十五章轴课件知识讲解

2012年12月机械设计第十五章轴§1、概述一、主要功用二、分类1、按承载分心轴：只承受弯曲（M），不传递转矩（T=0）1、支承轴上回转零件（如齿轮）转动心轴：轴转动固定心轴：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？转轴：既传递转矩（T）、又承受弯矩（M）如：减速器中的轴。传动轴：只受转矩，不受弯矩M=0，T≠0

如：汽车下的传动轴。曲轴：发动机专用零件2、按轴线形状分直轴又可分为实心、空心（加工困难）光轴阶梯轴钢丝软轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。动力源被驱动装置接头接头钢丝软轴三、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？∴用热处理合金钢不能提高轴的刚度。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、轴的结构设计一、目的确定轴的尺寸、形状：d、l；结构复杂——铸造毛坯，如曲轴；☆☆☆☆重点四、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）组成轴颈：装轴承处尺寸=轴承内径；轴头：装轮毂处直径与轮毂内径相当；轴身：联接轴颈和轴头部分；装配方案的比较：2、零件在轴上的固定（1）轴向固定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：防止过定位

L轴段长度=B轮毂宽-(2~3)mm保证轴上零件可靠定位：轴圆角半径r＜轴上零件倒角尺寸c＜轴肩高度h

或轴圆角半径r＜轴上零件圆角半径R＜轴肩高度h（2）周向固定键、花键、成形联接、弹性环联接、过盈、销等——轴毂联接轴肩定位轴肩：h=(0.07~0.1)dd：轴颈尺寸；非定位轴肩：h=(1~2)mm；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：由轴上零件相对位置及零件宽度决定，同时考虑：1）轴段长比轮毂宽小2~3mm——可靠定位。2）传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离(查手册)。固定方式＞轴结构的改错实例1,2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1、需磨削的轴段：砂轮越程槽。3、轴端应有倒角：c×45°——便于装配。4、装配段不宜过长。5、固定不同零件的各键槽应布置在同一母线上，以减少装夹次数。2、需切制螺纹的轴段：螺纹退刀槽。§3、轴的强度计算一、按许用切应力计算（按扭转强度计算）强度条件：式中：WT——抗扭截面系数，mm3[τT]——许用切应力C——与材料有关的系数（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）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3、作出合成弯矩图4、绘转矩T图5、求当量弯矩，绘图α——根据转矩性质不同而引入的应力校正系数。σ——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=+1，2）单向旋转、载荷不稳定：切应力接近脉动循环r=0，3）连续正反转、载荷不稳定：切应力接近对称循环，r=-1，T※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，常按脉动转矩计算。循环特性：静应力r=+1（），脉动循环r=0（，）对称循环r=-1（，）6、强度条件：W——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：↑（3~5）%，双键：↑（7~10）%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）1、疲劳强度校核1）按计算：尺寸系数（εσ、ετ）表面状态β应力集中（kσ、kτ）∴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：单纯受弯：单纯受扭：kσ、kτ——有效应力集中系数，P329、P330；β——表面状态系数P331；εσ、ετ——尺寸系数P331；复合安全系数：2、静强度校核校核轴对塑性变形的抵抗能力（尖峰载荷）。σmax、τTmax——尖峰载荷所产生的弯曲应力、切应力；σsb、τs——材料的弯曲和剪切屈服极限；例16.2§4、轴的刚度计算（自学）轴的变形：挠度、转角、扭角§5、轴的临界转速（略）§6、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2、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：双联齿轮斜齿轮：两斜齿轮旋向应相同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：多个行星轮均布5、改变支点位置，改善轴的强度和刚度。更差！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大；3）合理选择