华中科技大学文华学院10制造机械设计复习稿

1、掌握载荷及应力的分类掌握载荷及应力的分类掌握常见的稳定循环变应力的特性参数：掌握常见的稳定循环变应力的特性参数：对称循环对称循环脉动循环脉动循环静载荷、变载荷；静应力、变应力静载荷、变载荷；静应力、变应力第二章第二章 机械设计中的约束分析机械设计中的约束分析mamax最大应力最大应力min最小应力最小应力2minmaxa应力幅应力幅2minmaxm平均应力平均应力maxminr循环特征循环特征11r变应力的循环特性变应力的循环特性:r-脉动循环变应力脉动循环变应力-对称循环变应力对称循环变应力 -1= 0 +1-静应力静应力静应力是变应力的特例对称循环变应力对称循环变应力脉动循环变应力脉动循环

2、变应力静应力静应力失效形式和设计准则失效形式和设计准则失效形式类型、产生的原因；设计准则主要针对齿失效形式类型、产生的原因；设计准则主要针对齿面疲劳点蚀和轮齿疲劳折断面疲劳点蚀和轮齿疲劳折断齿轮材料、热处理方法齿轮材料、热处理方法直齿及斜齿圆柱齿轮的受力分析直齿及斜齿圆柱齿轮的受力分析轮齿螺旋线方向的判断，各分力的对应关系及方向轮齿螺旋线方向的判断，各分力的对应关系及方向的判断，特别是斜齿轮的轴向力的判断，特别是斜齿轮的轴向力圆柱齿轮传动的强度条件圆柱齿轮传动的强度条件齿面接触疲劳强度条件针对齿面点蚀失效，齿面接触疲劳强度条件针对齿面点蚀失效，齿根弯曲疲劳强度条件针对轮齿疲劳折断齿根弯曲疲劳强

3、度条件针对轮齿疲劳折断选用材料的基本要求，材料的配对，大、小齿轮选用材料的基本要求，材料的配对，大、小齿轮齿面硬度的选择齿面硬度的选择第三章第三章 齿轮传动设计齿轮传动设计许用应力许用应力许用应力与材料、齿面硬度、应力循环次数有关许用应力与材料、齿面硬度、应力循环次数有关强度条件中的设计参数强度条件中的设计参数设计步骤和方法设计步骤和方法设计计算和校核计算，数据处理（圆整或取标准值），设计计算和校核计算，数据处理（圆整或取标准值），合理选择齿轮设计参数合理选择齿轮设计参数z 、d、m、b、d、等的选择及对齿轮传动的影响等的选择及对齿轮传动的影响闭式传动闭式传动开式传动开式传动封闭在箱体内，润滑

4、条件好，适于重封闭在箱体内，润滑条件好，适于重要应用。要应用。外露，灰尘，润滑较差，易磨损，外露，灰尘，润滑较差，易磨损，适于低速传动。适于低速传动。按装置型式分按装置型式分硬齿面硬齿面软齿面软齿面齿面硬度大于齿面硬度大于HBS350齿面硬度小于齿面硬度小于HBS350齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动的失效形式及设计准则 (一一) 失效形式失效形式 1、轮齿折断轮齿折断 2、齿面、齿面疲劳点蚀疲劳点蚀(1) 疲劳折断疲劳折断(2) 过载折断过载折断 点蚀点蚀是润滑良好的是润滑良好的闭式软齿面传动闭式软齿面传动中中最常见的失效形式最常见的失效形式。开式齿轮传动开式齿轮传动中，齿面的点蚀还来不

5、及出现或扩展就被磨去，因此一中，齿面的点蚀还来不及出现或扩展就被磨去，因此一般般不会出现点蚀不会出现点蚀。 硬齿面齿轮硬齿面齿轮(硬度硬度350HBS)，其齿面接触疲劳强度高，其齿面接触疲劳强度高，一般不易出现点一般不易出现点蚀蚀，但由于齿面硬、脆，但由于齿面硬、脆，一旦出现点蚀一旦出现点蚀，它会不断扩大，它会不断扩大，形成破坏性点蚀形成破坏性点蚀。 3、齿面胶合、齿面胶合4、齿面磨损齿面磨损5、齿面塑性变形、齿面塑性变形limFFlimHH(二二) 设计准则设计准则 课本课本P36齿面间的接触疲劳点蚀齿面间的接触疲劳点蚀轮齿的弯曲疲劳折断轮齿的弯曲疲劳折断齿面接触疲劳强度条件齿面接触疲劳强度

6、条件HPH轮齿弯曲疲劳强度条件轮齿弯曲疲劳强度条件FPF失效形式失效形式设计准则设计准则具体工作条件下，如何运用上述准则具体工作条件下，如何运用上述准则闭式传动闭式传动软齿面软齿面 (硬度硬度 350HBS)按齿面按齿面接触接触疲劳强度条件疲劳强度条件设计设计按轮齿按轮齿弯曲弯曲疲劳强度条件疲劳强度条件校核校核硬齿面硬齿面(硬度硬度 350HBS)按轮齿按轮齿弯曲弯曲疲劳强度条件疲劳强度条件设计设计按齿面按齿面接触接触疲劳强度条件疲劳强度条件校核校核开式传动开式传动磨损轮齿折断磨损轮齿折断按轮齿按轮齿弯曲弯曲疲劳强度条件疲劳强度条件设计，适当增大模数，取标准值设计，适当增大模数，取标准值工作条

7、件工作条件设计准则设计准则齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳强度齿轮抵抗轮齿疲劳折断的能力齿轮抵抗轮齿疲劳折断的能力齿面接触疲劳强度齿面接触疲劳强度齿轮抵抗齿面疲劳点蚀的能力齿轮抵抗齿面疲劳点蚀的能力齿轮传动设计时，按主要失效形式进行强度计算，确定主要齿轮传动设计时，按主要失效形式进行强度计算，确定主要尺寸，然后按其它失效形式进行必要的校核。尺寸，然后按其它失效形式进行必要的校核。闭式软齿面齿轮传动闭式软齿面齿轮传动按接触强度进行设计，按弯曲强度校核按接触强度进行设计，按弯曲强度校核闭式硬齿面齿轮传动闭式硬齿面齿轮传动按弯曲强度进行设计，按接触强度校核按弯曲强度进行设计，按接触强度校核开式齿轮传动开

8、式齿轮传动 按弯曲强度设计。按弯曲强度设计。其失效形式为磨损，点蚀形成之前齿面已磨掉。HP211H12ZHuubdKTZZEmmZZuuKTdHEd32PH11Z12FPSaFa11FYYYbmd2KTmmFP3SaFad211YYZKT2mmmFP3SaFad211YYYZKT2m模数可适当增大模数可适当增大圆周力圆周力径向力径向力主动轮上主动轮上与转向相反与转向相反从动轮上从动轮上与转向相同与转向相同1 tF2tF和和指向各自的轮心指向各自的轮心1rF2rF主、从动轮上各对应力主、从动轮上各对应力大小相等、方向相反大小相等、方向相反由由HPHEHubduKTZZZ211) 1(2注意：注意

9、： d 越大，越大，接触强度接触强度 越大越大越小越小,注意：注意：m弯曲强度弯曲强度齿厚齿厚 s截面积截面积 F标准齿轮标准齿轮 YFa1 Ysa1YFa2 Ysa2故故F1 F2YFa1 Ysa1YFa2 Ysa2由由FPsaFaFYYYmbdKT112斜齿圆柱齿轮受斜齿圆柱齿轮受 力的方向力的方向 课本课本P74 习题习题3-2圆周力：圆周力：径向力：径向力：和和 指向各自的轮心指向各自的轮心1rF2rF同直齿轮同直齿轮轴向力：轴向力： 主动轮上主动轮上与转向相反与转向相反与转向相同与转向相同1 tF2tF从动轮上从动轮上左旋齿轮用左手法则左旋齿轮用左手法则右旋齿轮用右手法则右旋齿轮用右

10、手法则主动轮主动轮上上用左右手法则判定用左右手法则判定1aF弯曲四指为转动方向、大指为弯曲四指为转动方向、大指为方向方向1aF主、从动轮上各对应力大小相等、方向相反主、从动轮上各对应力大小相等、方向相反Fa 决定于齿轮的转向和轮齿的旋向决定于齿轮的转向和轮齿的旋向 斜齿轮正确啮合条件：斜齿轮正确啮合条件：且旋向相反且旋向相反212121 mm配对齿轮旋向相反配对齿轮旋向相反 Ft1Ft2Fr1Fr2Fa1Fa2Ft3Fr3Fa3Ft4Fr4Fa4同轴齿轮旋向同轴齿轮旋向相同相同 (非同级齿轮非同级齿轮) n1n2n3n4)(12211MPauubdKTZZZZHPHEH校核式：校核式：设计式：

11、设计式：尺寸相同时：尺寸相同时：斜齿轮承载能力大于直齿轮斜齿轮承载能力大于直齿轮斜齿轮尺寸小于直齿轮斜齿轮尺寸小于直齿轮外载和材料相同时：外载和材料相同时：)(12)(3121mmuuKTZZZZddHPEH由于由于比直齿轮小，且比直齿轮小，且vHKZ 、1Z斜齿轮的斜齿轮的 ZE ZH ZZ 直齿轮的直齿轮的 ZE ZHZ相同条件下，相同条件下，斜齿轮接触应力比直齿轮小斜齿轮接触应力比直齿轮小故：故：斜齿轮接触强度比直齿轮大斜齿轮接触强度比直齿轮大原因：原因： 重合度大，同时啮合的齿数多重合度大，同时啮合的齿数多 接触线是倾斜的接触线是倾斜的 当量齿轮直径大，齿廓平直当量齿轮直径大，齿廓平直

12、一对斜齿轮啮合一对斜齿轮啮合相当于它们的相当于它们的当量直齿轮啮合当量直齿轮啮合斜齿轮强度计算可转化为当量直齿轮的强度计算斜齿轮强度计算可转化为当量直齿轮的强度计算将斜齿轮的当量齿轮相应参数代入将斜齿轮的当量齿轮相应参数代入 轮齿弯曲疲劳强度条件轮齿弯曲疲劳强度条件直齿轮：直齿轮：YYYmbdKTsaFaF112引入螺旋角系数引入螺旋角系数Y设计式：设计式：)(cos232121mmYYZYYKTmFPsaFad校核式：校核式：)(211MPaYYYYmbdKTFPsaFaF斜齿轮的弯曲强度也按斜齿轮的弯曲强度也按进行进行在相同条件下，在相同条件下，斜齿轮弯曲应力斜齿轮弯曲应力比直齿轮小比直齿

13、轮小故：故：斜齿轮弯曲强度斜齿轮弯曲强度比直齿轮大比直齿轮大尺寸相同时：尺寸相同时：斜齿轮承载能力大于直齿轮斜齿轮承载能力大于直齿轮斜齿轮尺寸小于直齿轮斜齿轮尺寸小于直齿轮外载和材料相同时：外载和材料相同时：由于由于比直齿轮小，且比直齿轮小，且vsaFaKYY、1Y齿数齿数 Z闭式软齿面齿轮传动闭式软齿面齿轮传动提高平稳性提高平稳性模数小模数小降低齿高减小滑动系数降低齿高减小滑动系数闭式硬齿面、开式、铸铁齿轮传动闭式硬齿面、开式、铸铁齿轮传动在保持在保持不变和满足弯曲强度情况下不变和满足弯曲强度情况下1d适当选多些适当选多些1z切削量小切削量小一般一般40201z增大模数提高弯曲强度增大模数提

14、高弯曲强度大、小齿轮的齿数互质大、小齿轮的齿数互质适当选少些适当选少些1z一般一般25171z单级闭式传动，齿数比单级闭式传动，齿数比u 5保证弯曲强度的基础上尽量增加齿数保证弯曲强度的基础上尽量增加齿数(闭式软齿面闭式软齿面)取较小齿数取较小齿数(闭式硬齿面闭式硬齿面或开式齿轮或开式齿轮)(5) 模数模数取标准值取标准值(6) 分度圆螺旋角分度圆螺旋角一般取一般取002510平稳性平稳性承载能力承载能力轴向力轴向力传动效率传动效率tgFFta11螺旋角越大则重合度变大螺旋角越大则重合度变大 蜗杆传动的主要参数及其选择蜗杆传动的主要参数及其选择主要讨论普通圆柱蜗杆传动；主要讨论普通圆柱蜗杆传动

15、；材料、失效形式及设计准则材料、失效形式及设计准则为减小摩擦磨损，钢蜗杆与青铜蜗轮配对；为减小摩擦磨损，钢蜗杆与青铜蜗轮配对；失效主要发生在蜗轮上失效主要发生在蜗轮上蜗杆分度圆直径为标准值，蜗杆、蜗轮螺旋角旋向蜗杆分度圆直径为标准值，蜗杆、蜗轮螺旋角旋向相同，蜗杆导程角相同，蜗杆导程角蜗轮螺旋角蜗轮螺旋角；蜗杆头数与传动效率的关系；蜗杆头数与传动效率的关系；变位的目的：凑中心距、凑传动比；仅对蜗轮变位。变位的目的：凑中心距、凑传动比；仅对蜗轮变位。第四章第四章 蜗杆传动设计蜗杆传动设计 强度条件强度条件热平衡计算热平衡计算蜗杆传动效率低，发热量大，容易产生胶合，故要蜗杆传动效率低，发热量大，容

16、易产生胶合，故要控制热平衡时的油温；控制热平衡时的油温；在中间平面上蜗杆传动类似于齿条齿轮传动，故强在中间平面上蜗杆传动类似于齿条齿轮传动，故强度计算公式按斜齿轮推导；度计算公式按斜齿轮推导；一般不用校核齿根弯曲强度。一般不用校核齿根弯曲强度。油温过高应采取相应措施。油温过高应采取相应措施。受力分析受力分析各分力的对应关系及方向的判断，与斜齿圆柱齿轮各分力的对应关系及方向的判断，与斜齿圆柱齿轮的区别；蜗轮或蜗杆转动方向的判断。的区别；蜗轮或蜗杆转动方向的判断。1.模数模数m和压力角和压力角a2.蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数和蜗杆直径系数q 课本课本P79表表4-1模数：模数：

17、(标准值标准值)mmmtx21压力角压力角 ：(标准值标准值)02120tx加工蜗轮要用与蜗杆同样参数和直径的蜗轮滚刀加工蜗轮要用与蜗杆同样参数和直径的蜗轮滚刀要减少滚刀数目、便于刀具标准化要减少滚刀数目、便于刀具标准化直径系数直径系数mdq1则将则将1d定为标准值定为标准值m有一定的搭有一定的搭并与并与配关系配关系正确啮合条件：正确啮合条件：蜗杆与蜗轮啮合时，在中间平面上，蜗杆的轴向蜗杆与蜗轮啮合时，在中间平面上，蜗杆的轴向模数、轴向压力角分别与蜗轮的端面模数、端面压力角相等。通常两轴模数、轴向压力角分别与蜗轮的端面模数、端面压力角相等。通常两轴线的交错角为线的交错角为90，导程角与蜗轮分度

18、圆螺旋角相等，且方向相同。，导程角与蜗轮分度圆螺旋角相等，且方向相同。 3. 蜗杆的头数蜗杆的头数z1、蜗轮齿数蜗轮齿数z2和传动比和传动比 i（课本课本P92）1221nzinz12dd传动比传动比 i加工困难加工困难1 实现大传动比或要求自锁实现大传动比或要求自锁蜗杆头数蜗杆头数1z1zz1 =2、3、4 要求效率要求效率避免根切避免根切避免蜗杆过长避免蜗杆过长引起刚度不足引起刚度不足蜗轮齿数蜗轮齿数2z100272 z 一般取一般取70292z11dmztg闭闭式式传传动动开式开式传动传动 失效形式失效形式(发生在发生在蜗轮蜗轮上上) 设计准则设计准则蜗杆传动的失效形式和设计准则蜗杆传动

19、的失效形式和设计准则 轮和轮和齿胶齿胶齿合齿合面面点点蚀蚀控制点蚀和胶合：控制点蚀和胶合：控制折断控制折断(Z2 80)：齿面接触强度条件齿面接触强度条件HPH轮齿弯曲强度条件轮齿弯曲强度条件FPF控制温升（连续工作）：控制温升（连续工作）：热平衡计算热平衡计算轮齿轮齿折断折断控制折断：控制折断：轮齿弯曲强度条件轮齿弯曲强度条件FPF注注 蜗杆主要是控制轴的变形：蜗杆轴的变形不超过许用值蜗杆主要是控制轴的变形：蜗杆轴的变形不超过许用值保证齿根疲劳强度保证齿根疲劳强度按齿面接触疲劳强度设计按齿面接触疲劳强度设计圆周力圆周力径向力径向力蜗杆上蜗杆上与转向相反与转向相反蜗轮上蜗轮上与转向相同与转向相

20、同1 tF2tF和和指向各自的轮心指向各自的轮心1rF2rF同同直直齿齿轮轮轴向力：轴向力： 左旋蜗杆用左手法则左旋蜗杆用左手法则右旋蜗杆用右手法则右旋蜗杆用右手法则蜗杆蜗杆上上用左右手法则判定用左右手法则判定1aF蜗杆传动受力的方向蜗杆传动受力的方向 课本课本P97 习题习题4-1 主动轮为主动轮为右旋右旋，握紧，握紧右手右手，四指弯曲方向表示主动轮的回转，四指弯曲方向表示主动轮的回转方向，拇指的指向即为作用在主动轮上轴向力的方向；（方向，拇指的指向即为作用在主动轮上轴向力的方向；（蜗轮蜗轮的转向与拇指的指向相反的转向与拇指的指向相反）若主动轮为左旋，用左手。）若主动轮为左旋，用左手。Fa1

21、Fa1若使中间轴受力最小，则轴向力方向相反若使中间轴受力最小，则轴向力方向相反例题例题2 一对斜齿轮和蜗轮、蜗杆传动。一对斜齿轮和蜗轮、蜗杆传动。Z1的转向如图示，转向的转向如图示，转向为左旋。为左旋。1）若使中间轴受力最小，画出）若使中间轴受力最小，画出蜗轮的转向蜗轮的转向和和蜗杆、蜗蜗杆、蜗轮旋向轮旋向。2）画出）画出Z2和和蜗杆传动的受力图蜗杆传动的受力图。Z1Z2Ft2Fr2Fa2Ft4Fa4Fr4Ft3Fa3Fa1 带传动的工作原理及特点带传动的工作原理及特点一般情况属于摩擦传动，结构简单，中心距大，平稳，吸一般情况属于摩擦传动，结构简单，中心距大，平稳，吸振，适合于振，适合于高速级

22、高速级（转速高则转矩小，有利于带传动）（转速高则转矩小，有利于带传动）带传动受力分析、应力分析带传动受力分析、应力分析F、Ff、F1、F2、F0之间的关系；之间的关系；三种应力，变化规律与带传动参数之关系三种应力，变化规律与带传动参数之关系弹性滑动弹性滑动产生的原因，不可避免，使传动比不恒定，与打滑产生的原因，不可避免，使传动比不恒定，与打滑有本质区别有本质区别失效形式及设计准则失效形式及设计准则打滑、疲劳破坏；在保证不打滑的前提下使带具有打滑、疲劳破坏；在保证不打滑的前提下使带具有足够的疲劳寿命足够的疲劳寿命第五章第五章 挠性传动设计挠性传动设计V带传动的设计步骤和方法带传动的设计步骤和方法

23、链传动的工作原理及特点链传动的工作原理及特点啮合传动，中心距大，瞬时速比周期性变化，振动，啮合传动，中心距大，瞬时速比周期性变化，振动，适合于适合于低速级低速级链传动运动的不均匀性链传动运动的不均匀性滚子链传动参数选择滚子链传动参数选择z 、p、Lp、a、排数等、排数等多边形效应，设计参数（如多边形效应，设计参数（如 p、z等）对运动的影响等）对运动的影响工作原理：工作原理： 安装时带被张紧在带轮上，产生的安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力初拉力F0使得带与带轮之使得带与带轮之间产生间产生压力压力。主动轮转动时，依靠。主动轮转动时，依靠摩擦力摩擦力托动从动轮一起托动从动轮一起同向同向回转回转

24、。第五章第五章 挠性传动设计挠性传动设计( (一一) )、受力分析、受力分析安装时，带必须以一定的初拉力安装时，带必须以一定的初拉力F0张紧在带轮上张紧在带轮上Ffn2FfF1带工作前：带工作前：带工作时：带工作时：F0F0此时，带只受此时，带只受初拉力初拉力F0作用作用n1F2F2松边松边 退出主退出主动轮的一边动轮的一边紧边紧边 进入进入主动轮的一边主动轮的一边紧边紧边- 由由 F0 增加到增加到 F1；松边松边- 由由 F0 减小到减小到 F2 。Ff 带轮作用于带轮作用于带的摩擦力带的摩擦力F = Ff = F1 F2 F 有效拉力，即圆周力有效拉力，即圆周力 带是弹性体，工作后可认为

25、其总长度不变，则：带是弹性体，工作后可认为其总长度不变，则：紧边拉伸增量紧边拉伸增量 松边拉伸减量松边拉伸减量紧边拉力增量紧边拉力增量 松边拉力减量松边拉力减量 F 因此：因此：F1 F0 FF2 F0 FF0 (F1 F 2) / 2F1 F0 F/2F2 F0 F/2由由F = F1 F2，得：，得：带所传递的功率为：带所传递的功率为：P F v /1000 kWv 为带速为带速P 增大时，增大时， 所需的所需的F (即即Ff )加大。加大。带横截面的应力为三部分应力之和。带横截面的应力为三部分应力之和。最大应力发生在最大应力发生在 紧边开始进入小带轮处紧边开始进入小带轮处:11maxbc

26、由此可知，带受变应力作用，这将使带产生疲劳破坏。由此可知，带受变应力作用，这将使带产生疲劳破坏。由紧边和松边拉力产生的拉应力；由紧边和松边拉力产生的拉应力；由离心力产生的拉应力；由离心力产生的拉应力；由弯曲产生的弯曲应力。由弯曲产生的弯曲应力。带带传传动动通通常常置置于于高高速速级级两种滑动现象：两种滑动现象：打打 滑滑 是带传动的一种失效形式，是带传动的一种失效形式，FFflim ，过载过载，应避免应避免弹性滑动弹性滑动 正常工作时的微量滑动现象，不可避免正常工作时的微量滑动现象，不可避免弹性滑动是如何产生的？弹性滑动是如何产生的？因因 F1 F2故松紧边单位长度上故松紧边单位长度上的变形量

27、不等。的变形量不等。带绕过主动轮时，由带绕过主动轮时，由于拉力逐渐减小，所于拉力逐渐减小，所以带逐渐收缩，使带以带逐渐收缩，使带相对于主动轮的转向相对于主动轮的转向向后滑动。向后滑动。带绕过从动轮时，由带绕过从动轮时，由于拉力逐渐增大，所于拉力逐渐增大，所以带逐渐伸长，使带以带逐渐伸长，使带相对于从动轮的转向相对于从动轮的转向向前滑动。向前滑动。由此可见：由此可见：弹性滑动弹性滑动是由弹性变形和拉力是由弹性变形和拉力差引起的差引起的。滚子链应用较多，且为标准件。滚子链应用较多，且为标准件。 若链节数为奇数时，则需采用若链节数为奇数时，则需采用过渡链节过渡链节。在链条受拉时，。在链条受拉时，过渡

28、链节还要承受附加的弯曲载荷，通常应过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，通常应避免采用避免采用。 链节数选偶数，则轮齿数选奇数，可使得磨损均匀。链节数选偶数，则轮齿数选奇数，可使得磨损均匀。( (二二) )、链传动的运动特性、链传动的运动特性假定：主动边总处于水平位置，假定：主动边总处于水平位置，链轮抽象成正多边形，边长为链轮抽象成正多边形，边长为 p 。z1，1，v 的变化的变化瞬时传动比总在变化：瞬时传动比总在变化：瞬时速比周期性变化，瞬时速比周期性变化，称为称为多边形效应多边形效应。平均传动比恒定：平均传动比恒定： 由于运动的不由于运动的不均匀性，链传动均匀性，链传动常用于速度较低常用于速度较

29、低的场合。的场合。链传动水平布置时最好紧边在上链传动水平布置时最好紧边在上松边在下，以防止脱链松边在下，以防止脱链。 轴的分类轴的分类按轴心线：按轴心线：直轴直轴、曲轴、曲轴按按 受受 载：载：心轴心轴( (弯距弯距) )、传动轴、传动轴( (转矩转矩) )、转轴、转轴( (弯、转弯、转) )轴的结构设计（阶梯轴）轴的结构设计（阶梯轴）目的：目的：合理确定各轴段的直径和长度合理确定各轴段的直径和长度影响结构的要素：影响结构的要素：轴上零件的定位和固定方法轴上零件的定位和固定方法定位和固定方法：定位和固定方法：轴肩、套筒、圆螺母、弹性挡圈、轴轴肩、套筒、圆螺母、弹性挡圈、轴端挡圈、锥面等；注意各

30、种固定件的特点和应用场合端挡圈、锥面等；注意各种固定件的特点和应用场合几个具体问题：几个具体问题：有配合处的轴径取标准值；非定位轴肩有配合处的轴径取标准值；非定位轴肩高度可取小些；轴承的定位轴肩高度应小于内圈厚度；高度可取小些；轴承的定位轴肩高度应小于内圈厚度；轴头长度应小于轮毂宽度；键槽应处于同一加工方向轴头长度应小于轮毂宽度；键槽应处于同一加工方向第六章第六章 轴和轴毂连接设计轴和轴毂连接设计轴的强度计算轴的强度计算应力的性质：应力的性质：弯曲应力是对称循环变应力；剪应力不定弯曲应力是对称循环变应力；剪应力不定计算方法：计算方法：防止疲劳断裂防止疲劳断裂转轴的设计方法转轴的设计方法按扭转强

31、度初算轴端直径按扭转强度初算轴端直径轴的结构设计轴的结构设计受力分析、受力分析、画弯矩图和转矩图画弯矩图和转矩图校核危险截面校核危险截面扭转强度计算扭转强度计算 针对传动轴或初算转轴的最小直径针对传动轴或初算转轴的最小直径弯扭合成强度计算弯扭合成强度计算 针对转轴和心轴针对转轴和心轴轴系的受力分析：轴系的受力分析：注意轴上零件各力的方向、不要忽略注意轴上零件各力的方向、不要忽略轴向力产生的弯矩、弯矩突变处当量弯矩的计算轴向力产生的弯矩、弯矩突变处当量弯矩的计算折合系数折合系数的意义：的意义：将剪应力折合成对称循环变应力将剪应力折合成对称循环变应力键连接的选择与校核键连接的选择与校核类型选择，尺

32、寸选择（平键的截面尺寸类型选择，尺寸选择（平键的截面尺寸bh按轴径按轴径d查标准）；查标准）；普通平键校核挤压强度（静连接），普通平键校核挤压强度（静连接），导键或滑键应防止磨损（动连接）；导键或滑键应防止磨损（动连接）；键的工作长度不一定等于键长，键的工作长度不一定等于键长，普通平键的键长应小于轮毂宽度普通平键的键长应小于轮毂宽度。 心轴心轴 只承受弯矩、不承受转矩只承受弯矩、不承受转矩 传动轴传动轴 只承受转矩、不承受或承受很小弯矩只承受转矩、不承受或承受很小弯矩 转轴转轴 既受弯矩、又受转矩既受弯矩、又受转矩按受载按受载轴上零件轴向定位和固定方法轴上零件轴向定位和固定方法 课本课本p13

33、8表表6-2轴结构设计示例轴结构设计示例确定各零件位置确定各零件位置初估最小轴径初估最小轴径 dmin=28确定各段直径确定各段直径零件的轴向定位与固定零件的轴向定位与固定零件的周向固定零件的周向固定1.箱体两端面与轴承盖缺少调整垫片，无法调整轴箱体两端面与轴承盖缺少调整垫片，无法调整轴承间隙。承间隙。2.轴环高度轴环高度滚动轴承内圈高度，便于轴承拆卸。滚动轴承内圈高度，便于轴承拆卸。3.键太长，套筒无法装入，键长短于该轴段长度键太长，套筒无法装入，键长短于该轴段长度510mm。4.套筒对齿轮轴向定位不可靠，齿轮相配轴段长度套筒对齿轮轴向定位不可靠，齿轮相配轴段长度小于齿宽小于齿宽23mm。5

34、.套筒过高，套筒高度套筒过高，套筒高度 S2S1S2FAS2圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：12轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，但外圈被固定，但外圈被固定，使得使得221SSFSA使轴向力平衡，使轴向力平衡，右轴承被右轴承被压紧压紧，会产生反力，会产生反力S2，而左轴承被而左轴承被放松放松， F Fa1= =S S1（放松端）（放松端）Fr1Fr2合力合力 若若 S1 + FA S2S1S2FAS112轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，211SSFSA S1 和和

35、S1 都是左轴承所受的力，故：都是左轴承所受的力，故：111SSFa使轴向力平衡：使轴向力平衡：故：故：左轴承被压紧，会产生反力左轴承被压紧，会产生反力S1，而右轴承被放松，而右轴承被放松，22SFa即：即：AaFSF2122SFa（压紧端）（压紧端）（放松端）（放松端）合力合力AFS 2根据根据排列方式排列方式判明派生轴向力判明派生轴向力 S 1、S2 的方向的方向；判明判明轴向合力指向轴向合力指向及轴可能移动的方向及轴可能移动的方向，“放松放松”端的轴向载荷等于端的轴向载荷等于自身的内部轴向力，自身的内部轴向力，“压紧压紧”端的轴向载荷等于端的轴向载荷等于除去除去自身派生轴向力后自身派生轴向力后其它其它轴向力的轴向力的代数和。代数和。分析哪端轴承被分析哪端轴承被“压紧压紧”，哪端轴承被哪