轴-机械原理机械的平衡(共23张PPT)

第12章轴12-1概述12-2轴的结构和材料12-3轴的计算基本要求:了解转轴、心轴和传动轴的载荷的特点掌握轴的结构设计的方法，熟悉轴上零件的轴向和周向定位方法，明确轴的结构设计中应注意的问题掌握轴的三种强度计算方法了解轴的刚度计算方法本章特点：轴的设计过程是结构设计与强度(或刚度)校核计算交替进行，逐步完善的机械设计基础——轴第1页，共23页。12-1概述机械设计基础——轴二、轴的分类1按载荷性质分类2按形状分类轴：支承回转零件的零件一、轴的功用1.支承旋转零件并传递运动和动力2.保证所有轴上零件有确定的轴向工作位置第2页，共23页。机械设计基础——轴机械设计基础——轴轴应有良好的制造工艺，便于加工轴头：轴和旋转零件的配合部分1、结构问题—确定轴的形状和尺寸机械设计基础——轴尽量减少应力集中,改善轴的受力状态轴与轴上零件要有准确的工作位置阶梯状轴——轴端应有45°倒角机械设计基础——轴心轴：只承受弯矩，不承受转矩⑩端盖端面无凹坑加工量大轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈等掌握轴的三种强度计算方法综合轴上弯扭矩和轴直径选择一两个截面1按载荷性质分类心轴：只承受弯矩，不承受转矩传动轴：主要承受转矩转轴：既承受弯矩，又承受转矩机械设计基础——轴第3页，共23页。2按形状分类直轴、曲轴、软轴机械设计基础——轴第4页，共23页。三、轴设计解决的问题1、结构问题—确定轴的形状和尺寸2、强度问题—防止轴发生疲劳断裂3、刚度问题—防止轴发生过大的弹性变形4、振动稳定性问题—防止轴发生共振机械设计基础——轴1.拟定轴上零件装配方案2.估算轴的最小直径ｄmin3.确定各段直径及长度4.确定轴的结构要素轴的结构设计轴的强度计算其它计算1.刚度计算2.振动稳定性计算(临界转速)1.许用切应力法(扭转强度)2.许用弯曲应力法(弯扭合成强度)3.安全系数计算法：疲劳强度计算、静强度计算第5页，共23页。12-2轴的结构和材料机械设计基础——轴一、轴的结构二、轴的材料第6页，共23页。一、轴的结构机械设计基础——轴轴肩(轴环)：轴的直径变化所形成的阶梯处轴颈轴头轴身轴头：轴和旋转零件的配合部分轴颈：轴和轴承配合的部分轴身：连接轴颈与轴头部分第7页，共23页。轴的结构设计的要求机械设计基础——轴3.定位和固定要求：轴与轴上零件要有准确的工作位置，并牢固地保持这一位置4.尽量减少应力集中,改善轴的受力状态1.制造工艺性要求：轴应有良好的制造工艺，便于加工2.装拆要求：轴上零件要易于装拆、调整第8页，共23页。1制造工艺性要求轴应有良好的制造工艺，便于加工机械设计基础——轴加工方法不同，轴的结构也可能不同键槽应位于同一母线上；螺纹退刀槽；砂轮越程槽光轴等强度轴阶梯轴车削倒角磨削

砂轮越程槽第9页，共23页。轴与轴上零件要有准确的工作位置轴的工作能力主要取决与强度和刚度，高速轴还要校核振动稳定性机械设计基础——轴常用的轴向定位和固定方法：⑩端盖端面无凹坑加工量大许用弯曲应力法(弯扭合成强度)普通碳素钢Q235、Q255、Q275振动稳定性计算(临界转速)2、强度问题—防止轴发生疲劳断裂机械设计基础——轴机械设计基础——轴了解转轴、心轴和传动轴的载荷的特点轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈等2装拆要求机械设计基础——轴阶梯状轴——轴端应有45°倒角非定位轴肩(便于装配)、定位轴肩(零件定位)设计轴肩时应注意:

轴承定位轴肩(套筒)不能过高(以便拆卸)轴长应略短于轮毂宽度(保证零件固定)轴肩圆角ｒ＜轮毂孔圆角Ｒ(倒角Ｃ)轴上零件要易于装拆、调整不同的装拆方案，得到不同结构轴的直径应圆整成标准值第10页，共23页。3定位和固定要求机械设计基础——轴周向固定轴向定位和固定轴与轴上零件要有准确的工作位置定位：零件有准确的工作位置固定：零件在轴上的位置牢固可靠第11页，共23页。周向定位和固定机械设计基础——轴常用的周向固定方法：键、花键、紧定螺钉、过盈配合等防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩第12页，共23页。轴向定位和固定机械设计基础——轴常用的轴向定位和固定方法：轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈等轴头长度<轮毂的轴向长度防止轴上零件工作时发生轴向蹿动第13页，共23页。4尽量减少应力集中,改善轴的受力状态机械设计基础——轴改善零件位置及结构,以改善轴的受力状态尽量减少应力集中：轴肩处要有过渡圆角相邻轴径的变化不宜太大第14页，共23页。结构示例1机械设计基础——轴第15页，共23页。结构示例2：结构改错机械设计基础——轴⑥轴承没定位⑦轴向定位不确定⑧轴承用错或装错⑨无调整垫片⑩端盖端面无凹坑加工量大①无定位轴肩②端盖无密封③键槽太长④无非定位轴肩⑤套筒太高①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩第16页，共23页。二、轴的材料机械设计基础——轴2.球墨铸铁:QT500-5、QT600-2轴的材料，见表12-11.钢：碳素钢：优质碳素钢:35、50、45轴钢普通碳素钢Q235、Q255、Q275合金钢：20Cr、20CrMnTi、40Cr、35SiMn、35CrMo第17页，共23页。12-3轴的计算机械设计基础——轴一、轴的强度计算二、轴的刚度计算轴的工作能力主要取决与强度和刚度，高速轴还要校核振动稳定性第18页，共23页。一、轴的强度计算机械设计基础——轴轴的计算流程：机器的结构轴的长度轴上零件的位置载荷计算简图力学分析简化强度计算轴径轴的结构设计FT计算方法：按扭转强度计算按弯扭合成强度计算第19页，共23页。

令其为系数C1按扭转强度计算机械设计基础——轴扭剪应力:适用状况：(1)轴只传递转矩，不承受弯矩（或很小的弯矩）(2)弯矩未知，按扭距作初步计算设计公式:系数C与轴的材料和承载情况有关，查表12-2注意:若该轴段有一个键槽，d值增大3%;有两个键槽，增大7%第20页，共23页。2按弯扭合成强度计算机械设计基础——轴步骤：绘制受力计算简图计算所有力引起的弯矩合成弯矩M计算扭矩合成当量弯矩M’强度条件：适用状况：轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大小、方向和作用点已知——准确计算弯、扭联合作用时，采用第三强度理论为扭-弯应力性质折合系数静应力循环应力脉动应力,不明确第21页，共23页。弯扭合