上海交大机械设计——第十八章.ppt

1、确定基本要求和重点、难点18.1轴的功能、类型和设计要求18.2轴的材料18.3轴的结构设计18.4轴的强度、刚度计算、计划时间：2h，基本要求3360 1)轴的功能和类型。2)了解轴常用的材料。3)确定轴结构设计的主要问题。4)了解如何提高轴强度和刚度。焦点，困难：1)轴分类。2)轴的结构问题。任务： 18.1；18.3；18.4，18.1轴的功能和类型以及设计要求，18.1.1轴的分类和功能，1轴是机械传动中不可缺少的重要部件之一。直线轴，曲轴和柔性钢丝软轴。曲轴主要用于做往返运动的机器。柔性钢丝软轴由多层钢丝组成，可以灵活地在任何地方传递扭矩和旋转运动，直线轴应用最广泛。长轴，光轴形状简

2、单，加工方便，应力集中源少，但在轴上放置和装配零件不容易。楼梯轴与光轴相反。通常，直轴是实心的，但由于结构要求，轴上可能需要安装其他零件。或者，如果在提高轴的刚度和降低轴的质量方面起着特别重要的作用，则可能需要使其成为空心轴。(David aser，Northern Exposure美国电视电视剧，Northern Exposure)中空轴内径与外径的比率通常为0.50.6，以确保轴的刚度和扭转稳定性。2 .直径不随轴的外形变化的光轴和直径变化的楼梯轴。光轴，楼梯轴，中空轴，3 .根据负载情况，有三种茄子类型：轴、中心轴线和传输轴线。1)轴同时传递扭矩和弯矩，这种轴在所有类型的机器中最常见。2

3、)传动轴仅传递扭矩，不承受弯矩，3)中轴仅接收弯矩，但不传递扭矩(例如，火车车辆的轴、自行车的前轴)。中心轴可以细分为固定中心轴和旋转中心轴。中心轴旋转，18.1.2轴设计要求和设计阶段，1 .轴的设计要求，轴设计包括结构设计和工作能力计算。合理的结构和充分的强度是轴设计必须满足的基本要求。轴的结构设计是根据轴的零件安装、定位和轴的制造工艺等要求合理确定轴的结构形式和尺寸等。如果轴的结构设计不合理，也会影响轴的加工和装配工艺、制造成本的增加、轴的强度和刚度。因此，轴的结构设计是轴设计的重要组成部分。轴的工作能力计算包括轴的强度、刚度和振动稳定性计算。充分强度是轴承载能力的基本保证。否则，可能会

4、发生塑料变形或损坏，从而无法正常工作。对于某些旋转精度高的轴或力大的细长轴，必须保持足够的刚度，以防止工作时发生过度的弹性变形。对于某些高速旋转轴，为了防止共振，还必须考虑振动稳定性问题。2 .根据轴设计阶段、作业要求，估算轴材料选取轴的预设直径。轴的结构设计轴强度校核计算；根据需要执行校核计算，例如刚度或振动稳定性。绘制轴的零件工作图。注意事项：在轴的设计计算过程中，轴的设计计算经常与其他相关零件的设计计算相关联并产生影响，因此应一起进行。18.2轴材料，2 .合金钢、优质中碳钢具有搬运相对重要或较大轴的综合机械性能，通过曹征和曹征或净化等热处理方法，可以改善和提高机械性能。普通碳钢用于运输

5、不重要或小的轴。1 .碳钢、合金钢具有高综合力学性能和良好的热处理性能，常用于具有高重要性、负载大、重量尺寸限制有限、耐磨性、防腐性要求高的轴。但是合金钢对应力集中敏感，价钱数值高。3 .旧墨铸铁、旧墨铸铁的优点是价格低廉，强度高，耐磨性好，吸力、切线性、对应力集中的敏感性低。适用于制造整形轴。但是铸铁的质量难以控制，可靠性差。注：钢的种类和热处理对杨氏模量的影响很小。使用合金钢代替碳钢，或通过热处理提高轴的刚度，效果微乎其微。18.3轴结构设计，设计本质：轴的合理形状和所有结构尺寸(包括每段的长度、直径和其他小尺寸)的确定，决定因素：轴的毛坯种类，轴上力的大小和分布，轴上零件的放置和固定方法

6、，轴承类型和位置，轴的加工和装配工艺及其他要求，注：轴的结构受多种茄子因素的影响，必须满足的要求：1)轴和轴的零件必须具有正确的工作位置。2)轴部件应易于装配、拆卸和调整。3)轴必须具有良好的制造工艺性。4)轴的力是合理的，有助于提高强度和刚度。5)节省材料，减轻重量。6)有助于减少几何图形和尺寸应力集中。18.3.1轴的主要部件，轴颈部分。轴头安装轮毂部分。轴连接轴颈和轴头部分。轴延伸轴头。轴肩或轴环阶梯轴的截面尺寸变化部分，一般轴为中、大两个小阶梯轴，便于安装和拆卸。轴肩和轴环易于在轴上安装零件，常用作轴向定位、固定的手段，高度取决于用途。确定18.3.2轴上每个段的直径和长度，1 .轴线

7、的每个段直径，遵循原则：1)具有不同拟合性质的曲面(包括配合曲面和不配合曲面)直径必须不同。2)加工精度和表面粗糙度不同的表面直径必须不同。3)轴的部件要容易组装。问题：1)轴承的轴颈直径必须与滚动轴承内径的标准系列匹配。2)轴的螺纹部分必须与螺纹标准匹配。3)使用轴肩或轴环，放置最方便、最可靠。轴肩分为两个茄子类别：定位轴肩(图中的轴肩，)和定位轴之间(轴肩，)。位置轴肩通常用于高度为h=(0.070.1)d、d与零件匹配的轴直径(mm)或h=(23)C的轴向力较大的情况。滚动轴承的位置凸肩高度必须低于轴承内环端面的高度，才能移除轴承。未定位轴肩设置为便于加工和装配，高度没有严格的规定，一般

8、为12mm。4)与轴的传动零件匹配的轴头直径尽可能舍入到标准直径尺寸系列，或以0，2，5，8结尾的尺寸5)非配合的轴直径不采用标准值，但通常必须导入为整数。2 .轴的每段长度、注意事项：1)轴颈长度通常等于轴承宽度。2)轴头的长度由相应的电动零件轮毂的宽度决定，如果零件必须在轴向固定，则应使其小于装有轴头长度的零件轮毂的宽度23mm，从而确保零件在轴向夹紧，以确保固定可靠性。3)轴环宽度通常舍入为b=(0.10.15)d或b 1.4h，舍入为整数。在18.3.3轴上定位和固定零件的轴，a)键连接b)样条连接c)形状连接d 18.3.4轴的结构工艺，1。加工工艺，1)轴的直径变化应尽可能少，最大

9、限度地限制轴的最大直径和每个段的直径差异，以节省材料和减少切削量。2)轴上有磨削和切削螺丝，为了使加工完整方便，必须留下四轮通过槽和螺纹底切。3)如果轴有多个键槽，则必须将其放置在同一条线上，以避免加工键槽时多次夹紧，从而提高生产率。4)如果可能，应遵守尺寸和标准及法规(例如轴上的每个转换圆角、倒角、键槽、通槽、退刀槽和中心孔)，以便于加工和检查。，5)轴的配合轴直径应具有标准值。与滚动轴承结合的轴颈轴承必须根据滚动轴承内径尺寸选择。轴螺纹部分的直径必须与螺纹标准等匹配。2 .装配工艺，1)常用楼梯轴，其直径在两端中间增加，以便于装配轴的零件。2)轴端应倒角，拆卸和装配毛刺容易。3)固定滚动轴

10、承的轴肩高度一般必须在内环高度的3/4以下，轴承分解过高的渡边杏。18.3.4轴结构变更、结构变更1、结构变更2、结构变更3、结构变更4、18.3.4轴结构设计范例、轴结构范例1蜗轮中的蜗轮中间平面必须通过蜗轮轴线，以确保在轴结构范例2推拔齿轮传输中正确啮合，两个推拔齿轮圆锥顶部必须重合，轴承位置必须调整为箭头方向。轴的组合设计，18.4轴的强度，刚度计算，18.4.1计算为允许的切向应力，传动轴仅作用于转矩，允许根据允许的切向应力直接设计轴直径。轴弯曲和扭转复合作用，设计开始时每个轴段的长度未定，轴的跨距和轴的弯矩大小未知，因此无法根据轴弯矩计算轴颈。通常，通过在轴上传递的转矩估算轴中扭转轴

11、段的最小直径，并将其用作默认参考尺寸，以进行轴的结构设计。1 .扭转强度、实体环形轴的扭转强度条件、轴的预设直径估算、公式：d表示轴的直径，mm；t是轴的扭转剪应力，MPa是。t轴转移扭矩，Nmm；p轴传递功率，kw；n是轴的旋转速度，r/min。WT是轴的扭转剖面系数mm3。其中wt=D3/16 0.2d 3；t表示允许的扭转剪应力(考虑弯矩对轴的影响)，MPa是。c是根据轴的材料和负载条件计算的常数。问题，1)在轴段上打开键槽时，必须相应地增加轴直径。单键槽增加3，双键槽增加7。然后舍入轴直径。2)以此方式估算的轴直径必须是轴顶部的最小直径。中空环形轴的扭转强度条件，格式：=d1/d，即中

12、空轴内径d1与外径d的比率。2 .经验公式估算轴直径，估算高速轴的最小直径。其中D是电动机输出轴的直径。低速轴的最小直径估计、各级低速轴的最小直径可以估计为等效齿轮中心距离a，18.4.2将允许弯曲应力计算、轴承的负载作用中心、轴的简化动力学模型通常将轴简化为以下三个茄子动力学模型之一：简支梁、挤出梁或悬臂。强度校核阶段，1)轴2)求反作用力。3)制作力矩图，计算合成弯矩，绘制合成力矩图。其中是扭矩和弯矩性质不同的应力朱正廷系数。对于恒定转矩，输入=0.3。对于脉动循环转矩，=0.6；对于对称循环扭矩，请输入=1。扭矩变化规律不明确，一般按脉动循环处理。1 .绘制计算示意图，2 .等效弯矩计算，3 .危险截面确定，4 .执行强度检查，实体环形轴的风险剖面必须满足的强度条件：形式中：w是风险剖面的折弯剖面系数，mm3，w=d332 0.1d3: -1是对称循环状态下材料的允许弯曲应力，MPa。实心圆轴强度设计公式，18.4.3轴的刚度检查，轴的刚度有弯曲刚度和扭转刚度。弯曲刚度通过轴的偏转y，偏转角度来测量。扭转刚度以轴的扭转角度测量。扭转刚度条件：弯曲刚度条件：提高18.4.4轴的强度和刚度的措施，1 .合理设计和合理定位轴上的零件，减少最大载荷，2 .必须改进轴的结构，减少应力集