機(jī)械設(shè)計(jì)軸[稻谷書苑]

1、第第16章軸章軸 16-1概概 述述 16-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16-3軸的計(jì)算軸的計(jì)算 16-4軸的剛度計(jì)算軸的剛度計(jì)算 16-5軸的臨界轉(zhuǎn)速軸的臨界轉(zhuǎn)速 16-6提高軸的強(qiáng)度、剛度和減輕提高軸的強(qiáng)度、剛度和減輕 重量的措施重量的措施 1教育教學(xué) 潘存云教授研制 帶式運(yùn)帶式運(yùn) 輸機(jī)輸機(jī) 減速器減速器 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 16-1概概 述述 功用：功用：用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。 傳遞轉(zhuǎn)矩傳遞轉(zhuǎn)矩 類類 型型 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸傳遞扭矩又承受彎矩。傳遞扭矩又承受彎矩。 按承受載荷分有按承受載荷分有 分類：分類：

2、按軸的形狀分有按軸的形狀分有 一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類 按軸的外形分有按軸的外形分有 2教育教學(xué) 潘存云教授研制 功用：功用：用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。 傳遞轉(zhuǎn)矩傳遞轉(zhuǎn)矩 類類 型型 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸傳遞扭矩又承受彎矩。傳遞扭矩又承受彎矩。 按承受載荷分有按承受載荷分有 分類：分類： 按軸的形狀分有按軸的形狀分有 傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸只傳遞扭矩只傳遞扭矩 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 后橋后橋 傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸 一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類 16-1概概 述述 按軸的外形分有按軸的外形分有 3教育教學(xué) 潘存云教授研制 前輪輪轂前輪

3、輪轂 潘存云教授研制 功用：功用：用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。 傳遞轉(zhuǎn)矩傳遞轉(zhuǎn)矩 類類 型型 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸傳遞扭矩又承受彎矩傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有按承受載荷分有 分類：分類： 按軸的形狀分有按軸的形狀分有 傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸只傳遞扭矩只傳遞扭矩 心軸心軸只承受彎矩只承受彎矩 固定心軸固定心軸 火車輪軸火車輪軸 車廂重力車廂重力 前叉前叉 支撐反力支撐反力 轉(zhuǎn)動(dòng)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸 一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類 16-1 概概 述述 自行車自行車 前輪軸前輪軸 按軸的外形分有按軸的外形分有 4教育教學(xué) 功用：功用：用

4、來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。 傳遞轉(zhuǎn)矩傳遞轉(zhuǎn)矩 類類 型型 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸傳遞扭矩又承受彎矩傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有按承受載荷分有 分類：分類： 傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸只傳遞扭矩只傳遞扭矩 心軸心軸只承受彎矩只承受彎矩 直軸直軸 一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類 16-1概概 述述 光軸光軸 階梯軸階梯軸 按軸的形狀分有按軸的形狀分有 潘存云教授研制 按軸的外形分有按軸的外形分有 5教育教學(xué) 功用：功用：用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。 傳遞轉(zhuǎn)矩傳

5、遞轉(zhuǎn)矩 類類 型型 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸傳遞扭矩又承受彎矩傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有按承受載荷分有 分類：分類： 按軸的形狀分有按軸的形狀分有 傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸只傳遞扭矩只傳遞扭矩 心軸心軸只承受彎矩只承受彎矩 直軸直軸 一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類 16-1概概 述述 光軸光軸 階梯軸階梯軸 曲軸曲軸 潘存云教授研制 潘存云教授研制 按軸的外形分有按軸的外形分有 6教育教學(xué) 功用：功用：用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。 傳遞轉(zhuǎn)矩傳遞轉(zhuǎn)矩 類類 型型 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸傳遞扭矩又承受彎矩傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有按承受載荷

6、分有 分類：分類： 按軸的形狀分有按軸的形狀分有 傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸只傳遞扭矩只傳遞扭矩 心軸心軸只承受彎矩只承受彎矩 直軸直軸 一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類 16-1概概 述述 光軸光軸 階梯軸階梯軸 曲軸曲軸 撓性鋼絲軸撓性鋼絲軸(軟軸）軟軸） 潘存云教授研制 按軸的外形分有按軸的外形分有 7教育教學(xué) 功用：功用：用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。 傳遞轉(zhuǎn)矩傳遞轉(zhuǎn)矩 類類 型型 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸傳遞扭矩又承受彎矩傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有按承受載荷分有 分類：分類： 按軸的形狀分有按軸的形狀分有 傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸只傳遞扭

7、矩只傳遞扭矩 心軸心軸只承受彎矩只承受彎矩 直軸直軸 一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類 16-1概概 述述 光軸光軸 階梯軸階梯軸 曲軸曲軸 撓性鋼絲軸撓性鋼絲軸(軟軸）軟軸） 按軸的外形分有按軸的外形分有 考慮等強(qiáng)度原理 不同零件的定位用 ，做成階梯形狀階梯軸：按照結(jié)構(gòu)需要 光軸：直徑一樣大 8教育教學(xué) 種種 類類 碳素鋼：碳素鋼：3535、4545、5050、Q235Q235 軸的毛坯軸的毛坯: :一般用圓鋼或鍛件，有時(shí)也用鑄鋼或球墨鑄鐵。圓鋼或鍛件，有時(shí)也用鑄鋼或球墨鑄鐵。 二、二、 軸的材料軸的材料-剛度、強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性要求：剛度、強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性要求： 合金鋼合金鋼: 20Cr: 20

8、Cr、20CrMnTi20CrMnTi、40CrNi40CrNi、38CrMoAlA38CrMoAlA等等 用途：用途：碳素結(jié)構(gòu)鋼因具有較好的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用較碳素結(jié)構(gòu)鋼因具有較好的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用較 多，尤其是多，尤其是4545鋼應(yīng)用最廣鋼應(yīng)用最廣。合金鋼具有較高的力學(xué)性能，。合金鋼具有較高的力學(xué)性能， 但價(jià)格較貴，多用于有但價(jià)格較貴，多用于有特殊要求的軸。特殊要求的軸。 正火或調(diào)質(zhì)處理。正火或調(diào)質(zhì)處理。 表表16-116-1軸的常用材料及其主要力學(xué)性能軸的常用材料及其主要力學(xué)性能 材料及熱處理材料及熱處理 毛坯直徑毛坯直徑 /mm 硬度硬度 / /HBSHBS 強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限b b

9、屈服極限屈服極限s s MPaMPa 彎曲疲勞極限彎曲疲勞極限-1 -1 應(yīng)用說(shuō)明應(yīng)用說(shuō)明 Q235Q235440440 240240 200200 用于不重要或 載荷不大的軸 35 35 正火正火520520 270270 250250 有較好的塑性 和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度， 可用于一般曲 軸、轉(zhuǎn)軸。 100100 149149 187187 9教育教學(xué) 表表16-2軸的常用材料及其主要力學(xué)性能軸的常用材料及其主要力學(xué)性能 材料牌號(hào)材料牌號(hào) 熱處理熱處理 毛坯直徑毛坯直徑 硬度硬度 / /mm mm / /HBSHBS 抗拉強(qiáng)抗拉強(qiáng) 度極限度極限 b b 屈服強(qiáng)屈服強(qiáng) 度極限度極限 s s 彎曲疲彎曲

10、疲 勞極限勞極限 -1 -1 剪切疲剪切疲 勞極限勞極限 -1 -1 許用彎許用彎 曲應(yīng)力曲應(yīng)力 -1 -1 備備 注注 應(yīng)用最為廣泛應(yīng)用最為廣泛 用于不太重要及受用于不太重要及受 載荷不大的軸載荷不大的軸 用于載荷較大，而無(wú)用于載荷較大，而無(wú) 大的沖擊的重要軸大的沖擊的重要軸 用于很重要的軸用于很重要的軸 用于重要軸，性能用于重要軸，性能 近于近于40CrNi40CrNi 用于要求高耐磨性，用于要求高耐磨性， 高強(qiáng)度且熱處理變高強(qiáng)度且熱處理變 形很小的軸形很小的軸 用于要求強(qiáng)度及韌用于要求強(qiáng)度及韌 性均較高的軸性均較高的軸 用于腐蝕條件下的軸用于腐蝕條件下的軸 用于高、低溫及腐用于高、低溫及

11、腐 蝕條件下的軸蝕條件下的軸 用于制造復(fù)雜外形用于制造復(fù)雜外形 的軸的軸 100 400420 225 100250 375390 215 170 105 40 100 170217 590 295 255 140 100300 162217 570 285 245 135 100300 685 490 335 185 241286 100300 240270 785 570 370 210 100300 217269 685 540 345 195 100160 241277 785 590 375 220 60100 277302 835 685 410 270 200 217255 64

12、0 355 275 155 100 735 540 355 200 100 270300 900 735 430 260 100 229286 735 590 365 210 60 293321 930 785 440 280 淬火淬火 60 5662 640 390 305 160 55 60 70 75 70 75 60 75 100 241 835 635 395 230 100 530 190 115 100200 490 180 110 190270 600 370 215 185 245335 800 480 290 250 45195 192 滲碳滲碳 滲碳滲碳 回火回火 HRC

13、 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) 正火正火 熱軋或鍛熱軋或鍛 后空冷后空冷 Q235A 45 40Cr 40CrNi 38SiMnMo 38CrMoAlA MPa 20Cr 3Cr13 1Cr18NiTi QT600-3 QT800-2 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) 淬火淬火 10教育教學(xué) 1 1、設(shè)計(jì)任務(wù)：、設(shè)計(jì)任務(wù)：選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作能力計(jì)算。選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作能力計(jì)算。 （根據(jù)工作要求和制造的因素，選擇合適的材料）（根據(jù)工作要求和制造的因素，選擇合適的材料） 三、軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容三、軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容-軸的設(shè)計(jì)中解決的主要問(wèn)題軸的設(shè)計(jì)中解決的主要問(wèn)題 2 2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

14、： 根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等 方面的要求，合理地確定軸的方面的要求，合理地確定軸的 結(jié)構(gòu)形式和尺寸。結(jié)構(gòu)形式和尺寸。 3 3、工作能力計(jì)算：、工作能力計(jì)算： 軸的承載能力驗(yàn)算指的軸的承載能力驗(yàn)算指的 是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn) 定性等方面的驗(yàn)算。（定性等方面的驗(yàn)算。（經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò) 工作能力計(jì)算，定出軸的結(jié)工作能力計(jì)算，定出軸的結(jié) 構(gòu)形狀和尺寸構(gòu)形狀和尺寸 ） 4 4、軸的設(shè)計(jì)過(guò)程：、軸的設(shè)計(jì)過(guò)程： N 選擇材料選擇材料 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的承載能力驗(yàn)算軸的承載能力驗(yàn)算 驗(yàn)算合格驗(yàn)算合格? 結(jié)結(jié) 束束 Y 11教育教

15、學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)：確定軸的形狀， 有多少階梯？每個(gè)階梯的直徑？長(zhǎng) 度？是確定軸上零件的定位（周向 定位、軸向定位） 工作能力計(jì)算：可能的失效：變形 （套用材料力學(xué)） 強(qiáng)度計(jì)算 剛度計(jì)算 臨界轉(zhuǎn)速校核 12教育教學(xué) 16-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 目的：目的： 各段的直徑，各段的長(zhǎng)度各段的直徑，各段的長(zhǎng)度 取決于：取決于：軸的毛坯軸的毛坯 軸上零件作用力大小，分配情軸上零件作用力大小，分配情 況軸承的類型和位置況軸承的類型和位置 軸的加工和裝配工藝性軸的加工和裝配工藝性 其中的核心問(wèn)題是軸上零件的定位其中的核心問(wèn)題是軸上零件的定位 軸端擋圈軸端擋圈 帶輪帶輪軸承蓋軸承蓋套筒套筒齒輪齒輪滾動(dòng)

16、軸承滾動(dòng)軸承 潘存云教授研制 典型典型 軸系軸系 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 13教育教學(xué) 一、基本知識(shí)：一、基本知識(shí)： 1、毛坯：毛坯形式： 鑄件或焊接：例如曲軸 可以是復(fù)雜的鍛件：尺寸較大，形狀 圓鋼：形狀簡(jiǎn)單 實(shí)心軸，空心軸：考慮1)軸的制造工藝性，如細(xì)長(zhǎng)軸，掏空心， 制造不易，容易偏心。2)多大的情況才合理，d0和d的關(guān)系， 當(dāng)d0=0.625d，對(duì)于強(qiáng)度的削弱占18%，重量減輕39% 2、軸段 的軸段，自由決定軸身：起過(guò)渡定位作用 按軸承型號(hào)確定段，完全取決于軸承，軸頸：與軸承連接的軸 上零件共同決定的位置，它的尺寸與軸軸頭：與軸上零件配合 圈、螺釘壓板固定：套筒、螺母、擋 錐軸頭定位：軸肩、套筒、圓

17、 軸向： 緊定螺釘聯(lián)接、成形聯(lián)接、銷、周向：鍵、花鍵、過(guò)盈 3、軸 上零件 的定位 14教育教學(xué) 4、軸的結(jié)構(gòu)尺寸分析：、軸的結(jié)構(gòu)尺寸分析： 1) 軸肩的高度：h 2) 軸環(huán)；h=2c+(35)，寬度10 3) 定位窗口；用途：保證定位可靠，保證安裝合理、 方便 形成： 4) 圓角；圓角越大，應(yīng)力集中越小，但定位不準(zhǔn)確。 rc 5) 退刀槽；為了軸上車螺紋要形成退刀槽 性，隨意過(guò)渡軸肩：美化，合理 定位軸肩：)42(2ch 寬度的寬度大于相關(guān)的軸段軸向：保證被定位零件 合理肩，使安裝方便，結(jié)構(gòu)徑向：形成一個(gè)過(guò)渡軸 5、最小軸頸估算、最小軸頸估算 2 . 0 /1055. 9 3 6 T T T

18、 d np W T 3 3 6 2 . 0 1055. 9 n p C n p d r 15教育教學(xué) 二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 步驟：步驟： 1) 根據(jù)功率和轉(zhuǎn)速，確定最小直徑根據(jù)功率和轉(zhuǎn)速，確定最小直徑d 2) 根據(jù)軸上零件個(gè)數(shù)，確定主要零件的位置根據(jù)軸上零件個(gè)數(shù)，確定主要零件的位置 3) 根據(jù)軸上零件情況，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)軸上零件情況，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4) 受力分析受力分析 5) 完成工作能力計(jì)算完成工作能力計(jì)算 6) 結(jié)構(gòu)的細(xì)化結(jié)構(gòu)的細(xì)化 16教育教學(xué) 潘存云教授研制 1 1、擬定軸上零件的裝配方案、擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案：裝配方案：確定軸上零件的裝配方向、順序、和相互確定軸上零

19、件的裝配方向、順序、和相互 關(guān)系。關(guān)系。 潘存云教授研制 17教育教學(xué) 潘存云教授研制 潘存云教授研制 軸上零件的裝配方案不同，則軸的結(jié)構(gòu)形狀也不軸上零件的裝配方案不同，則軸的結(jié)構(gòu)形狀也不 相同。設(shè)計(jì)時(shí)可擬定幾種裝配方案，進(jìn)行分析與選擇。相同。設(shè)計(jì)時(shí)可擬定幾種裝配方案，進(jìn)行分析與選擇。 圖示減速器輸出軸就有兩種裝配方案。圖示減速器輸出軸就有兩種裝配方案。 s a B c L a 圓錐圓柱齒輪圓錐圓柱齒輪 二級(jí)減速器二級(jí)減速器 18教育教學(xué) 方案二方案二 方案二需要一個(gè)用于軸向定位的長(zhǎng)套筒，多了一方案二需要一個(gè)用于軸向定位的長(zhǎng)套筒，多了一 個(gè)零件，加工工藝復(fù)雜，且質(zhì)量較大，故不如方案一個(gè)零件，加

20、工工藝復(fù)雜，且質(zhì)量較大，故不如方案一 合理合理 。 方案一方案一 19教育教學(xué) 潘存云教授研制 2、軸上零件的定位、軸上零件的定位 軸肩軸肩階梯軸上截面變化之處。階梯軸上截面變化之處。起軸向定位作用。 定位方法：定位方法：軸肩、套筒、圓螺母、擋圈、軸承端蓋。軸肩、套筒、圓螺母、擋圈、軸承端蓋。 軸肩 套筒套筒 12 12 20教育教學(xué) 潘存云教授研制 軸向固定軸向固定由軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。由軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。 雙向固定雙向固定 21教育教學(xué) 無(wú)法采用套筒或套筒太長(zhǎng)時(shí)，可采用無(wú)法采用套筒或套筒太長(zhǎng)時(shí)，可采用雙圓螺母雙圓螺母加以固定。加以固定。 軸肩的尺寸要求軸肩的尺

21、寸要求:r C1 或或 r 200 mm mm。 46教育教學(xué) 4.4. 按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核 對(duì)于瞬時(shí)過(guò)載很大，或應(yīng)力循環(huán)的不對(duì)稱性較為嚴(yán)對(duì)于瞬時(shí)過(guò)載很大，或應(yīng)力循環(huán)的不對(duì)稱性較為嚴(yán) 重的軸，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行靜強(qiáng)度條件校核。軸的靜強(qiáng)度條件為重的軸，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行靜強(qiáng)度條件校核。軸的靜強(qiáng)度條件為 S 2 S 2 S SS Sca + =S SS SS S SS=1.21.4高塑性材料的鋼軸高塑性材料的鋼軸(S /B 0.6)； SS=1.41.8中等塑性材料的鋼軸中等塑性材料的鋼軸(S /B =0.60.8)； SS=1.82.0低塑性材料的鋼軸；低塑性材料的鋼軸； SS=2.02.3鑄

22、造軸鑄造軸; ; SS按屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)的安全系數(shù)；按屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)的安全系數(shù)； SSca危險(xiǎn)截面靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)的安全系數(shù)；危險(xiǎn)截面靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)的安全系數(shù)； 其中其中 SS 同時(shí)考慮彎矩和軸向力時(shí)的安全系數(shù)。同時(shí)考慮彎矩和軸向力時(shí)的安全系數(shù)。 47教育教學(xué) N2123 193 21462860 對(duì)2點(diǎn)取矩 193 2146286021936410 舉例：舉例：計(jì)算某減速器輸出軸危計(jì)算某減速器輸出軸危 險(xiǎn)截面的直徑。已知作用在齒險(xiǎn)截面的直徑。已知作用在齒 輪上的圓周力輪上的圓周力Ft=17400N, 徑向徑向 力，力， Fr=6140N, 軸向力軸向力 Fa=2860N,齒輪分度圓直徑齒輪分度圓直徑 d2=

23、146 mm,作用在軸右端帶作用在軸右端帶 輪上外力輪上外力F=4500N（方向未（方向未 定）定）, L=193 mm, K=206 mm L/2 LK FtFr Fa F FA Fa Fr F1vF2v 解：解：1) 求垂直面的支反力和軸向力求垂直面的支反力和軸向力 L dFLF F 22 2ar 1v N428721236410 1v Fv rv FFF 12 =Fa aA FF d2 示例：示例：軸的設(shè)計(jì)實(shí)例軸的設(shè)計(jì)實(shí)例 12 潘存云教授研制 d a a 48教育教學(xué) 潘存云教授研制 N930348034500 Mav Mav F1HF2H MaH F1F F2F 2) 求水平面的支反

24、力求水平面的支反力 N4803 193 2064500 1F L KF F 87002/ t2H1H FFF 3) 求求F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力 1F2F FFF 4) 繪制垂直面的彎矩圖繪制垂直面的彎矩圖 2/193. 04287 aV M 2/ 2VaV LFM mN414 2/193. 02123 aV M2/= 1V aV LFM mN205 5) 繪制水平面的彎矩圖繪制水平面的彎矩圖 2/193. 08700 aV M 2/ 1HaH LFM mN840 Ft F L/2 LK FtFr Fa F FA Fa Fr F1vF2v 12 =Fa d2 a a d 49教育

25、教學(xué) Ma Mav Mav F1HF2H MaH F1F F2F M2F 6) 求求F力產(chǎn)生的彎矩圖力產(chǎn)生的彎矩圖 7) 繪制合成彎矩圖繪制合成彎矩圖考慮F可能與H、V內(nèi)合力共面 22 840414463 2 aH 2 aVaFa MMMM mN1400 206. 04500 aV MKFM 2F mN927 a a 截面截面F力產(chǎn)生的彎矩為：力產(chǎn)生的彎矩為： 2/193. 04803 aV M2/ 1FaF LFM mN463 MaF 22 840205463 2 aH 2 aVaFa )(MMMM mN1328 Ma Ft F L/2 LK FtFr Fa F FA Fa Fr F1vF2

26、v 12 =Fa d2 a a d 50教育教學(xué) 潘存云教授研制 潘存云教授研制 Ma Mav Mav F1HF2H MaH F1F F2F M2F 8) 求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 9)求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩 MaF 22 ae )( TMM M2 Ma 2/146. 017400 2 T2/ 2t dFT mN1270 T 扭切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，扭切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力， 取折合系數(shù)取折合系數(shù): =0.6 22 e )12706.0(1400TM mN1600 mN927 2F2 MM Ft F L/2 LK FtFr Fa F FA Fa Fr F1vF2v 12

27、 =Fa d2 a a d 51教育教學(xué) 求考慮到鍵槽對(duì)軸的削弱，將求考慮到鍵槽對(duì)軸的削弱，將d值增大值增大4%，故得：，故得： mm67d 10)計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑 3 3 601 .0 101600 = 3 1b e 1.0 M d mN4.64 選選45鋼，調(diào)質(zhì)，鋼，調(diào)質(zhì)，b =650 MPa, -1b =60 MPa 符合直徑系列。符合直徑系列。 52教育教學(xué) 按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算軸徑的一般步驟：按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算軸徑的一般步驟： 1. 將外載荷分解到水平面和垂直面。求垂直面支撐反將外載荷分解到水平面和垂直面。求垂直面支撐反 力力FV和水平面支撐反力和水平面支撐

28、反力FH ; 2. 作垂直彎矩作垂直彎矩MV圖和彎矩圖和彎矩MH圖圖 ; 3. 作合成彎矩作合成彎矩M圖；圖； 4. 作轉(zhuǎn)矩作轉(zhuǎn)矩T圖；圖； 5. 彎扭合成，作當(dāng)量彎矩彎扭合成，作當(dāng)量彎矩Me圖；圖； 6. 計(jì)算危險(xiǎn)截面軸徑計(jì)算危險(xiǎn)截面軸徑: 22 e )( TMM 2 V 2 H MMM mm 1 . 0 3 1b e M d 1. 若危險(xiǎn)截面上有鍵槽，則應(yīng)加大若危險(xiǎn)截面上有鍵槽，則應(yīng)加大4% 2. 若計(jì)算結(jié)果大于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步估計(jì)的軸徑，則強(qiáng)度若計(jì)算結(jié)果大于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步估計(jì)的軸徑，則強(qiáng)度 不夠，應(yīng)修改設(shè)計(jì)；不夠，應(yīng)修改設(shè)計(jì)； 3. 若計(jì)算結(jié)果小于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步估計(jì)的軸徑，且相若計(jì)算結(jié)果小于結(jié)構(gòu)

29、設(shè)計(jì)初步估計(jì)的軸徑，且相 不大，一般以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軸徑為準(zhǔn)。不大，一般以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軸徑為準(zhǔn)。 對(duì)于一般剛軸，按上述方法設(shè)計(jì)即可。對(duì)于重要的軸，還必 須用安全系數(shù)法作精確校核計(jì)算。 說(shuō)明：說(shuō)明： 53教育教學(xué) SS 只考慮扭矩時(shí)的安全系數(shù)只考慮扭矩時(shí)的安全系數(shù) max S S /WT S Mmax 軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大彎矩；軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大彎矩； Tmax 軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大扭矩軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大扭矩, N, Nmmmm； Famx 軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大軸向力軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大軸向力, N, N； A 軸的危險(xiǎn)截面的面積，軸的危險(xiǎn)截面的面積， mmmm2 2； W

30、 軸的危險(xiǎn)截面的抗彎截面系數(shù)，軸的危險(xiǎn)截面的抗彎截面系數(shù)， mmmm3 3； W軸的危險(xiǎn)截面的抗扭截面系數(shù)，軸的危險(xiǎn)截面的抗扭截面系數(shù)， mmmm3 3。 s 材料材料的抗彎屈服極限；的抗彎屈服極限； s 材料材料的抗扭屈服極限；的抗扭屈服極限； A F W M S maxmax S S 54教育教學(xué) l 潘存云教授研制 F F F 1 2 彎矩彎矩 彎曲變形彎曲變形扭矩扭矩 扭轉(zhuǎn)變形扭轉(zhuǎn)變形 變形量的描述：變形量的描述：撓度撓度 y、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)角 、扭角 、扭角 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 y y 1. 彎曲變形計(jì)算彎曲變形計(jì)算 方法有方法有 (1)按微分方程求解按微分方程求解 (2)變形能法變形能法

31、適用于等直徑軸。適用于等直徑軸。 適用于階梯軸。適用于階梯軸。 y 16-4 軸的剛度計(jì)算軸的剛度計(jì)算 潘存云教授研制 T T l 55教育教學(xué) 潘存云教授研制 表表16-8軸的許用變形量軸的許用變形量 變形種類變形種類許用值許用值適用場(chǎng)合適用場(chǎng)合變形種類變形種類 許用值許用值適用場(chǎng)合適用場(chǎng)合 (0.00030.0005)l 一般用途的軸一般用途的軸 0.0002l剛度要求較高剛度要求較高 感應(yīng)電機(jī)軸感應(yīng)電機(jī)軸 ( (0.010.05)mn安裝齒輪的軸安裝齒輪的軸 0.01 ( (0.020.05) m安裝蝸輪的軸安裝蝸輪的軸 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承 0.05向心球軸承向心球軸承 調(diào)心球軸承調(diào)心球軸承 圓柱滾子軸承圓柱滾子軸承 圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承 0.0010.002齒輪處軸截面齒輪處軸截面 0.51一般傳動(dòng)一般傳動(dòng) 0.20.5較精密傳動(dòng)較精密傳動(dòng) 重要傳動(dòng)重要傳動(dòng) 撓度撓度 /mm 轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 /rad 每米長(zhǎng)每米長(zhǎng) 的扭角的扭角 ( )/m l 支撐間的跨矩支撐間的跨矩 0.25 0.0016 電機(jī)定子與轉(zhuǎn)電機(jī)定子與轉(zhuǎn) 子間的間隙子間的間隙 mn齒輪的模數(shù)齒輪的模數(shù) m 蝸輪的模數(shù)蝸輪的模數(shù) 0.001