查主要是检查轮胎磨损程度和气压。
（一） 轮胎磨损程度的检查 通过对轮胎接地面的观察， 也能够判断出车辆四轮定位及悬架存 在的隐患。这需要比较细心察。一般来说，如果一条胎发现了问题， 那就需要认真地观察对称的另一条同轴胎， 甚至需要仔细查看另两条 异轴胎。图 1 表示了各种情况造成的轮胎磨损痕迹。如果发现了这种 痕迹，就可以根据痕迹的不同来判断车辆到底是哪里出了问题。 图1 A、表明轮胎气压经常较高或是经常遭遇较恶劣的行驶条件； B、表明悬架或四轮定位出现问题； C、表明气压常常太低，使两侧转向时接地的花纹有较大程度的磨损； 3 D、表明很可能是因为长期摆震或运转不平而造成的磨损； E、表明高速运转时的紧急强制动造成某一部位局部的磨损痕迹。 轮胎花纹对轮胎寿命影响很大。 最早的充气轮胎胎面是光滑和无 花纹的。随着汽车工业的发展，汽车的行驶速度越来越快，因此，也 就在汽车行驶的安全性及行驶性能上发生越来越多的问题。1904 年 德国大陆轮胎公司推出了第一个带有花纹的汽车轮胎。之后，轮胎的 花纹技术始终不断得在发展。今天，没有花纹的轮胎仅应用在摩托体 育运动中(赛车轮胎)。在发达国家，法律规定，行驶在公共道路上的 轮胎必须带有花纹。轮胎花纹最重要的功能是排水，排除雨天马路上 影响轮胎与路面接触的积水。在路面有水且汽车高速行驶情况下，轮 胎和路面接触面间会产生一个“水锲”而抬起轮胎，车辆将会失控。 即使轮胎有着足够深的花纹也无法排除上述极其危险的情况。 即使车 辆在低速情况下行驶，已经磨损了的轮胎将提高汽车出事故的可能 性，特别是当路面潮湿的情况下。轮胎花纹越浅，制动距离越长。 就轿车而言，当轮胎花纹深度磨损到 1．6 毫米时，刹车路程距 离几乎是新轮胎的一倍(新轮胎花纹深度约为 8 毫米)。 一条轮胎无论 是圆周方向还是整个胎面宽度方向必须都有花纹， 也就是不能出现局 部的花纹已经完全磨损。花纹的深度测量必须测主排水沟的深度。现 代化轮胎都有一个 TWI 标记。如果这个标记已被磨损，则必须更换轮 胎。 在大多数西欧国家，法律规定，轮胎花纹的深度必须深于 1．6 毫米。出于对驾驶员自身安全的慎重考虑，交通行家推荐，夏季轮胎 4 的花纹深度不应浅于 2 毫米；冬季轮胎的花纹深度不应浅于 4 毫米； 扁宽轮胎的花纹深度不应浅于 3 毫米。另外，轿车的四个车轮应使用 相同花纹的轮胎(冬夏季轮胎不能同时混用)， 至少同一根轴上应该使 用相同的轮胎。 轮胎磨损过甚,花纹过浅是行车中重要的不安全因素。过度磨损 的轮胎,除容易爆破外,还会使汽车操纵稳定性变坏。 汽车在雨中高速 行驶时, 由于不能把水全部从轮胎下排出, 轮胎将会出现水滑现象, 致使汽车失控。花纹过浅, 水滑的倾向越严重。轮胎磨损程度的检查 包括：
1、胎面花纹深度的检查。根据 GB7258- 1997 机动车运行安全技术条 件, 轿车轮胎胎冠上花纹磨损至花纹深度小于 1. 6 mm, 载荷汽车转 向轮胎胎冠上的花纹深度小于 3. 2 mm, 其余轮胎胎冠花纹深度小于 1. 6 mm 时, 应停止使用。胎面磨损标志位于胎面花纹沟底部, 当胎 面磨损到此处时,花纹沟断开,表明轮胎必须停止使用并送去翻新。 按 《轿车子午线轮胎》 (GB9743- 88)和 《载重汽车斜交轮胎》 (GB516- 89) 的规定,每个轮胎应周向等距离设置不少于 4 个磨损标志。
2、轮胎异常磨损的检查。轮胎常见的异常磨损有胎肩或胎面中间磨 损、内侧或外侧磨损、前束和后束磨损( 羽状磨损)、前端和后端磨 损。 检查轮胎的异常磨损,可以发现故障的早期征兆和原因,以便及时 排除影响轮胎寿命的不良因素,防止轮胎早期磨损和损坏。
（二）轮胎气压的检查 轮胎气压的检查对行车也非常重要。轮胎气压不足,会导致轮 胎过热,并因轮胎的接地面积不均匀而产生不均匀磨损或胎肩和胎侧 快速磨损, 缩短轮胎的使用寿命。同时会增加滚动阻力、加大油耗, 影响车辆的操控, 严重时还会引起交通事故。轮胎气压过高,则使车 身质量集中在胎面中心上,将导致胎面中心快速磨损,不但会缩短轮 胎的使用寿命,而且会降低车辆的舒适性。所以日常维护和各级维护 时,对轮胎气压的检查非常必要。轮胎气压可用气压表进行检查。不 同的车辆,轮胎的气压值可能不同, 检查时应参看相应车辆的维修手 册。一般桑塔纳 2000 轿车前轮的胎压为 0. 18 MPa、后轮的胎压为 0. 22 MPa，即平时所说的前轮 1. 8 个大气压、后轮 2. 2 个大气压。
四、 轮胎的正确维护汽车使用过程中的维护应坚持以预防为主、制维护的原则,及时 发现和消除故障,防止轮胎不正常磨损。
（一）确保轮胎气压正常
1、 按照汽车使用说明书上规定的气压标准进行充气,绝对不要按轮胎 上标注的气压数值加气。
2、检查轮胎气压是否符合实际要求, 尤其在进入高速公路和山区公 路行驶时更要注意。检查胎压时一定要使用经标定的轮胎气压值。
3、 子午线轮胎要严格控制气压,因为同规格的子午线轮胎下沉量比斜 交胎大 1% ~ 3%, 如果气压使用不当,会引起轮胎急剧的不正常磨损。
（二）安全操作,科学充气 安全操作,
1、充气时，应将撬棒插入轮毂的孔中压住锁圈,尤其因无气行驶中锁 圈脱开锁定位置时更应注意,防止锁圈蹦出伤人。 另外,边充气边敲打 6 轮胎四周,并拿去锁圈,使其恢复原状, 回到锁定位置, 防止其蹦出 伤人。
2、对于内胎轮胎的充气要注重科学性, 因为其密封性主要靠内压使 轮毂与胎圈张紧, 装胎充气时要比标准气压高 0. 2 MPa,但不能过高, 否则将造成轮辋损坏。待充至比标准气压高 0. 2 MPa 时,轮辋与胎圈 贴合密实后, 再放气直至标准气压。 无内胎轮胎每装一次, 需换上新 的 O 型圈( 使用前应将它放在植物油中侵泡片刻) 。
（三）轮胎合理换位 轮胎使用过程中, 由于气压不正常、转向轮侧滑、前轮定位不正 常等原因, 轮胎磨损会不一致, 所以二级维护中应进行轮胎换位。
1、按时换位可使轮胎磨损均匀, 约延长 20%的使用寿命。在路面拱 度较大的地区或夏季, 轮胎磨损差别较大,可适当增加换位次数。
2、常用的轮胎换位方法有交叉换位法，循环换位法和单边换位法。
3、轮胎换位后, 应按所换的胎位要求, 重新调整气压;并做好记录, 下次换位时仍要按上次选定的换位方法进行。
（四）汽车轮胎的合理使用 汽车轮胎的合理使用方法:做好轮胎的养护,经常观察轮胎气压, 并检查胎侧和胎顶是否有裂口、胎面磨损状况等,及时养护和排除; 防止汽车超速行驶;防止胎压过高或过低;防止轮胎机械性损伤;正确 选用轮胎, 要选择近期生产的轮胎,选用同类型、同规格、同轮辋轮 胎,同一车轴要装同花纹、同结构及同层级、同速度级别的轮胎;汽车 下长坡时少制动;防止汽车超载和装载超偏;磨损至标志的轮胎应更 7 新;防止轮胎帘布层数级别与载重负荷不相符;防止选用不匹配的轮 胎与轮辋。
五、 轮胎的正确维护
（一）无千斤顶时的换轮胎技巧 汽车运行中,若轮胎损坏,在无千斤顶时可以用以下方法换轮胎:
1、后轮外侧轮胎的更换。在拆轮胎前,先用木块或石、砖块垫在内侧 轮胎的前方, 然后开车, 使内侧轮胎压到垫块上面后停车。 再用其他 物件挤紧内侧轮胎的前后部位, 以防溜滑,然后拆卸外侧轮胎并进行 更换。
2、前轮或后轮内侧轮胎的更换。将车开到坚硬的土路上,用木块或砖 块将前轴或后轴垫牢,在要更换的轮胎下挖坑, 然后进行轮胎更换。
3、用木柱顶车架换轮胎。用粗细合适的木柱斜撑在要换轮胎一侧车 架的前端或后端, 然后开车使木柱将车顶起,待木柱直立并前后用石 块塞住车轮后,便可进行轮胎更换。
（二）敲击胎侧检查轮胎内损伤的技巧 敲击胎侧, 若发出“啪啪”的响声,可能是胎体发生大脱空现象; 若 发出“笃笃”的响声,可能是胎体有小的脱空现象发生; 若发出带有 “喳喳”的“咚咚”响声,可能是由胎体发粘现象造成的; 若发出带 有“吱吱”的“咚咚”响声,可能是由于轮胎缓冲层出现折断现象引 起的; 若发出“咚咚”响声, 一般表明胎体良好,无大的损坏。
（三）轮胎异常磨损的巧排除
1、轮胎中央部分的早期磨损。主要原因是轮胎气压过高,可通过测量 8 和调整轮胎气压及进行轮胎换位来排除。
2、轮胎两边磨损过大。主要原因是轮胎长期气压不足或车辆长期超 载运行, 可通过测量轮胎气压并调整至规定值和防止车辆超载来排 除。
3、轮胎面锯齿状磨损。主要原因是前轮定位失准或前悬挂系统位置 失常、 有关球头松旷等。可通过调整前轮定位, 检查前悬挂系统和 调整球头销或更换来排除。
4、轮胎一边磨损量过大。主要原因是转向轮外倾角不当。可通过修 理或更换车桥和悬架上的零件,并调整车轮外倾角和前束,使其匹配 来排除。 5、个别轮胎磨损过大。主要原因是个别车轮的悬架系统失常、支承 件弯曲或个别车轮不平衡。可通过检查磨损严重车轮的定位情况、独 立悬架弹簧和减振器的工作情况以及缩短轮胎换位周期来解决。
6、轮胎斑秃形磨损。轮胎个别部位出现斑秃形严重磨损的原因是轮 胎平衡性差。若汽车运行中发现在某一特定速度车辆有轻微抖动,则 应对车轮进行平衡,以防轮胎产生斑秃形磨损。
六、结语综上所述,汽车轮胎不仅影响整车动力性、经济性和轮胎使用寿 命, 而且直接影响汽车的操纵稳定性、汽车行驶方向的可控性,关系 到人的生命和财产安全。因此,要科学地按技术要求控制轮胎气压, 减少或避免轮胎异常磨损,合理维护和正确使用轮胎。
9 致谢
参考文献：
、张红伟,王国林. 《汽车底盘构造及维修 》 高等教育出版社, 2004. 6、薛宏建,张全良. 《汽车运用维修与应急技巧》 北京机械工业出版社, 2005. 7、崔选盟 8、 GB7258- 1997 《汽车故障诊断技术》 人民交通出版社, 2005. 《机动车运行安全技术条件》. 11
机械设计课程设计计算说明书
一、传动方案拟定…………….……………………………….2
二、电动机的选择……………………………………….…….2
三、计算总传动比及分配各级的传动比……………….…….4
四、运动参数及动力参数计算………………………….…….5
五、传动零件的设计计算………………………………….….6
六、轴的设计计算………………………………………….....12
七、滚动轴承的选择及校核计算………………………….…19
八、键联接的选择及计算………..……………………………22
设计题目：V带——单级圆柱减速器 第四组
德州科技职业学院青岛校区 设计者：####
指导教师：%%%%
二○○七年十二月
计算过程及计算说明
一、传动方案拟定
第三组：设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动
（1） 工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载启动，使用年限10年，小批量生产，工作为二班工作制，运输带速允许误差正负5％。
（2） 原始数据：工作拉力F=1250N；带速V=1.70m/s；
滚筒直径D=280mm。
二、电动机选择
1、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机
2、电动机功率选择：
（1）传动装置的总功率：
η总=η带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒
=0.95×0.982×0.97×0.99×0.98×0.96
=0.82
(2)电机所需的工作功率：
P工作=FV/1000η总
=1250×1.70/1000×0.82
=2.6KW
3、确定电动机转速：
计算滚筒工作转速：
n筒=60×960V/πD
=60×960×1.70/π×280
=111r/min
按书P7表2－3推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I’a=3~6。取V带传动比I’1=2~4，则总传动比理时范围为I’a=6~24。故电动机转速的可选范围为n筒=（6~24）×111=666~2664r/min
符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min。
根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号：因此有三种传支比方案：综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第2方案比较适合，则选n=1000r/min
。
4、确定电动机型号
根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y132S-6。
其主要性能：额定功率：3KW，满载转速960r/min，额定转矩2.0。质量63kg。
三、计算总传动比及分配各级的伟动比
1、总传动比：i总=n电动/n筒=960/111=8.6
2、分配各级伟动比
（1） 据指导书，取齿轮i齿轮=6（单级减速器i=3~6合理）
（2） ∵i总=i齿轮×I带
∴i带=i总/i齿轮=8.6/6=1.4
四、运动参数及动力参数计算
1、计算各轴转速（r/min）
nI=n电机=960r/min
nII=nI/i带=960/1.4=686(r/min)
nIII=nII/i齿轮=686/6=114(r/min)
2、 计算各轴的功率（KW）
PI=P工作=2.6KW
PII=PI×η带=2.6×0.96=2.496KW
PIII=PII×η轴承×η齿轮=2.496×0.98×0.96
=2.77KW
3、 计算各轴扭矩（N•mm）
TI=9.55×106PI/nI=9.55×106×2.6/960
=25729N•mm
TII=9.55×106PII/nII
=9.55×106×2.496/686
=34747.5N•mm
TIII=9.55×106PIII/nIII=9.55×106×2.77/114
=232048N•mm
五、传动零件的设计计算
1、 皮带轮传动的设计计算
（1） 选择普通V带截型
由课本表得：kA=1.2
Pd=KAP=1.2×3=3.9KW
由课本得：选用A型V带
（2） 确定带轮基准直径，并验算带速
由课本得，推荐的小带轮基准直径为
75~100mm
则取dd1=100mm
dd2=n1/n2•dd1=（960/686）×100=139mm
由课本P74表5-4，取dd2=140mm
实际从动轮转速n2’=n1dd1/dd2=960×100/140
=685.7r/min
转速误差为：n2-n2’/n2=686－685.7/686
=0.0004<0.05(允许)
带速V：V=πdd1n1/60×1000
=π×100×960/60×1000
=5.03m/s
在5~25m/s范围内，带速合适。
（3） 确定带长和中心矩
根据课本得
0. 7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)
0. 7(100+140)≤a0≤2×(100+140)
所以有：168mm≤a0≤480mm
由课本P84式（5-15）得：
L0=2a0+1.57(dd1+dd2)+(dd2-dd1)2/4a0
=2×400+1.57(100+140)+(140-100)2/4×400
=1024mm
根据课本表7-3取Ld=1120mm
根据课本P84式（5-16）得：
a≈a0+Ld-L0/2=400+（1120-1024/2）
=400+48
=448mm
(4)验算小带轮包角
α1=1800-dd2-dd1/a×600
=1800-140-100/448×600
=1800-5.350
=174.650>1200（适用）
（5）确定带的根数
根据课本(7-5) P0=0.74KW
根据课本(7-6) △P0=0.11KW
根据课本（7-7）Kα=0.99
根据课本（7-23）KL=0.91
由课本式（7-23）得
Z= Pd/(P0+△P0)KαKL
=3.9/(0.74+0.11) ×0.99×0.91
=5
(6)计算轴上压力
由课本查得q=0.1kg/m，由式（5-18）单根V带的初拉力：
F0=500Pd/ZV（2.5/Kα-1）+qV2
=[500×3.9/5×5.03×(2.5/0.99-1)+0.1×5.032]N
=160N
则作用在轴承的压力FQ，
FQ=2ZF0sinα1/2=2×5×158.01sin167.6/2
=1250N
2、齿轮传动的设计计算
（1）选择齿轮材料及精度等级
考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240~260HBS。大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度220HBS；根据课本选7级精度。齿面精糙度Ra≤1.6~3.2μm
(2)按齿面接触疲劳强度设计
由d1≥76.43(kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3
确定有关参数如下：传动比i齿=6
取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：
Z2=iZ1=6×20=120
实际传动比I0=120/2=60
传动比误差：i-i0/I=6-6/6=0%<2.5% 可用
齿数比：u=i0=6
由课本取φd=0.9
(3)转矩T1
T1=9550×P/n1=9550×2.6/960
=25.N•m
(4)载荷系数k
由课本取k=1
(5)许用接触应力[σH]
[σH]= σHlimZNT/SH由课本查得：
σHlim1=625Mpa σHlim2=470Mpa
由课本查得接触疲劳的寿命系数：
ZNT1=0.92 ZNT2=0.98
通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取安全系数SH=1.0
[σH]1=σHlim1ZNT1/SH=625×0.92/1.0Mpa
=575
[σH]2=σHlim2ZNT2/SH=470×0.98/1.0Mpa
=460
故得：
d1≥766(kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3
=766[1×25.9×(6+1)/0.9×6×4602]1/3mm
=38.3mm
模数：m=d1/Z1=38.3/20=1.915mm
根据课本表9-1取标准模数：m=2mm
(6)校核齿根弯曲疲劳强度
根据课本式
σF=(2kT1/bm2Z1)YFaYSa≤[σH]
确定有关参数和系数
分度圆直径：d1=mZ1=2×20mm=40mm
d2=mZ2=2×120mm=240mm
齿宽：b=φdd1=0.9×38.3mm=34.47mm
取b=35mm b1=40mm
(7)齿形系数YFa和应力修正系数YSa
根据齿数Z1=20,Z2=120由表相得
YFa1=2.80 YSa1=1.55
YFa2=2.14 YSa2=1.83
(8)许用弯曲应力[σF]
根据课本P136（6-53）式：
[σF]= σFlim YSTYNT/SF
由课本查得：
σFlim1=288Mpa σFlim2 =191Mpa
由图6-36查得：YNT1=0.88 YNT2=0.9
试验齿轮的应力修正系数YST=2
按一般可靠度选取安全系数SF=1.25
计算两轮的许用弯曲应力
[σF]1=σFlim1 YSTYNT1/SF=288×2×0.88/1.25Mpa
=410Mpa
[σF]2=σFlim2 YSTYNT2/SF =191×2×0.9/1.25Mpa
=204Mpa
将求得的各参数代入式（6-49）
σF1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1
=(2×1×2586.583/35×22×20) ×2.80×1.55Mpa
=8Mpa< [σF]1
σF2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1
=(2×1×2586.583/35×22×120) ×2.14×1.83Mpa
=1.2Mpa< [σF]2
故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够
(9)计算齿轮传动的中心矩a
a=m/2(Z1+Z2)=2/2(20+120)=140mm
(10)计算齿轮的圆周速度V
V=πd1n1/60×1000=3.14×40×960/60×1000
=2.0096m/s
六、轴的设计计算
输入轴的设计计算
1、按扭矩初算轴径
选用45#调质，硬度217~255HBS
根据课本并查表，取c=115
d≥115 (2.304/458.2)1/3mm=19.7mm
考虑有键槽，将直径增大5%，则
d=19.7×(1+5%)mm=20.69
∴选d=22mm
2、轴的结构设计
（1）轴上零件的定位，固定和装配
单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和大筒定位，则采用过渡配合固定
（2）确定轴各段直径和长度
工段：d1=22mm 长度取L1=50mm
∵h=2c c=1.5mm
II段:d2=d1+2h=22+2×2×1.5=28mm
∴d2=28mm
初选用7206c型角接触球轴承，其内径为30mm,
宽度为16mm.
考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长：
L2=（2+20+16+55）=93mm
III段直径d3=35mm
L3=L1-L=50-2=48mm
Ⅳ段直径d4=45mm
由手册得：c=1.5 h=2c=2×1.5=3mm
d4=d3+2h=35+2×3=41mm
长度与右面的套筒相同，即L4=20mm
但此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑，应便于轴承的拆卸，应按标准查取由手册得安装尺寸h=3.该段直径应取：（30+3×2）=36mm
因此将Ⅳ段设计成阶梯形，左段直径为36mm
Ⅴ段直径d5=30mm. 长度L5=19mm
由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=100mm
(3)按弯矩复合强度计算
①求分度圆直径：已知d1=40mm
②求转矩：已知T2=34747.5N•mm
③求圆周力：Ft
根据课本式得
Ft=2T2/d2=69495/40=1737.375N
④求径向力Fr
根据课本式得
Fr=Ft•tanα=1737.375×tan200=632N
⑤因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=50mm
(1)绘制轴受力简图（如图a）
（2）绘制垂直面弯矩图（如图b）
轴承支反力：
FAY=FBY=Fr/2=316N
FAZ=FBZ=Ft/2=868N
由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为
MC1=FAyL/2=235.3×50=11.765N•m
(3)绘制水平面弯矩图（如图c） 截面C在水平面上弯矩为：
MC2=FAZL/2=631.61455×50=31.58N•m
(4)绘制合弯矩图（如图d）
MC=(MC12+MC22)1/2=(11.7652+31.582)1/2=43.345N•m
(5)绘制扭矩图（如图e）
转矩：T=9.55×（P2/n2）×106=35N•m
(6)绘制当量弯矩图（如图f）
转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化，取α=1，截面C处的当量弯矩：
Mec=[MC2+(αT)2]1/2
=[43.3452+(1×35)2]1/2=55.5N•m
(7)校核危险截面C的强度
由式（6-3）
σe=Mec/0.1d33=55.5/0.1×353
=12.9MPa< [σ-1]b=60MPa
∴该轴强度足够。
输出轴的设计计算
1、按扭矩初算轴径
选用45#调质钢，硬度（217~255HBS）
根据课本取c=115
d≥c(P3/n3)1/3=115(2.77/114)1/3=34.5mm
取d=35mm
2、轴的结构设计
（1）轴的零件定位，固定和装配
单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面用轴肩定位，
右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡
配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。
（2）确定轴的各段直径和长度
初选7207c型角接球轴承，其内径为35mm，宽度为17mm。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端
面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为20mm，则该段长41mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。
(3)按弯扭复合强度计算
①求分度圆直径：已知d2=300mm
②求转矩：已知T3=271N•m
③求圆周力Ft：根据课本式得
Ft=2T3/d2=2×271×103/300=1806.7N
④求径向力式得
Fr=Ft•tanα=1806.7×0.36379=657.2N
⑤∵两轴承对称
∴LA=LB=49mm
(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ
FAX=FBY=Fr/2=657.2/2=328.6N
FAZ=FBZ=Ft/2=1806.7/2=903.35N
(2)由两边对称，书籍截C的弯矩也对称
截面C在垂直面弯矩为
MC1=FAYL/2=328.6×49=16.1N•m
(3)截面C在水平面弯矩为
MC2=FAZL/2=903.35×49=44.26N•m
(4)计算合成弯矩
MC=（MC12+MC22）1/2
=（16.12+44.262）1/2
=47.1N•m
(5)计算当量弯矩：根据课本得α=1
Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[47.12+(1×271)2]1/2
=275.06N•m
(6)校核危险截面C的强度
由式（10-3）
σe=Mec/（0.1d）=275.06/(0.1×453)
=1.36Mpa<[σ-1]b=60Mpa
∴此轴强度足够
七、滚动轴承的选择及校核计算
根据根据条件，轴承预计寿命
16×365×10=58400小时
1、计算输入轴承
（1）已知nⅡ=686r/min
两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N
初先两轴承为角接触球轴承7206AC型
根据课本得轴承内部轴向力
FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N
(2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端
FA1=FS1=315.1N FA2=FS2=315.1N
(3)求系数x、y
FA1/FR1=315.1N/500.2N=0.63
FA2/FR2=315.1N/500.2N=0.63
根据课本得e=0.68
FA1/FR1<e x1=1 FA2/FR2<e x2=1
y1=0 y2=0
(4)计算当量载荷P1、P2
根据课本取f P=1.5
根据课本式得
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N
P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N
(5)轴承寿命计算
∵P1=P2 故取P=750.3N
∵角接触球轴承ε=3
根据手册得7206AC型的Cr=23000N
由课本式得
LH=16670/n(ftCr/P)ε
=16670/458.2×(1×23000/750.3)3
=1047500h>58400h
∴预期寿命足够
2、计算输出轴承
(1)已知nⅢ=114r/min
Fa=0 FR=FAZ=903.35N
试选7207AC型角接触球轴承
根据课本得FS=0.063FR,则
FS1=FS2=0.63FR=0.63×903.35=569.1N
(2)计算轴向载荷FA1、FA2
∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
∴任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端
两轴承轴向载荷：FA1=FA2=FS1=569.1N
(3)求系数x、y
FA1/FR1=569.1/903.35=0.63
FA2/FR2=569.1/930.35=0.63
根据课本得：e=0.68
∵FA1/FR1<e ∴x1=1
y1=0
∵FA2/FR2<e ∴x2=1
y2=0
(4)计算当量动载荷P1、P2
取fP=1.5
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×903.35)=1355N
P2=fP(x2FR2+y2FA2)=1.5×(1×903.35)=1355N
(5)计算轴承寿命LH
∵P1=P2 故P=1355 ε=3
根据手册7207AC型轴承Cr=30500N
根据课本得：ft=1
根据课本式得
Lh=16670/n(ftCr/P) ε
=16670/76.4×(1×30500/1355)3
=2488378.6h>58400h
∴此轴承合格
八、键联接的选择及校核计算
轴径d1=22mm,L1=50mm
查手册得，选用C型平键，得：
键A 8×7 GB1096-79 l=L1-b=50-8=42mm
T2=48N•m h=7mm
根据课本P243（10-5）式得
σp=4T2/dhl=4×48000/22×7×42
=29.68Mpa<[σR](110Mpa)
2、输入轴与齿轮联接采用平键联接
轴径d3=35mm L3=48mm T=271N•m
查手册P51 选A型平键
键10×8 GB1096-79
l=L3-b=48-10=38mm h=8mm
σp=4T/dhl=4×271000/35×8×38
=101.87Mpa<[σp](110Mpa)
3、输出轴与齿轮2联接用平键联接
轴径d2=51mm L2=50mm T=61.5Nm
查手册选用A型平键
键16×10 GB1096-79
l=L2-b=50-16=34mm h=10mm
据课本得
σp=4T/dhl=4×6100/51×10×34=60.3Mpa<[σp]
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