轴系改错大全老师总结ppt课件.ppt

1 2 2 3 3 4 4 5 固定心轴 转动心轴 5 6 第九章轴 6 7 计划学时 4学时 主要内容 轴的分类 转轴的受力 应力与失效分析 轴的材料 轴径的初算 轴的结构设计 轴的强度计算和刚度计算 学习目标 1 了解轴的功用与分类 掌握各类轴的受力与应力分析 2 掌握轴的结构设计基本要求和方法 3 掌握轴的强度计算方法和刚度计算原理 7 8 9 1概述 一 轴的用途与分类 1 用途 1 支承回转零件 2 传递运动和动力 2 分类 按承载情况分 转轴 同时受扭矩T和弯矩M 心轴 只受弯矩不传递扭矩 T 0 传动轴 主要受扭矩 8 9 转轴 同时受扭矩和弯矩 9 10 心轴 只受弯矩不传递扭矩 T 0 10 11 自行车前轴属于哪种 11 12 传动轴 主要受扭矩 12 13 0轴 轴 轴 轴 轴 轴 轴 轴 轴 轴 轴 轴 传动轴 转轴 心轴 转轴 转轴 心轴 一休一下吧 13 14 按轴线形状分 直轴 阶梯轴 光轴 曲轴 14 15 空心轴和钢丝软轴 15 16 二 轴的材料及其选择 碳素钢 35 45 50钢 正火或调质 常用45 如 20Cr 轴颈耐磨性 对应力集中较敏感 注意 钢材弹性模量E基本相同 采用合金钢并不能提高轴的刚度 轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度 三 轴设计的主要内容 结构设计 按轴上零件安装定位要求确定轴的形状和尺寸 工作能力计算 强度 刚度 振动稳定性计算 合金钢 力学性能高 贵 多用于有特殊要求的轴 16 17 知识回顾 1 蜗轮蜗杆轮齿所受各力的大小 2 圆柱蜗杆传动的强度计算 蜗轮齿面接触疲劳强度和轮齿弯曲疲劳强度计算 蜗杆刚度计算 3 闭式蜗杆传动的热平衡计算和冷却措施 4 轴的用途与分类 轴的材料及其选择原则 5 轴设计的主要内容 结构设计和强度校核 问题 1 蜗杆与蜗轮所受各力的关系如何 2 闭式蜗杆传动中 如果温度很高 超过80度 应采取哪些措施 3 如何判断转轴 心轴和传动轴 17 18 9 2轴的结构设计 设计要求 轴和轴上零件要有准确 牢固的工作位置 轴上零件装拆 调整方便 轴应具有良好的制造工艺性等 一 拟定轴上零件的装配方案 原则 1 轴的结构越简单越合理 2 装配越简单 方便越合理 尽量避免应力集中 18 19 轴身 19 20 1 零件的轴向定位 1 轴肩和轴环 最常用 能承受较大轴向载荷 二 轴上零件的定位 定位轴肩过渡轴肩 20 21 要求轴肩高度 滚动轴承内圈高度 要求r C a和r R a 21 2 套筒 轴上相邻零件定位 套筒不宜过长 3 轴用圆螺母 可承受较大轴向力 但有应力集中 细牙 22 23 4 轴端挡圈 仅适用于轴端零件固定 可承受较大轴向力 应用广 23 24 当用轴肩 轴环 套筒 圆螺母 轴端挡圈进行零件的轴向定位时 为保证轴向定位可靠 要求L轴 L毂 24 25 5 轴承端盖 用螺钉等与箱体联接而使轴承外圈得到轴向定位 6 弹性挡圈 轴承端盖与机座间加垫片以调整轴的位置 结构简单定位方便 但有应力集中 25 26 7 锁紧挡圈 紧定螺钉或销 承载能力低 可同时兼做周向定位 8 圆锥面 挡圈 螺母 适于承受冲击和同心度要求较高的轴端零件 可兼做周向定位 26 27 2 零件的周向定位 1 键 常用 2 花键 承载大 定位精度高 适于动联接 周向定位是为了保证轴上零件与轴不发生相对转动并能传递一定的力矩 27 28 3 紧定螺钉 销 4 过盈配合 5 型面连接 28 29 三 各轴段的直径和长度的确定 1 各轴段直径确定 a 按扭矩估算轴段直径dmin 相关公式 b 按轴上零件安装及定位要求确定各段轴径 经验值 同一轴径轴段上不能安装三个以上零件 注意 与标准零件相配合轴径应取标准值 2 各轴段长度 a 各轴段长度与其上相配合零件宽度相对应 b 转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙 29 30 四 轴的结构工艺性 1 轴肩圆角r 避免应力集中 查标准 2 轴端倒角 便于安装 去毛刺 3 装配轴段不宜过长 30 31 4 砂轮越程槽 5 螺纹退刀槽 31 32 6 同一轴上键槽位于圆柱同一母线上 且取相同尺寸 32 33 轴系结构改错 四处错误 正确答案 三处错误 正确答案 33 34 两处错误 正确答案 34 35 9 3轴的强度计算 一 按扭转强度条件计算 按许用切应力计算 只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算 结构设计前按扭矩初估轴的直径dmin 强度条件 设计公式 35 36 一个键槽 3 5 二个键槽 7 10 轴上有键槽放大轴径 对于空心轴 d1 空心轴的内径 取标准值 d 空心轴的外径 36 二 按弯扭合成强度条件计算 按许用弯曲应力计算 强度计算对于钢材料 用第三强度理论 通常M T 引入折合系数 对于直径为d的圆轴 当量弯矩 两者在轴上的循环特性不同 37 38 对于转轴 已知支点 扭矩 弯矩可求 以斜齿轮轴为例 1 作轴的空间受力简图 38 39 2 求水平面支反力RH1 RH2 作水平面弯矩图 MH 39 40 3 求垂直平面支反力RV1 RV2 作垂直面弯矩图 MV 40 41 4 作合成弯矩图 41 5 作扭矩图 并折算为弯矩 将扭矩折算为等效弯矩的折算系数 42 43 6 作当量弯矩图 Mca 43 44 有关折算系数 弯矩引起的弯曲应力通常为对称循环的变应力 而扭矩所产生的扭转剪应力往往为非对称循环变应力 与扭矩变化情况有关 为静应力时 0 3 为脉动循环应力时 0 6 为对称循环应力时 1 44 45 7 校核危险截面轴的强度 45 46 设计公式 如计算所得d大于轴的结构设计d结构 则应重新设计轴的结构 对于心轴 T 0 Mca M 转动心轴 许用应力用 固定心轴 许用应力用 46 47 三 轴的安全系数校核计算 1 疲劳强度校核 要考虑载荷性质 应力集中 尺寸因素和表面质量及强化等因素的影响 根据结构设计选择Mca较大 并在应力集中的几个危险截面 计算疲劳强度安全系数Sca 2 静强度校核 校核轴对塑性变形的抵抗能力 略 47 48 9 4轴的刚度及振动稳定性 一 轴的刚度计算 参考教材P321 322 1 弯曲刚度 挠曲线方程 挠度 偏转角 48 49 2 扭转刚度 一般传动轴 精密传动轴 49 50 二 轴的振动稳定性及临界转速 主要自学 弯曲振动 较常见 扭转振动 临界转速 轴引起共振时的转速 纵向振动 周期性的离心干扰力 轴传递功率有周期性变化 周期性的轴向干扰力 在临界转速附近 轴将产生显著变形 同型振动有多个临界转速 其中最低的为一阶临界转速 其余为二阶临界转速 50 弯曲临界转速的计算 k mg y0 刚性轴 挠性轴 y0 轴在圆盘处的静挠度 nc1 nc2 分别为一阶和二阶临界转速 高速轴应使其工作转速避开相应的高阶临界转速 51 52 知识回顾 1 各轴段的直径和长度的确定 2 轴的结构工艺性 轴系结构改错 3 轴的强度计算 4 轴的刚度及振动稳定性 问题 1 右图和下图轴系有哪些结构性错误 52 53 2 分析下图轴系装配方案 定位 结构工艺性 轴段直径和长度的确定 53 汽车传动轴的设计 一 传动轴总成的组成 传动轴 花键轴及万向节 二 传动轴结构参数及计算 长度 夹角 断面尺寸等 传动轴的长度和夹角及它们的变化范围由汽车总布置设计决定 设计时应保证在传动轴长度处在最大值时 花键套与轴有足够的配合长度 而在长度处在最小时不顶死 传动轴夹角的大小直接影响到万向节十字轴和滚针轴承的寿命 万向传动的效率和十字轴旋转的不均匀性 54 在长度一定时 传动轴断面尺寸的选择应保证传动轴有足够的强度和足够高的临界转速 55 nk为传动轴的临界转速 r min LC为传动轴长度 mm 即两万向节中心之间的距离 dc和Dc分别为传动轴轴管的内 外径 mm 所谓临界转速 就是当传动轴的工作转速接近于其弯曲固有振动频率时 即出现共振现象 以致振幅急剧增加而引起传动轴折断时的转速 56 传动轴轴管断面尺寸除满足临界转速的要求外 还应保证有足够的扭转强度 轴管的扭转切应力 c应满足 c 为许用扭转切应力 为300MPa 其余符号同前 对于传动轴上的花键轴 通常以内径计算其扭转切应力 h 许用切应力一般按安全系数为2 3确定 即 dh为花键轴的花键内径 57 58 传动轴总成不平衡是传动系弯曲振动的一个激励源 当高速旋转时 将产生明显的振动和噪声 58 万向节中十字轴的轴向窜动 传动轴滑动花键中的间隙 传动轴总成两端连接处的定心精度 高速回转时传动轴的弹性变形 传动轴上点焊平衡片时的热影响等因素 都能改变传动轴总成的不平衡度 提高滑动花键的耐磨性和万向节花键的配合精度 缩短传动轴长度增加其弯曲刚度 都能降低传动轴的不平衡度 汽车传动轴支架 59 为了消除点焊平衡片的热影响 应在冷却后再进行动平衡检验 传动轴的不平衡度 对于轿车 在3000 6000r min时应不大于2 5 3 5g mm 对于货车 在1000 4000r min时不大于5 10g mm 另外 传动轴总成径向全跳动应不大于0 5 0 8mm 60 轴的设计步骤 结构设计和强度计算 1 拟定轴上零件的装配方案 主要零件的装配方向 顺序和相互关系 2 轴上零件的定位 轴向定位和周向定位 3 选择轴的材料和热处理工艺 61 62 4 各轴段直径和长度的确定各轴段所需的直径与轴上载荷大小有关系 因为不知道支反力的作用点 不能决定弯矩的大小和分布情况 所以不能按轴的具体载荷确定轴的直径 但扭矩已经知道 这样就可以按下式计算轴的最小直径dmin 根据轴上零件的装配方案和定位要求 从dmin起逐一确定各段轴的直径 62 5 轴的结构工艺性设计主要是便于轴的加工和装配轴上的零件 减少缺陷 6 轴的工作能力计算 轴的失效形式 断裂 塑性变形 弹性变形 共振 一般轴 只需要强度计算 刚度要求高的轴或受力大的细长轴 进一步进行刚度计算 高速运转的轴 外加振动稳定性计算 根据轴的具体受载和应力情况 采取相应的计算方法 传动轴 心轴 转轴 如计算所得d大于轴的结构设计d结构 则应重新设计轴的结构 7 细化轴的结构和尺寸 绘制工作图 63 64 9 5提高轴的强度 刚度和减轻轴的重量的措施 一 改进轴的结构 减少应力集中 应力集中源 打孔 切螺纹 沟槽 键槽 砂轮越程槽 过盈配合处等 内凹圆角 过渡肩环 措施 1 轴径变化平缓 2 增大轴的过渡圆角r 3 内凹圆角 4 过渡肩环 64 65 5 开卸载槽 过盈配合处减少应力集中 6 加大配合部轴径 7 选择合理的配合 8 盘铣刀铣键槽比用指铣刀铣 应力集中小 9 渐开线花键比矩形花键应力集中小 10 避免在受载较大处切制螺纹 65 66 二 合理布置轴上零件以减少轴的载荷 1 轴上传动件尽量靠近支承 并避免使用悬臂支承形式 以减少轴所受的弯矩 2 扭矩由一个传动件输入 几个传动件输出时 应将输入件放在中间 66 67 三 改进轴上零件的结构 减小轴的载荷 轴仅受弯矩 不受转矩