机械设计课件viewfile8

1、1、概述2、轴的结构设计3、轴的强度计算4、轴的刚度计算5、轴的临界转速6、提高轴的强度、刚度 和减轻重量的措施第八章 轴1 1、概述、概述一、主要功用一、主要功用二、分类二、分类1、按承载分：1、支承轴上回转零件（如齿轮）：轴转动：轴固定2、传递运动和动力问：火车轮轴属于什么类型？问：自行车轴属于什么类型？： 如：减速器中的轴。：如：汽车下的传动轴。问：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？0 轴：轴：轴：轴：轴：轴：传动轴转轴转动心轴转轴转轴转动心轴如何判断轴是否传递转矩：如何判断轴是否承受弯矩：发动机专用零件2、按轴线形状分又可分为实心、空心（加工困难）：轴线可任意弯曲，传动灵活。动力源被

2、驱动装置接头接头三、轴的材料三、轴的材料1、碳素钢：30、35、45、50(正火或调质)，45应用最广。 价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。2、中、低碳合金钢：强度高、寿命长，对应力集中敏感，用于重载、小尺寸的轴。钢丝软轴的绕制注意：钢材种类热处理对钢材弹性模量E影响很小，3、合金铸铁、QT：铸造成形，吸振，可靠性低，品质难控制，常用于凸轮轴、曲轴。四、轴设计的主要问题四、轴设计的主要问题失效形式：1、疲劳破坏 疲劳强度校核。2、变形过大 刚度验算（如机床主轴）。问：当轴的刚度不足时，如何提高轴的刚度？用热处理3、振动折断 高速轴，自振频率与轴转速接近；4、塑性变形 短期尖峰载荷 验算屈服

3、强度。设计的主要问题：a、有足够的强度 疲劳强度、静强度；1、合理的结构设计 保证轴上零件有可靠的工作位置，装配、拆卸方便，周向、轴向固定可靠，便于轴上零件的调整；b、有足够的刚度 防止产生大的变形；c、有足够的稳定性 防止共振 稳定性计算。2、工作能力计算二、要求二、要求1、轴与轴上零件要有准确的相对位置；2、受力合理轴结构有利于提高轴的强度和刚度；3、轴的加工、装配有良好的工艺性、减少应力集中；三、轴的毛坯三、轴的毛坯d小圆钢（棒料）：车制；d大锻造毛坯；空心轴：充分利用材料，质量，但加工困难。2 2、轴的结构设计、轴的结构设计一、目的一、目的确定轴的尺寸、形状：d、l；结构复杂铸造毛坯，

4、如曲轴；四、阶梯轴的结构设计四、阶梯轴的结构设计F等强度阶梯轴1、拟定轴上零件装配方案动画（平面flash、三维avi）组成：装轴承处 ：装轮毂处 直径与轮毂内径相当；：联接和部分；装配方案的比较：滚动轴承齿轮套筒轴承端盖半联轴器轴端挡圈rRhrChb2-3mm2、零件在轴上的固定（1）a）借助轴本身形状定位：轴肩、圆锥形轴头；b）借助挡圈、圆螺母、套筒等定位；注意注意： 或 （2）键、花键、成形联接、弹性环联接、过盈、销等 轴毂联接：h= (0.070.1)d d：轴颈尺寸；：h=(12)mm；五、轴段尺寸五、轴段尺寸1、d：由载荷dmin由结构设计要求确定各段的d。2、L：由轴上零件相对位

5、置及零件宽度决定，同时考虑：1）轴段长比轮毂宽小23mm可靠定位。2）传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离(查手册)。注意：各轴段直径d 和长度L的确定。六、轴的结构工艺性设计六、轴的结构工艺性设计1、需磨削的轴段：砂轮越程槽。3、轴端应有倒角：c45便于装配。4、装配段不宜过长。5、固定不同零件的2、需切制螺纹的轴段：螺纹退刀槽。3 3、轴的强度计算、轴的强度计算一、按许用切应力计算（按扭转强度计算）一、按许用切应力计算（按扭转强度计算）强度条件： aTTTTMPWnPWT61055. 9mmnPCnPdT3336 2 . 01055. 9式中：WT抗扭截面系数，mm3T许用切应力C与材料

6、有关的系数（表16.2）公式应用：a）传动轴精确计算；b）转轴的初估轴径dmin结构设计，逐步阶梯化di （ 支点、力作用点未知）；c）对于转轴：算出dmin结构设计弯矩图弯扭 合成强度计算；d）有键槽处：d，单键3%；双键7%。二、按许用弯曲应力计算（弯扭合成强度计算）二、按许用弯曲应力计算（弯扭合成强度计算）已知条件：作用力大小、位置、轴d、l、支点位置由dmin(扭转初估)结构设计支点、力大小、作用点画出M、T合成弯矩图危险截面计算。步骤：P3141、画出轴的空间受力简图：力分解到水平面、垂直面2、作水平面弯矩Mxy图和垂直面弯矩Mxz图22xzxyMMM3、作出合成弯矩图4、绘转矩T图

7、5、求当量弯矩22)( TMM，绘M 图 根据而引入的。 一般为对称循环变化（弯矩引起的弯曲应力）（M）1）单向旋转、载荷稳定：切应力接近不变r=+1，3 . 0/11bb2）单向旋转、载荷不稳定：切应力接近脉动循环r=0，6 . 0/01bb3）连续正反转、载荷不稳定：切应力接近对称循环，r= -1，1/11bbT 实际机器运转不可能完全均匀，且有扭转振动的存在，为安全计，常。循环特性：maxminr静应力r=+1 0amaxminm（），脉动循环r=0（2maxam，0min）对称循环r=-1（0m，minmaxa ）6、强度条件：abbMPdTMWM1 . 0)(1322mmMdb31

8、1 . 0W轴的抗弯截面系数，P332 附录表75、确定危险截面。若轴上开键槽：d适当单键：（35）%，双键：（710）%花键：计算出的d为内径。三、轴的安全系数校核计算（精确计算）三、轴的安全系数校核计算（精确计算）1、疲劳强度校核1）按M 计算：尺寸系数（、）表面状态应力集中（k、k） 重要轴：需进一步在轴结构化后进行精确计算。没有精确计入影响疲劳强度的其它重要因素。2）方法：对轴上若干“危险剖面”（实际应力较大的剖面，如受力较大、截面较小及应力集中较严重处）进行安全系数校核。3）基本公式：mabNkkS1maNkkS1单纯受弯：单纯受扭：k、k有效应力集中系数，P329、P330；表面状

9、态系数P331；、尺寸系数P331；复合安全系数：22SSSSSS2、静强度校核校核轴对塑性变形的抵抗能力（尖峰载荷）。maxsbSmaxTsSmax、Tmax尖峰载荷所产生的弯曲应力、切应力；sb、s材料的弯曲和剪切屈服极限；例16.24 4、轴的刚度计算（自学）、轴的刚度计算（自学）轴的变形：挠度、转角、扭角5 5、轴的临界转速（略）、轴的临界转速（略）T1T2T3T4T4T3T1T2输入轮输入轮432431216 6、提高轴的强度、刚度和减轻重量的措施、提高轴的强度、刚度和减轻重量的措施1、合理布置轴上零件，轴受扭矩。a)不合理的布置b)合理的布置MmaxMmax2、改进轴上零件结构，轴弯矩。a)不合理的布置b)合理的布置3、载荷分担，轴上载荷卸荷带轮：ABBAa)分装齿轮b)双联齿轮双联齿轮斜齿轮：4、采用力平衡或局部相互抵消的办法减少轴的载荷。行星齿轮减速器：a)悬臂支承方案b)简支支承方案5、改变支点位置，改善轴的强度和刚度。c)悬臂支承方案(正安装）锥齿轮减速器结构图6、改进轴的结构,减少应力集中1）避免相邻轴径相差太