浙大机械设计考研辅导第十二章 轴ppt课件

浙江大学专用,.,第十二章轴,12-1轴的功用和分类,12-2轴的材料,12-3轴的结构设计,12-4轴的强度计算,12-5轴的刚度计算,带传动和链传动都是通过中间挠性件传递运动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合。与齿轮传动相比，它们具有结构简单，成本低廉等优点。,12-6轴的振动及振动稳定性概念,浙江大学专用,.,12-1轴的功用和分类,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。,类型,转轴-传递扭矩又承受弯矩。,按承受载荷分有：,分类：,按轴的形状分有：,浙江大学专用,.,12-1轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。,类型,转轴-传递扭矩又承受弯矩。,按承受载荷分有：,分类：,按轴的形状分有：,传动轴-只传递扭矩,浙江大学专用,.,12-1轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。,类型,转轴-传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分有：,分类：,按轴的形状分有：,传动轴-只传递扭矩,心轴-只承受弯矩,固定心轴,火车轮轴,浙江大学专用,.,12-1轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。,类型,转轴-传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分有：,分类：,按轴的形状分有：,传动轴-只传递扭矩,心轴-只承受弯矩,直轴,浙江大学专用,.,12-1轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。,类型,转轴-传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分有：,分类：,按轴的形状分有：,传动轴-只传递扭矩,心轴-只承受弯矩,直轴,曲轴,浙江大学专用,.,12-1轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。,类型,转轴-传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分有：,分类：,按轴的形状分有：,传动轴-只传递扭矩,心轴-只承受弯矩,直轴,曲轴,挠性钢丝轴,设计任务：选材、结构设计、强度和刚度计算、确定尺寸等,浙江大学专用,.,种类,碳素钢：35、45、50、Q235,轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。,12-2轴的材料,合金钢:20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等,用途：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较多，尤其是45钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。,如用球墨铸铁制造曲轴和凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感较低、强度较好等优点。,为了改善力学性能,浙江大学专用,.,设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。,12-3轴的结构设计,设计要求：,1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装),2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位),3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定),4.改善应力状况，减小应力集中。,浙江大学专用,.,为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。零件的安装次序,一、制造安装要求,装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应有退刀槽。,浙江大学专用,.,零件的轴向定位由轴肩或套筒来实现。,二、轴上零件的定位,4、5间的轴肩使齿轮在轴上定位，1、2间的轴肩使带轮定位，6、7间的轴肩使右端滚动轴承定位。,轴肩-阶梯轴上截面变化之处。起轴向定位作用。,浙江大学专用,.,轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。,三、轴上零件的固定,齿轮受轴向力时，向右是通过4、5间的轴肩，并由6、7间的轴肩顶在滚动轴承的内圈上；向左则通过套筒顶在滚动轴承的内圈上。带轮的轴向固定是靠1、2间的轴肩和轴端当圈。,双向固定,浙江大学专用,.,无法采用套筒或套筒太长时，可采用双圆螺母加以固定。,轴肩的尺寸要求:,rC1或rR,b1.4h(与滚动轴承相配合处的h和b值,见轴承标准),轴端挡圈,h(0.07d+3)(0.1d+5)mm,装在轴端上的零件往往采用轴端挡圈固定。,浙江大学专用,.,轴向力较小时，可采弹性挡圈或紧定螺钉来实现。,周向固定大多采用键、花键、或过盈配合等联接形式来实现。,为了加工方便，键槽应设计成同一加工直线上，且紧可能采用同一规格的键槽截面尺寸。,键槽应设计成同一加工直线,浙江大学专用,.,四、改善轴的受力状况，减小应力集中,图示为起重机卷筒两种布置方案。A图中大齿轮和卷筒联成一体，转距经大齿轮直接传递给卷筒，故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩。图b中轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷相同时，图a结构轴的直径要小。,Tmax=T1+T2,Tmax=T1,1.改善受力状况,当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的载荷，应将输入轮布置在中间。,合理,不合理,浙江大学专用,.,2.减小应力集中,合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。,应力集中出现在截面突然发生变化的。,措施：1.用圆角过渡；,2.尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽;,3.重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。,浙江大学专用,.,12-4轴的强度计算,一、按扭转强度计算,轴的强度设计应根据轴的承载情况，采用相应的计算方法，常用方法有两种。,对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为：,设计公式为：,对于既传递扭转又传递弯矩的轴，可按上式初步估算轴的直径。,计算结果为：最小直径！,解释各符号的意义及单位,浙江大学专用,.,减速器中齿轮轴的受力为典型的弯扭合成。,在完成单级减速器草图设计后，外载荷与支撑反力的位置即可确定，从而可进行受力分析。,因b和的循环特性不同，折合后得：,二、按弯扭合成强度计算,对于一般钢制轴，可用第三强度理论（最大切应力理论）求出危险截面的当量应力。,强度条件为：,弯曲应力：,扭切应力：,代入得：,W-抗弯截面系数；WT-抗扭截面系数；,-折合系数,Me-当量弯矩,浙江大学专用,.,折合系数取值：=,0.3-转矩不变；,0.6-脉动变化；,1-频繁正反转。,静应力状态下的许用弯曲应力,设计公式：,浙江大学专用,.,折合系数取值：=,0.3-转矩不变；,0.6-脉动变化；,1-频繁正反转。,设计公式：,脉动循环状态下的许用弯曲应力,浙江大学专用,.,折合系数取值：=,0.3-转矩不变；,0.6-脉动变化；,1-频繁正反转。,设计公式：,对称循环状态下的许用弯曲应力,浙江大学专用,.,对2点取矩,举例：计算某减速器输出轴危险截面的直径。已知作用在齿轮上的圆周力Ft=17400N,径向力，Fr=6140N,轴向力Fa=2860N,齿轮分度圆直径d2=146mm,作用在轴右端带轮上外力F=4500N（方向未定）,L=193mm,K=206mm,解：1)求垂直面的支反力和轴向力,=Fa,浙江大学专用,.,2)求水平面的支反力,3)求F力在支点产生的反力,4)绘制垂直面的弯矩图,5)绘制水平面的弯矩图,浙江大学专用,.,6)求F力产生的弯矩图,7)绘制合成弯矩图考虑F可能与H、V内合力共面,a-a截面F力产生的弯矩为：,浙江大学专用,.,8)求轴传递的转矩,9)求危险截面的当量弯矩,扭切应力为脉动循环变应力，取折合系数:=0.6,浙江大学专用,.,求考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大4%，故得：,10)计算危险截面处轴的直径,选45钢，调质，b=650MPa,-1b=60MPa,符合直径系列。,浙江大学专用,.,按弯扭合成强度计算轴径的一般步骤：,1.将外载荷分解到水平面和垂直面。求垂直面支撑反力FV和水平面支撑反力FH;,2.作垂直弯矩MV图和弯矩MH图;,3.作合成弯矩M图；,4.作转矩T图；,5.弯扭合成，作当量弯矩Me图；,6.计算危险截面轴径:,1.若危险截面上有键槽，则应加大4%,2.若计算结果大于结构设计初步估计的轴径，则强度不够，应修改设计；,3.若计算结果小于结构设计初步估计的轴径，且相不大，一般以结构设计的轴径为准。,对于一般刚轴，按上述方法设计即可。对于重要的轴，还必须用安全系数法作精确校核计算。,说明：,浙江大学专用,.,12-5轴的刚度计算解释何为刚度,弯矩弯曲变形,扭矩扭转变形,若刚度不够导致轴的变形过大，就会影响其正常工作。,变形量的描述：,挠度y,、转角,、扭角,设计要求：,yy,一、弯曲变形计算,方法有：,1.按微分方程求解,2.变形能法,适用于等直径轴。,适用于阶梯轴。,复习材料力学相关内容。,浙江大学专用,.,浙江大学专用,.,二、扭转变形计算,等直径轴的扭转角：,阶梯轴的扭转角：,其中：T-转矩；,Ip-轴截面的极惯性矩,l-轴受转矩作用的长度；,d-轴径；,G-材料的切变模量；,浙江大学专用,.,12-6轴的振动及振动稳定性概念,轴是一个弹性体。由于轴及其上零件的材质不均匀、加工有误差