轴的强度计算PPT课件

1、16.1 概述16.2 轴的结构设计16.3 轴的强度计算16.4 轴的刚度计算16.5 轴的临界转速第16章 轴16.1 概述功用：轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。 16.1.1 轴的分类按照承受载荷的不同，轴可分为： 1. 转轴同时承受弯矩和转矩的轴，如减速器的轴。2. 心轴只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。转动心轴固定心轴btttfrf如：齿轮轴火车轮轴3. 传动轴主要承受转矩的轴，不受弯矩或弯矩很小，如汽车的传动轴。除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。轴一般是实心轴，有特殊要求时

2、也可制成空心轴。16.1 概述到不开敞地空间位置。桥式起重机大车行走机构车轮轴16.1.2 轴的材料16.1 概述轴的材料主要是碳钢和合金钢。轴的常用材料及其部分机械性能（见下页） ，应用广泛，价格感性碳素钢：对应力集中敏，对应力集中，成本及热处理性能合金钢：综合机械性能状。，易于制成各种复杂形吸振性球墨铸铁或合金铸铁：敏感性，对应力集中敏感性耐磨性16.1 概述16.1 概述16.1.3 轴设计的主要问题2.结构：轴向、周向定位；工艺要求；安装和维修3.工作能力：强度、刚度、耐磨性和振动的稳定性等；重型轴还要考虑毛坯制造、探伤、起重。1.材料：见前述16.2 轴的结构设计16.2.1 轴的毛

3、坯 尺寸较小的轴可以用圆钢车制，尺寸较大的轴则应用锻造毛坯。铸造毛坯应用较少。16.2.2 轴的组成 轴主要由轴头、轴身、轴颈三部分组成。轴端轴头轴颈轴头轴身轴的结构和形状取决于：轴的毛坯种类轴上作用力的大小及分布情况轴上零件的位置、配合性质以及联结固定的方法轴承的类型、尺寸和位置轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求16.2 轴的结构设计要求：受载合理轴及轴上零、部件定位及固定可靠良好的制造、拆装工艺性减小应力集中1. 受载合理(1)减小轴上扭矩。 改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。 输入t1+t2t1t2t1t2输入(2)减小轴上弯矩。(3)改变零件的结构可以改变轴的类型a)t由

4、卷筒传递，轴仅受m(心轴)b)t由轴传递，轴受m、t(转轴)16.2 轴的结构设计 卷筒的轮毂结构mmaxmmax 改进轴上零件的结构也可以减小轴上的最大载荷。 16.2 轴的结构设计2.轴在轴上零件定位、固定可靠、装拆方便见16.2.33.良好的工艺性（1）退刀槽需磨削处需车螺纹处(2）倒角易对中安装（紧配合处），安全倒角、圆角一致。(3) 键槽：在同一母线上16.2 轴的结构设计(4) 非定位轴肩的设置：便于紧配合处的安装4.尽量避免应力集中(1)减小不必要的尺寸变化和减小尺寸变化的幅度；(2)采用大过渡圆角；(3)紧配合处采用卸载槽；(4)减少表面粗糙度；(5)采用輾压、喷丸工艺。16.

5、2.3 零件在轴上的固定轴上零件常以其毂和轴联接在一起。轴和毂的固定可分为轴向固定和周向固定两类。16.2 轴的结构设计1.轴上零件的轴向固定 轴上零件轴向固定的方法有：轴肩（或挡环）、弹性挡圈、套筒、锁紧挡圈（加紧定螺钉）、锥形轴头、紧定螺钉、圆螺母、紧配合、轴端挡圈等结构。详见 p311 图16.3 轴肩由定位面和内圆角组成dhcrdbdhrrd轴肩处rcr或rcmmh或，但定位轴肩53轮轴圆螺母处：采用套筒、轴端挡圈、bl16.2 轴的结构设计16.2 轴的结构设计2.轴上零件的周向固定 常用的周向固定方法有键、花键、成形、弹性环、销和过盈配合等联接。 t可传递较大配合处键）装方便（对中

6、性配合处设置大倒角16.3 轴的强度计算轴的强度计算主要由三种方法（据轴受载及对安全要求）设计思路：必要校核计算类比定结构) 1 (节约材料）逐步结构细化（设计，强度计算为依据)2(（1）按许用切应力计算（2）许用弯曲应力计算；（3）安全系数校核计算。16.3.1 按许用切应力计算1.应用（仅与t有关）(1)传动轴计算（主要t）(2)需初步结构化的转轴（只知t）(3)不重要转轴的计算（将m影响折算进行 内）16.3 轴的强度计算2.算式强度条件：mpandpwtttt2 . 01055. 936(16.1)设计式：336 2 . 01055. 9npcnpdt(16.2)式中：；查表许用切应力

7、，2 .16,mpat；查表与轴材料有关的系数，2 .16c放大，双键放大轴径，单键73ddd 16.3 轴的强度计算16.3.2 按许用弯曲应力计算（弯扭组合计算）1.应用(1)（初步结构化）已知跨度的转轴（支点确定）(2)一般为重要的转轴2.算式弯曲应力 一般计算顺序如下：b(1)画空间受力简图；(2)作水平、垂直平面受力图；(3)作 ；作 ；)(xyhmm)(xzvmm(4)作合成 ；22xzxymmm31 . 0 dmwmb32 . 0 dtwtttwwt2由第三强度理论42222bewtm）强度条件：（当量应力mpab材料许用弯曲应力，式中：m、t载荷性质相同：(5)作t图 ；m、t

8、载荷性质不同时：疲劳破坏不一样bttt将 修正成与 性质相同的应力（引入 ）tb16.3 轴的强度计算16.3 轴的强度计算(16.3)(8)设计式)1 . 0(3dw 31 1 . 0bmd(16.4)对于不变t：对于脉动循环的t：对于对称循环的t：11bb01bb11bb式中 应力修正系数；当量弯矩；m:0,011bbbt或；不转转动对于心轴(6)作当量 ；22)( tmm(7) ；1bbwm16.3 轴的强度计算3.计算步骤（1）作空间受力简图（图a）；（2）作垂直平面（v面）受力图，计算支反力（图b）；（3）作 32122323)(, 0llllfllfrmttvadvattvdrff

9、ry32, 0）图（图cmv)(1lrmvavb)(3lrmvdvcabcd1l2l3l3tf3af3rf2tf2af2rfvar3tf2tfvdrvmvbmvcm(a)(b)(c)16.3 轴的强度计算（4）作水平平面（h面）受力图，计算支反力（图d） 0am0dm32122323332322)(llldflfdfllfrararha32133132221222)(llldflfdfllfrararhd（5）作 ）图（图emh)(1lrmhahbl)(2331dflrmahahbrhmhblmhbrmhcrmhclmhar3rf3af2rf2afhdr(d)(e)(3lrmhdhcr2223

10、dflrmahdhcl16.3 轴的强度计算（6）作合成弯曲图m（图f） 22vhmmm逐点合成（7）作t图（图g）npt61055. 9图作 t（8）作当量弯矩图 (图h) em22)( tmme逐点合成mbrmblmcrmclmttebrmeblmtemeblmebrm(f)(g)(h)16.3 轴的强度计算（9）计算d作等强度轴31 1 . 0bemd（10）进一步结构化（尺寸细化，加工、配合得知）16.3.3 安全系数校核计算1.应用：(1)结构细化的重要轴（改善薄弱环节）(2)只限危险截面处2.算式(1)疲劳强度安全系数的校核计算（防疲劳破坏）确定危险截面emd应力集中严重处16.3

11、 轴的强度计算弯曲作用下的安全系数mbnkks1扭转作用下的安全系数mankks1(16.5)；和式寿命系数，见式24. 32 . 3nk式中：扭转疲劳极限；材料对称循环下弯曲、11，、见附录表应力集中系数弯矩和转矩作用的有效、21(kk) 3数见附录表配合零件的综合影响系；弯曲和扭转应力幅，、mpaaa)(wmbba16.3 轴的强度计算)(wmbba；弯曲和扭转平均应力，、mpamm0m2m）；及表面状态系数（附录表54）；力的尺寸系数（附录表影响弯曲应力和切应和6）；和式式应力幅等效系数（见和10. 39 . 3bbttbbmaxminbmax0min16.3 轴的强度计算综合安全系数为

12、：综合作用，、tm22ssssss(16.6)。许用安全系数，取值见式中，316ps s计算精确，材料均匀s反之，或严重破坏的轴(2)静强度安全系数校核计算（防止尖峰载荷出现时轴塑性变形）22sjjjjsssssss系数静强度弯曲、扭转安全、式中，jjss16.3 轴的强度计算maxsbs maxtss(16.7)弯曲应力和切应力；由于尖峰载荷所产生的、式中，maxmaxt极限；材料的弯曲和剪切屈服、ssb。章表，见第静强度的许用安全系数2 . 22ss16.3 轴的强度计算例题16.2见p31616.3 轴的强度计算16.3 轴的强度计算16.4 轴的刚度计算1.目的：防止弯曲、扭转变形过大而影响机器正常运转，这是工程上布允许的例：2.计算刚度：指轴所载荷与受载后产生的弹性变形比值、转角弯曲变形指标：挠度y扭转变形指标：扭转角16.4 轴的刚度计算maxyy刚度条件