土木专业建筑学轴随堂讲义

1、15-1 概述概述15-2 轴的结构设计轴的结构设计15-3 轴的强度校核轴的强度校核第十五章第十五章 轴轴15-4 轴的刚度计算简介轴的刚度计算简介15-1 概述概述 一一. .轴的作用与分类轴的作用与分类 作用作用：支承回转零件，传递运动和动力。：支承回转零件，传递运动和动力。 按承载分：按承载分：心轴心轴仅受弯矩仅受弯矩MM作用作用传动轴传动轴主要受扭矩主要受扭矩T T作用作用转轴转轴同时受同时受MM和和T T作用作用转动心轴转动心轴固定心轴固定心轴单向转动单向转动双向转动双向转动单向转动单向转动双向转动双向转动 b b，r=-1r=-1 b b，r=+1r=+1若若M有变化有变化,r=

2、0 T T，r=+1r=+1(0)(0) T T，r=-1r=-1 b b,r=-1,r=-1； T T,r=+1,r=+1(0)(0) b b,r=-1,r=-1； T T,r=-1,r=-115-1 概述概述例：判别下列各轴的类型例：判别下列各轴的类型传动轴传动轴转轴转轴转动心轴转动心轴转轴转轴心轴心轴15-1 概述概述二二.轴的失效形式、设计准则和设计步骤轴的失效形式、设计准则和设计步骤1.失效形式失效形式断裂断裂塑性变形塑性变形过量的弹性变形过量的弹性变形静强度不足引起断裂静强度不足引起断裂疲劳断裂疲劳断裂共振引起断裂共振引起断裂2.设计准则设计准则首先保证强度要求，必要时还应保证刚首

3、先保证强度要求，必要时还应保证刚 度和振动稳定性要求。度和振动稳定性要求。15-1 概述概述选择材料，定热处理；选择材料，定热处理；按扭转强度初算轴的直径；按扭转强度初算轴的直径；轴的结构设计；轴的结构设计；轴的强度校核；轴的强度校核；必要时，校核刚度和振动稳定性。必要时，校核刚度和振动稳定性。三三.轴的材料及热处理轴的材料及热处理3.设计步骤设计步骤常用材料：常用材料：碳钢碳钢优质优质:35、45、50调质或正火调质或正火应用最广应用最广普通普通:Q235、Q275 不经热处理不经热处理用于不重要的轴用于不重要的轴15-1 概述概述合金铸铁、球墨铸铁合金铸铁、球墨铸铁注意：各种钢的注意：各种

4、钢的E差不多，不能用改变钢材料或热处理差不多，不能用改变钢材料或热处理来来 提高轴的刚度。提高轴的刚度。合金钢合金钢低碳：低碳：20Cr、20CrMnTi渗碳淬火，回火渗碳淬火，回火中碳：中碳：40Cr调质调质15-2 轴的结构设计轴的结构设计15-2 15-2 轴的结构设计轴的结构设计 一一. .结构组成结构组成轴头轴头轴颈轴颈轴肩轴肩轴身轴身15-2 轴的结构设计轴的结构设计二二. .结构设计应考虑的问题结构设计应考虑的问题三三. .初算轴的直径初算轴的直径轴受轴受扭矩扭矩T T弯矩弯矩M M ？按扭转强度条件按扭转强度条件 T TT T 初算轴径初算轴径d2 . 0nP1055. 9WT

5、T36TTnPA 2 . 0nP1055. 9d30T6315-2 轴的结构设计轴的结构设计初算初算d d为最小直径为最小直径d dminmin，一般指，一般指外伸端外伸端；注意：注意：d dminmin若太小，可根据结构要求适当放大；若太小，可根据结构要求适当放大；若安装标准件，轴径应取标准；其它轴径应取整，一般若安装标准件，轴径应取标准；其它轴径应取整，一般个位数为个位数为0 0、2 2、5 5、8 8；此式用于传动轴、转轴的初算，不适于心轴。此式用于传动轴、转轴的初算，不适于心轴。若若d dminmin处有处有单键槽单键槽，轴径应增大，轴径应增大3%3%；双键槽增大；双键槽增大7%7%；

6、四四. .拟定轴上零件装配方案拟定轴上零件装配方案15-2 轴的结构设计轴的结构设计五五. .确定各轴段直径和长度确定各轴段直径和长度 根据零件的根据零件的定位方式定位方式，确定各轴段，确定各轴段直径直径；根据零件的；根据零件的尺寸尺寸，确定各轴段，确定各轴段长度长度。 1.1.轴向定位方式轴向定位方式 轴肩定位轴肩定位结构简单结构简单, ,定位可靠定位可靠, ,能承受较大的轴向力。能承受较大的轴向力。 R R hCrhRr）（或）RC32(h 15-2 轴的结构设计轴的结构设计定位轴肩定位轴肩 ：mm106d非定位轴肩：非定位轴肩： mm31d非定位轴肩非定位轴肩 15-2 轴的结构设计轴的

7、结构设计套筒定位套筒定位 L L 轴轴L L 毂毂L L 轴轴= L = L 毂毂-(2-(23)mm3)mm15-2 轴的结构设计轴的结构设计2.2.周向定位方式周向定位方式 轴毂联结轴毂联结弹性挡圈弹性挡圈双螺母或圆螺母双螺母或圆螺母轴端挡圈轴端挡圈紧定螺钉紧定螺钉圆锥形轴端圆锥形轴端 轴向零件定位方法轴向零件定位方法六六. .轴的结构工艺性轴的结构工艺性减小轴应力集中减小轴应力集中 滚动轴承安装尺寸滚动轴承安装尺寸 轴承轴承1 1轴承轴承2 215-3 轴的强度校核轴的强度校核15-3 15-3 轴的强度校核轴的强度校核一一. .按弯扭合成强度条件校核按弯扭合成强度条件校核 caca-1

8、-1 已知外载荷，轴的尺寸、已知外载荷，轴的尺寸、跨距；校核轴径。跨距；校核轴径。步骤：步骤：1.1.作出受力简图；作出受力简图；2.2.求弯矩求弯矩MM；求水平面弯矩求水平面弯矩MMHH；求垂直面弯矩求垂直面弯矩MMV V；MMH H垂直面垂直面F Fr rF Fa aF FV1V1F FV2V2 MMV V水平面水平面F Ft tF FH1H1F FH2H215-3 轴的强度校核轴的强度校核 3.3.作扭矩图作扭矩图T T；求合成弯矩求合成弯矩 2V2HMMMMMT T4.4.求当量弯矩求当量弯矩22ca)T(MMMMcaca考虑由考虑由MM产生的弯曲产生的弯曲应力应力 和由和由T T产生

9、的扭剪应产生的扭剪应力力 ，应力性质不同而引入，应力性质不同而引入的应力折合系数。的应力折合系数。 对称：对称：脉动：脉动：静：静：1b1b16 . 0b0b13 . 0b1b1常用常用15-3 轴的强度校核轴的强度校核5.5.校核危险截面强度；校核危险截面强度；d1 . 0)T(MWM1322caca二二. . 按疲劳强度进行精确按疲劳强度进行精确校核校核（P365）四四. . 提高轴强度的措施提高轴强度的措施三三. . 按静强度条件进行校核按静强度条件进行校核合理布置轴上零件合理布置轴上零件减小轴上载荷减小轴上载荷减小轴上应力集中减小轴上应力集中改善轴的表面质量改善轴的表面质量，提高疲劳强

10、度，提高疲劳强度15-4 轴的刚度计算简轴的刚度计算简介介15-3 15-3 轴的刚度计算简介轴的刚度计算简介一一. .扭转刚度扭转刚度二二. .弯曲刚度弯曲刚度习题课习题课4321n11010404036365252101048481010解：解：一一.选材料，定热处理选材料，定热处理45钢，调质，钢，调质，-1=60MPa二二.初算轴径初算轴径nPAd30mm92.3416551123 一一. .设计图示二级圆柱齿轮减设计图示二级圆柱齿轮减速器中输出轴速器中输出轴，已知轴，已知轴传递传递功率功率P=5kWP=5kW，n=165r/minn=165r/min，齿轮齿轮4 4左旋，左旋，d d

11、4 4=206.96mm=206.96mm，=9=90 04147”4147”，轴承采用，轴承采用7200AC7200AC型，油润滑型，油润滑, ,采用弹性采用弹性柱销联轴器。柱销联轴器。习题课习题课三三.结构设计结构设计考虑单键槽：考虑单键槽：d1.03=35.97mm，取，取dmin=36mm1.确定装配方案确定装配方案2.考虑轴向和周向定位方法，设计阶梯轴结构考虑轴向和周向定位方法，设计阶梯轴结构根据根据dmin=36mm，Nmm43409116551055. 95 . 1TKT6Aca查手册，联轴器选查手册，联轴器选HL3型型d=38mm，L1=60mm38385 58 838385

12、58 8习题课习题课密封圈处轴径：密封圈处轴径：（标准系列：（标准系列：.25，28，30，32，35，38，40，42，45，48，50，55，60.）45455050轴承选用轴承选用7210AC：d dD D B B d da a D Da a a= a=+c+c1 1+c+c2 2+5=47+5=474 47 7+c+c1 1+c+c2 2+5=8+18+16+5=47mm+5=8+18+16+5=47mm扳手空间扳手空间M12575750505252626245mm505090 90 20 20 57 57 83 83 26.3 26.3a aB B区分加工面与非加工面区分加工面与非加

13、工面38385 58 845455050+c+c1 1+c+c2 2+5=47+5=474 47 75757505052526262B B习题课习题课2 210+40-2+10+2=6010+40-2+10+2=604 48 810+10+2 21 10 0 油润滑：油润滑：=35mm脂润滑：脂润滑：=812mm轴承轴承V齿齿2m/s( (两对齿轮中大者）两对齿轮中大者）V齿齿2m/s取取=5mm求跨距：求跨距：mm3 .110aB472102520(260L1）202025251L2L3Lmm3 .110,mm7 .82a24860BL2mm7 .82mm7 .34aB12248L3mm7

14、.34习题课习题课四四.轴的强度校核轴的强度校核1.作受力简图作受力简图轴承轴承1 1轴承轴承2 2MMH HNmm289394nP1055. 9T6N2797dT2F4tN1033tancosFFtrN478tanFFta2.求弯矩求弯矩M求水平面支反力和弯矩求水平面支反力和弯矩MHN8277 .347 .827 .342797LLLFF323t1HN1970FFF1Ht2HNmm68393LFM21HH6839368393F Ft tF FH1H1F FH2H2水平面水平面习题课习题课垂直面垂直面F Fr rF Fa aF FV1V1F FV2V2 MMV VN116LL2dFLFF324a3r1V求合成弯矩求合成弯矩M求垂直面支反力和弯矩求垂直面支反力和弯矩MVN1149FFF1Vr2VNmm9593LFM21V1VNmm39870LFM32V2V959395933987039870Nmm69062MMM21V21H1Nmm79166MMM22V22H2791667916669062690623.作扭矩图作扭矩图T2893942893944.求当量弯矩求当量弯矩McaNmm186867)2893946 . 0(69062)T(MM222211caNmm79166MM22c77