华中科技大学机械设计基础课件轴设计

第六章轴设计§6-1概述一、轴的功用●支撑回转零件；●传递运动和转矩二、轴的类型●心轴—只承受弯矩●传动轴—只承受转矩●

转轴—既受弯矩、又受转矩按受载●直轴●

曲轴按轴心线第六章轴设计§6-1概述一、轴的功用●支撑回转零12、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—防止轴发生共振三、轴设计时所要解决的问题1、结构问题—确定轴的形状和尺寸§6-2轴的结构设计轴颈－与轴承相配的部分；轴头－与轮毂相配的部分；轴身－连接轴颈与轴头部分；轴颈

轴头

轴身

2、强度问题—防止轴发生疲劳断裂3、刚度问题—防止轴2轴的结构应满足的要求：加工工艺性要好便于轴上零件装拆轴上零件要有准确的定位轴上零件要有可靠的固定尽量减少应力集中一、加工工艺要求光轴等强度轴阶梯轴轴的结构应满足的要求：加工工艺性要好便于轴上零件装拆轴上零件3车削

倒角加工方法不同，轴的结构也可能不同磨削

二、装拆要求砂轮越程槽●装拆应方便；●不同的装拆方案，得到不同结构；●轴的直径应圆整成标准值。车削倒角加工方法不同，轴的结构也可能不同磨削二、4定位－使轴上零件处于正确的工作位置；轴肩或轴环三、轴上零件的轴向定位和固定固定－使轴上零件牢固地保持这一位置。目的－防止轴上零件工作时发生轴向蹿动。常用的轴向定位和固定方法：定位轴肩：h＝(0.07~0.1)d＞R或C非定位轴肩：h＝1～2mm，作用是便于轴上零件的装拆为保证定位准确，R或C＞r轴环宽度一般取：b

=1.4h滚动轴承的定位轴肩或轴环高度－查标准定位－使轴上零件处于正确的工作位置；轴肩或轴环三、轴上零5套筒轴端挡圈弹性挡圈圆螺母锥面对轴上零件起固定作用。常用于近距离的两个零件间的固定。用于轴上两零件距离较远时，或轴端。需切制螺纹，削弱了轴的强度。需切环槽，削弱了轴的强度。承受不大的轴向力。用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。常与轴端挡圈配合使用。注意：采用这些方法固定轴上零件时，为保证固定可靠，应使：与轮毂相配的轴段长度比轮毂宽度短2～3mm，即：l＝B-(2~3)套筒轴端挡圈弹性挡圈圆螺母锥面对轴6平键问题：四、轴上零件的周向固定目的－防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。常用的周向固定方法：花键紧定螺钉滚动轴承是否需要用键作周向固定？五、提高轴的强度减小应力集中适当加大截面变化处的过渡圆角半径。或采用：凹切圆角过渡肩环减载槽平键问题：四、轴上零件的周向固定目的－防止轴上零件与7改善轴的受力状况改变轴上零件的结构，使受载减小。五、结构设计示例改善轴的受力状况改变轴上零件的结构，使受载减小。五、结构设计8§6-3轴的强度计算应力分析：FT弯曲应力σb－对称循环变应力；扭剪应力τT－循环特征根据实际情况而定。计算方法：●按扭转强度计算；●按弯扭合成强度计算；●安全系数法计算。一般的轴一、按扭转强度计算扭剪应力:轴的抗扭剖面系数§6-3轴的强度计算应力分析：FT弯曲应力σb－对9扭转强度公式一般用来初算轴的直径，扭转强度设计式:

令其为系数C系数C与轴的材料和承载情况有关，查表12-2。弯矩相对转矩较小或只受转矩时，C取小值。若该轴段有一个键槽，d值增大5%,弯矩较大时，C取大值。计算出的d作为受扭段的最小直径dmin。注意：有两个键槽，增大10%。扭转强度公式一般用来初算轴的直径，扭转强度设计式:令其为系10此方法既考虑弯矩又考虑转矩，比前法精确。二、按弯扭合成强度计算需已知：轴的支反力作用点、外载荷的大小及位置。弯、扭联合作用时，采用第三强度理论。则轴危险截面上的当量应力：对于直径为d的实心轴：此方法既考虑弯矩又考虑转矩，比前法精确。二、按弯扭合成强度计11由于b与的循环特征可能不同，需引进校正系数α将折合成对称循环变应力。则强度条件为：—当量弯矩校正系数α的取值：●对于不变的转矩：●频繁启动、振动或情况不明：●经常双向运转：对称循环变应力下的许用应力由于b与的循环特征可能不同，需引进校正系数α将12设计式：三、轴设计步骤和方法1、根据功率P和转速n，用扭转强度公式初算受扭段的最小直径dmin。2、根据初算轴径，进行轴的结构设计。3、按弯扭合成强度校核轴的危险截面。N设计式：三、轴设计步骤和方法1、根据功率P和转速n，13将dmin圆整成标准直径（查“机械设计课程设计”）受扭段最小直径dmin将dmin圆整成标准直径（查“机械设计课程设计”）受扭段14危险截面：Me最大的截面；●画出空间受力图，求出支反力；●分别作出水平面受力图和垂直面受力图；●分别作出水平面弯矩图MH和垂直面弯矩图M