机械设计轴教材PPT学习教案

1、会计学1机械设计轴教材机械设计轴教材第1页/共65页10.1 概述概述轴的功用轴的功用（1 1）支承轴上回转零件）支承轴上回转零件（2 2）传递运动和动力）传递运动和动力第2页/共65页10.1 概述概述轴的分类轴的分类传动轴传动轴 用来传递转矩而不承受弯矩的轴称为传动轴用来传递转矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。转轴转轴工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。心轴心轴用来支撑转动零件且只承受弯矩用来支撑转动零件且只承受弯矩而不传递转矩的轴称为心轴。而不传递转矩的轴称为心轴。转动心轴转动心轴固定心轴固定心轴1 1、按受载荷分、按受载荷分第3页/共65页第4页/

2、共65页2、按结构形式分、按结构形式分（1 1）曲轴）曲轴（3 3）空心轴）空心轴（2 2）软轴）软轴第5页/共65页轴的受力、应力及失效形式轴的受力、应力及失效形式 以减速器的输出轴为例来讨论转轴的受力、应以减速器的输出轴为例来讨论转轴的受力、应力及失效形式力及失效形式而在而在CD之间的任意截面上，只作用之间的任意截面上，只作用有转矩有转矩T，因此只有扭转剪应力，因此只有扭转剪应力1 1、受力及应力分析、受力及应力分析转轴转轴在在AB之间的任意截面上，只有弯矩之间的任意截面上，只有弯矩M，因此只有弯曲应力，因此只有弯曲应力b在在BC之间的任意截面上，既作用有之间的任意截面上，既作用有弯矩弯矩

3、M，又作用有转矩，又作用有转矩T T，因此，即，因此，即有弯曲应力有弯曲应力 ，又有扭转剪应力，又有扭转剪应力b第6页/共65页当转矩当转矩T按脉动循环变化时，扭转剪应力按脉动循环变化时，扭转剪应力 也也为脉动循环，其循环特征为脉动循环，其循环特征r=0（见图（见图c）。）。图c当转矩当转矩T为对称循环时，扭转剪应力为对称循环时，扭转剪应力 也为也为对称循环，其循环特征对称循环，其循环特征r=-1（见图（见图d）。）。图d弯曲应力弯曲应力 为对称循环变应力，其循环特为对称循环变应力，其循环特征征r=-1(见图见图a) 。b图ab图b扭转剪应力的循环特征扭转剪应力的循环特征r随转矩的性质而变化随

4、转矩的性质而变化。当转矩。当转矩T的大小及方向恒定不变时，扭转的大小及方向恒定不变时，扭转剪应力剪应力 为静应力，其循环特征为静应力，其循环特征r=+1（见图（见图b）。）。2、应力循环特征、应力循环特征第7页/共65页3 3、轴的一般失效形式、轴的一般失效形式( (变应力下变应力下) )疲劳断裂：疲劳裂纹发展到一定程度后突然断裂。疲劳断裂：疲劳裂纹发展到一定程度后突然断裂。第8页/共65页轴的设计轴的设计转轴设计分三步进转轴设计分三步进行行:（1）初定轴径）初定轴径;（2）结构设计）结构设计: 画草图画草图, 确定轴的各段尺寸确定轴的各段尺寸, 得到轴得到轴的跨距和力的作用点的跨距和力的作用

5、点;（3）计算弯矩、扭矩、弯曲应力及扭剪应力，进行校核）计算弯矩、扭矩、弯曲应力及扭剪应力，进行校核计算。计算。已知已知条件条件选择选择轴的轴的材料材料初算初算轴径轴径结构结构设计设计计算计算弯扭弯扭校核校核计算计算完善完善设计设计修改直径修改直径转轴转轴设计程序框图设计程序框图设计计算设计计算结构设计结构设计轴的设计主要解决两个方面的问题轴的设计主要解决两个方面的问题心轴和传动轴？第9页/共65页轴的常用材料：轴的常用材料：碳钢，合金钢，球墨铸铁，高强度铸铁等。碳钢，合金钢，球墨铸铁，高强度铸铁等。热处理，化学处理，表面强化处理等热处理，化学处理，表面强化处理等 。轴的材料轴的材料具有足够高

6、的强度和韧性具有足够高的强度和韧性应力集中敏感性小应力集中敏感性小良好的工艺性良好的工艺性10.2 轴的材料轴的材料第10页/共65页2.2.中、低碳合金钢：中、低碳合金钢： 强度高强度高、寿命长，对、寿命长，对应力集中敏感应力集中敏感，用于重载，用于重载、小尺寸的轴。、小尺寸的轴。1.1.碳素钢：碳素钢：3030、3535、4545、5050，4545应用最广。应用最广。 价廉，对价廉，对应力集中不敏感应力集中不敏感，良好的加工性。，良好的加工性。3 3、合金铸铁、合金铸铁、QTQT：铸造成形，：铸造成形，吸振吸振，可靠性低，可靠性低，品质难控制，常用于凸轮轴、曲轴。品质难控制，常用于凸轮轴

7、、曲轴。第11页/共65页第12页/共65页第13页/共65页经验公式计算法经验公式计算法高速输入轴的直径高速输入轴的直径d可按与其相联的电动机轴的直可按与其相联的电动机轴的直径径D估算估算d=(0.81.2)D各级低速轴的直径各级低速轴的直径d可按同级齿轮传动中心可按同级齿轮传动中心a估算估算d=(0.30.4)a通常估算轴的最小直径，作为结构设计的依据通常估算轴的最小直径，作为结构设计的依据10.3.1 类比法类比法参考同类已有机器的轴的结构和尺寸进行分析对参考同类已有机器的轴的结构和尺寸进行分析对比比第14页/共65页按扭转强度计算法按扭转强度计算法mmnPCnPd336 2 . 010

8、55. 9或或当最小直径剖面上有一个键槽时增大当最小直径剖面上有一个键槽时增大5%，当，当有两个键槽时增大有两个键槽时增大10%，然后圆整为标准直径，然后圆整为标准直径2 . 01055. 936dnPWTT计算公式计算公式第15页/共65页轴的结构设计的主要要求是：轴的结构设计的主要要求是：（1）轴应便于加工，轴上零件应便于装拆。）轴应便于加工，轴上零件应便于装拆。（制造安装要求）（制造安装要求）（2）轴和轴上零件应有正确而可靠的工作位置。）轴和轴上零件应有正确而可靠的工作位置。（ 定位固定要求）定位固定要求）（3）轴的受力合理，尽量减少应力集中等。）轴的受力合理，尽量减少应力集中等。以下，

9、以减速器的低速轴为例加以说明以下，以减速器的低速轴为例加以说明第16页/共65页减速器中有阶梯轴减速器中有阶梯轴第17页/共65页减速器低速轴结构图减速器低速轴结构图制造安装要求制造安装要求便于拆卸、便便于拆卸、便于安装、便于于安装、便于制造制造做成阶梯轴做成阶梯轴应有倒角应有倒角有越程槽有越程槽键应靠近端部键应靠近端部第18页/共65页第19页/共65页固定要求固定要求1.轴上零件的轴向固定轴上零件的轴向固定第20页/共65页第21页/共65页第22页/共65页1.1.与齿轮或联轴器等零件相配的轴段长度一般应比与齿轮或联轴器等零件相配的轴段长度一般应比轴毂长度短轴毂长度短2 23mm3mm。

10、第23页/共65页rhDdc cc r r 。rhDdc cc r , ,定位可靠定位可靠第24页/共65页c ch 0.07d，结合轴承轴肩的要求，取，结合轴承轴肩的要求，取h=6mm，则轴环直径，则轴环直径d-=67mm。 55k6 45H7/k6 67 58H7/r6 55H7/k623988221100218423第58页/共65页轴承距箱体内壁为轴承距箱体内壁为5mm,则轴环宽度则轴环宽度b=20mm。齿轮右端采用轴套定位，其宽度为。齿轮右端采用轴套定位，其宽度为20mm。取齿轮端面距箱体内壁为取齿轮端面距箱体内壁为15mm 55k6 45H7/k6 67 58H7/r6 55H7/

11、k62320988280.580.5215510013015211523第59页/共65页 55k6 45H7/k6 67 58H7/r6 55H7/k6 5223209845608280.580.521552010013015211540402342取取平键平键16mm10mm90mm第60页/共65页按弯扭合成强度条件的计算按弯扭合成强度条件的计算 1）绘出轴的计算简图，并按作用力所在空间位置标）绘出轴的计算简图，并按作用力所在空间位置标出作用力的大小、方向和作用点。出作用力的大小、方向和作用点。略去轴和轴上零件的自重；略去轴上产生的拉压应力略去轴和轴上零件的自重；略去轴上产生的拉压应力。 第61页/共65页2）取定坐标系，将轴上作用力分解为水平分力和垂）取定坐标系，将轴上作用力分解为水平分力和垂直分力，求出水平面直分力，求出水平面H H及垂直面及垂直面V V的支反力；的支反力；3）