清华机械设计 第3.1轴

第3章机械系统支撑零部件设计

3.1轴

3.2滚动轴承

3.3滑动轴承

3.1轴轴的用途轴上的分类与材料轴设计的主要问题结构设计工作能力的设计轴的强度设计轴的刚度设计轴的用途支撑轴上零件传递转矩确定并保持轴上零件的轴向位置轴的载荷弯矩扭矩3.1轴3.1.1轴的分类与材料轴的分类按轴的形状：直轴、曲轴按轴受载荷性质：心轴：只受弯矩的轴传动轴：只受扭矩的轴转轴：既受弯矩又受扭矩的轴按轴的工作频率:

刚性轴、挠性轴

按轴受载荷性质：心轴、传动轴、转轴传动轴：扭矩T心轴：弯矩M转轴：T+M轴的材料： P111表3-2对轴材料的要求：强度、刚度、耐磨性碳钢的特点：价格低对应力集中不敏感，可通过热处理提高耐磨性合金钢的特点：强度高耐磨性好，可以满足特殊工作要求球墨铸铁的特点：价廉、对应力集中敏感性低适于复杂外形的轴常用材料是优质碳钢：453.1.1轴上分类与材料3.1.2轴的工作能力设计轴的失效形式和设计准则：P112表3-3按许用应力法计算1.按扭转强度条件计算（许用切应力）2.按弯扭合成强度条件计算（许用弯曲应力）按安全系数法计算轴的疲劳强度计算轴的疲劳强度计算1.按扭转强度条件计算（许用切应力）抗扭截面系数p112表3-4有键槽等结构应将所计算的直径适当放大3-7%2.按弯扭合成强度条件计算设轴在水平面内弯矩MH，在垂直面内弯矩MV

；扭矩T.轴的疲劳强度计算例：已知齿轮减速器如图，输出轴斜齿轮的分度圆直径为250mm，传递扭矩为612500N，轮齿上所受的圆周力Ft=4896N,径向力Fr=1854N,轴向力Fa=1404N。方向如图所示，轴的材料为45钢，调质处理，硬度为217~255HBS，轴的结构尺寸如图，要求校核减速箱输出轴的强度。1.画出轴的受力简图轴的强度计算例题水平弯矩MH1）作出水平面受力图、计算支反力、画弯矩图12FtRH2RH1l1l2MH2、画合成弯矩图轴的强度计算例题垂直弯矩Mv2）作出垂直面受力图、计算支反力、画弯矩图12FrRv2Rv1l1l2FaMv2、画合成弯矩图轴的强度计算例题3）求合成弯矩、合成弯矩图图12MHMv2、画合成弯矩图轴的强度计算例题3.作扭矩图124.作出当量弯矩图：考虑扭矩和弯矩产生应力的循环特性差异的系数。（=0.3、0.6、1）轴的强度计算例题5.计算危险截面的弯曲应力，校核轴的强度轴的强度计算例题轴的抗弯截面系数，参见表3-5轴的许用弯曲应力，表3-23.作出扭矩图4.作出计算弯矩图1.作出轴的计算简图5.计算危险截面的弯曲应力

2.作出合成弯矩图垂直弯矩MV

Fr

、Fa水平弯矩MHFt弯扭合成强度计算总结安全系数法1.疲劳强度：式（3-7）、（3-8）——参照1.3节注意：应该考虑循环次数，即：寿命系数2.静强度：式（3-10）、（3-11）轴的疲劳强度计算轴的疲劳强度计算按许用应力法计算1.按扭转强度条件计算（许用切应力）已知条件：轴传递的功率、轴的转速、轴的材料用于计算或估算轴的直径2.按弯扭合成强度条件计算（许用弯曲应力）必须已知：主要结构尺寸、轴上零件的位置、外载荷和支反力的作用位置较精确地校核轴的强度按安全系数法计算校核计算：必须已知所有的结构尺寸精度最高：用于重要的轴不必再进行弯曲强度校核轴的静强度计算静强度计算的目的是校核轴的抗塑性变形能力，在瞬时过载严重或者应力循环不对称严重时，需进行校核。轴的刚度设计轴的扭转刚度计算式（3-13）光轴：许用扭转角值，见表3-6轴的刚度设计轴的弯曲刚度计算当量轴径法：把阶梯轴简化为一当量等径光轴，然后再利用材力公式计算y及。轴的弯曲刚度条件许用挠度，表3-6许用偏转角，表3-6

轴的挠度y(mm)、偏转角θ(º)和扭转角φ(º/m)的允许值变形种类应用范围许用值允许挠度[y]/mm一般用途的轴车床主轴感应电动机轴安装齿轮的轴安装蜗轮的轴(0.0003~0.0004)l0.0002l0.1Δ(0.01~0.03)mn(0.02~0.05)m注：l--轴承跨距Δ--定子与转子间隙mn--齿轮法向模数m--蜗轮端面模数允许偏转角[θ]/º滑动轴承深沟球轴承调心球轴承圆柱滚子轴承圆锥滚子轴承安装齿轮处0.060.330.150.090.06~0.12允许扭转角[φ]/ºm-1精密传动一般传动要求不高的传动0.25~0.50.5~1>1提高轴的强度的常用措施增大轴径