軸的設(shè)計(jì)計(jì)算

1、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算【一】能力目標(biāo)1.了解軸的功用、分類、常用材料及熱處理。2.能合理地進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?！径恐R(shí)目標(biāo)1.了解軸的分類，掌握軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.掌握軸的強(qiáng)度計(jì)算方法。3.了解軸的疲勞強(qiáng)度計(jì)算和振動(dòng)?！救拷虒W(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)：彎扭合成法計(jì)算軸的強(qiáng)度【四】教學(xué)方法與手段采用多媒體教學(xué)（加動(dòng)畫演示），結(jié)合教具，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。【五】教學(xué)任務(wù)及內(nèi)容任務(wù)知識(shí)點(diǎn)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1. 軸的分類、材料及熱處理2. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3. 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算一、軸的分類（一）根據(jù)承受載荷的情況，軸可分為三類1、心軸 工作時(shí)只受彎矩的軸，稱為心軸。心軸又分為轉(zhuǎn)動(dòng)心軸（a）和固定心軸(b)。 2、傳動(dòng)

2、軸 工作時(shí)主要承受轉(zhuǎn)矩，不承受或承受很小彎矩的軸，稱為傳動(dòng)軸。 3、轉(zhuǎn)軸 工作時(shí)既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸，稱為轉(zhuǎn)軸。 （二）按軸線形狀分：1、直軸（1）光軸作傳動(dòng)軸（應(yīng)力集中?。?）階梯軸 優(yōu)點(diǎn)：1）便于軸上零件定位；2）便于實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)度2、曲軸 另外還有空心軸（機(jī)床主軸）和鋼絲軟軸（撓性軸）它可將運(yùn)動(dòng)靈活地傳到狹窄的空間位置。如牙鋁的傳動(dòng)軸。二、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是確定軸的外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。但軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則上應(yīng)滿足如下要求：1)軸上零件有準(zhǔn)確的位置和可靠的相對(duì)固定；2)良好的制造和安裝工藝性；3)形狀、尺寸應(yīng)有利于減少應(yīng)力集中；4）尺寸要求。 （一）軸上零件的定位和固定軸上零件的

3、定位是為了保證傳動(dòng)件在軸上有準(zhǔn)確的安裝位置；固定則是為了保證軸上零件在運(yùn)轉(zhuǎn)中保持原位不變。作為軸的具體結(jié)構(gòu)，既起定位作用又起固定作用。1、軸上零件的軸向定位和固定：軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母和止退墊圈、彈性擋圈、螺釘鎖緊擋圈、軸端擋圈以及圓錐面和軸端擋圈等。2、軸上零件的周向固定：銷、鍵、花鍵、過(guò)盈配合和成形聯(lián)接等，其中以鍵和花鍵聯(lián)接應(yīng)用最廣。（二） 軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸應(yīng)盡量滿足加工、裝配和維修的要求。為此，常采用以下措施：1、當(dāng)某一軸段需車制螺紋或磨削加工時(shí)，應(yīng)留有退刀槽或砂輪越程槽。2、軸上所有鍵槽應(yīng)沿軸的同一母線布置。3、為了便于軸上零件的裝配和去除毛刺，軸及軸肩端部一般均應(yīng)

4、制出45的倒角。過(guò)盈配合軸段的裝入端常加工出帶錐角為30的導(dǎo)向錐面。4、為便于加工，應(yīng)使軸上直徑相近處的圓角、倒角、鍵槽、退刀槽和越程槽等尺寸一致。（三）提高軸的疲勞強(qiáng)度軸大多在變應(yīng)力下工作，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中，以提高其疲勞強(qiáng)度。1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面 軸截面尺寸突變處會(huì)造成應(yīng)力集中，所以對(duì)階梯軸相鄰軸段直徑不宜相差太大，在軸徑變化處的過(guò)渡圓角半徑不宜過(guò)小。盡量避免在軸上開橫孔、凹槽和加工螺紋。在重要結(jié)構(gòu)中可采用凹切圓角、過(guò)渡肩環(huán)，以增加軸肩處過(guò)渡圓角半徑和減小應(yīng)力集中。為減小輪轂的軸壓配合引起的應(yīng)力集中，可開減載槽。2、制造工藝方面 提高軸的表面質(zhì)量，降低表面粗糙度，對(duì)軸表面采用碾壓、噴

5、丸和表面熱處理等強(qiáng)化方法，均可顯著提高軸的疲勞強(qiáng)度。（四）各軸段的直徑和長(zhǎng)度的確定1、各軸段直徑確定a) 按扭矩估算所需的軸段直徑d min； b) 按軸上零件安裝、定位要求確定各段軸徑。注意：與標(biāo)準(zhǔn)零件相配合軸徑應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)植；同一軸徑軸段上不能安裝三個(gè)以上零件。2、各軸段長(zhǎng)度 與各軸段上相配合零件寬度相對(duì)應(yīng)；考慮零件間的適當(dāng)間距（特別）是轉(zhuǎn)動(dòng)零件與靜止零件之間必須有一定的間隙。 三、軸的強(qiáng)度計(jì)算（一）軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件為由上式可得軸的直徑計(jì)算公式：式中 a計(jì)算常數(shù)，與軸的材料和承載情況有關(guān)上式計(jì)算求得的軸頸，對(duì)有一個(gè)鍵槽的軸段應(yīng)增大3，對(duì)有兩個(gè)鍵槽的軸段應(yīng)增大7。（二）按彎扭

6、合成強(qiáng)度計(jì)算 在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步完成后，通常要對(duì)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行彎扭合成強(qiáng)度校核。對(duì)于鋼制軸可按第三強(qiáng)度理論計(jì)算，強(qiáng)度條件為：由上式可推得軸設(shè)計(jì)公式為：當(dāng)量應(yīng)力（n/2）；me當(dāng)量彎矩（n），；m為危險(xiǎn)截面上的合成彎矩，其中mh、mv分別為水平面上、垂直面上的彎矩。w軸危險(xiǎn)截面彎曲截面系數(shù)，對(duì)圓截面w0.1d3。折合系數(shù)。對(duì)于不變的扭矩，；對(duì)于脈動(dòng)循環(huán)扭矩，；對(duì)于頻繁正反轉(zhuǎn)的軸，可視為對(duì)稱循環(huán)交變應(yīng)力，取=1。若扭矩變化規(guī)律不清，一般也按脈動(dòng)循環(huán)處理；、分別為對(duì)稱循環(huán)、脈動(dòng)循環(huán)及靜應(yīng)力狀態(tài)下材料的許用彎曲應(yīng)力當(dāng)危險(xiǎn)截面有鍵槽時(shí)，應(yīng)將計(jì)算得軸徑增大4%7%。（三）軸的剛度計(jì)算防止軸過(guò)大的彈性變莆而影響軸

7、上零件的正常工作，要求控制其受載后的變形量不超過(guò)最大允許變形量。1、彎曲剛度按材料力學(xué)公式計(jì)算出軸的撓度y和偏轉(zhuǎn)角撓曲線方程：撓度： 積分二次偏轉(zhuǎn)角：積分一次y軸的允許撓度，mm軸的允許偏轉(zhuǎn)角mm，rad2、扭轉(zhuǎn)剛度每米長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角度扭轉(zhuǎn)角 /m 一般傳動(dòng)軸，許用扭轉(zhuǎn)角，精密傳動(dòng)軸：（四）軸的振動(dòng)穩(wěn)定性及臨界轉(zhuǎn)速軸由于組織不均勻，加工誤差等原因，質(zhì)心會(huì)偏離軸線產(chǎn)生離心力，隨著軸的旋轉(zhuǎn)離心力（方向）會(huì)產(chǎn)生周期性變化周期性的干擾力彎曲振動(dòng)（橫向）當(dāng)振動(dòng)頻率與軸本身的彎曲自振頻一致時(shí)產(chǎn)生彎曲共振現(xiàn)象。較常見另外，當(dāng)軸傳遞的功率有周期性變化時(shí)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)扭轉(zhuǎn)共振。臨界轉(zhuǎn)速軸引起共振時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速，在臨

8、界轉(zhuǎn)速附近，軸將產(chǎn)生顯著變形。同型振動(dòng)有多個(gè)臨界轉(zhuǎn)速，其中最低的叫一階臨界轉(zhuǎn)速，其余的叫二、三階臨界轉(zhuǎn)速。工作轉(zhuǎn)速n低于一介臨界轉(zhuǎn)速nc1稱為剛性軸工作轉(zhuǎn)速n高于一介臨界轉(zhuǎn)速nc1稱為撓性軸一般：剛性軸： nc1、nc2分別為一階和二階臨界轉(zhuǎn)速撓性軸：高速軸應(yīng)使其工作轉(zhuǎn)速避開相應(yīng)的高階臨界轉(zhuǎn)速。提高軸的強(qiáng)度、剛度和減輕軸的重量的措施（補(bǔ)充）四、軸的材料及選擇軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼。碳素鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中敏感性較小，應(yīng)用較為廣泛。常用的碳素鋼有30、40、45和50鋼，其中以45鋼應(yīng)用最廣。為改善其機(jī)械性能，可進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理。合金鋼具有較好的機(jī)械性能，但價(jià)格較貴。當(dāng)載荷大，要求

9、尺寸小，重量輕或有其它特殊要求的軸，可采用合金鋼。球墨鑄鐵容易獲得復(fù)雜的形狀，而且吸振性好，對(duì)應(yīng)力集中敏感性低，適用于制造外形復(fù)雜的軸，如曲軸和凸輪軸等。注意：由于碳素鋼與合金鋼的彈性模量基本相同，所以采用合金鋼并不能提高軸的剛度。軸的各種熱處理（如高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等）以及表面強(qiáng)化處理（噴丸、滾壓）對(duì)提高軸的疲勞強(qiáng)度有顯著效果。軸的常用材料及力學(xué)性能見表13.4五、軸的設(shè)計(jì)1、選擇軸的材料 根據(jù)軸的工作要求，并考慮工藝性和經(jīng)濟(jì)性，選擇合適的材料。2、初步確定軸的直徑 可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算軸最細(xì)部分的直徑，也可用類比法確定。3、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)軸上零件的數(shù)量、工作情況及裝配方案，畫出

10、階梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖。由軸最細(xì)部分的直徑遞推各段軸直徑，相鄰兩段軸直徑之差通?？扇?10。各段軸的長(zhǎng)度由軸上各零件的寬度及裝配空間確定。4、軸的強(qiáng)度校核 首先對(duì)軸上傳動(dòng)零件進(jìn)行受力分析，畫出軸彎矩圖和扭矩圖，判斷危險(xiǎn)截面，然后對(duì)軸危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。當(dāng)校核不合格時(shí)，還要改變危險(xiǎn)截面尺寸，進(jìn)而修改軸的結(jié)構(gòu)，直至校核合格為止。因此，軸的設(shè)計(jì)過(guò)程是反復(fù)、交叉進(jìn)行的。小結(jié)：1、軸的分類，軸的常用材料及熱處理。2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3、軸的強(qiáng)度計(jì)算。作業(yè)與思考： 1、軸按功用與所受載荷的不同分哪幾種？常見的軸大多屬于哪一種？2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)從哪幾個(gè)方面考慮？3、軸上零件的周向固定有哪些方法？采用鍵固定時(shí)應(yīng)注

11、意什么？2.1.1 概述軸是機(jī)械中非常重要的零件，用來(lái)支承回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)零件，如帶輪、齒輪、蝸輪等，同時(shí)實(shí)現(xiàn)同一軸上不同零件間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞。1. 軸的分類根據(jù)工作過(guò)程中軸的中心線形狀的不同，軸可以分為：直軸和曲軸。根據(jù)工作過(guò)程中的承載不同，可以將軸分為： 傳動(dòng)軸：指主要受扭矩作用的軸，如汽車的傳動(dòng)軸。 心軸：指主要受彎矩作用的軸。心軸可以是轉(zhuǎn)動(dòng)的，也可以是不轉(zhuǎn)動(dòng)的。 轉(zhuǎn)軸：指既受扭矩，又受彎矩作用的軸。轉(zhuǎn)軸是機(jī)器中最常見的軸。根據(jù)軸的外形，可以將直軸分為光軸和階梯軸；根據(jù)軸內(nèi)部狀況，又可以將直軸分為實(shí)心軸和空。2. 軸的設(shè)計(jì) 軸的工作能力設(shè)計(jì)。主要進(jìn)行軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、剛度設(shè)計(jì)，對(duì)于轉(zhuǎn)速較高的

12、軸還要進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性的計(jì)算。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)軸的功能，軸必須保證軸上零件的安裝固定和保證軸系在機(jī)器中的支撐要求，同時(shí)應(yīng)具有良好的工藝性。一般的設(shè)計(jì)步驟為：選擇材料，初估軸徑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，強(qiáng)度校核，必要時(shí)要進(jìn)行剛度校核和穩(wěn)定性計(jì)算。校核結(jié)果如不滿足承載要求時(shí)，則必須修改原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果，再重新校核。3. 軸的材料軸是主要的支承件，常采用機(jī)械性能較好的材料。常用材料包括： 碳素鋼：該類材料對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較小，價(jià)格較低，是軸類零件最常用的材料。常用牌號(hào)有：30、35、40、45、50。采用優(yōu)質(zhì)碳鋼時(shí)，一般應(yīng)進(jìn)行熱處理以改善其性能。受力較小或不重要的軸，也可以選用q235、q255等普通碳鋼。 合

13、金鋼：對(duì)于要求重載、高溫、結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕等使用場(chǎng)合的軸，可以選用合金綱。合金鋼具有更好的機(jī)械性能和熱處理性能，但對(duì)應(yīng)力集中較敏感，價(jià)格也較高。設(shè)計(jì)中尤其要注意從結(jié)構(gòu)上減小應(yīng)力集中，并提高其表面質(zhì)量。 鑄鐵：對(duì)于形狀比較復(fù)雜的軸，可以選用球墨鑄鐵和高強(qiáng)度的鑄鐵。它們具有較好的加工性和吸振性，經(jīng)濟(jì)性好且對(duì)應(yīng)力集中不敏感，但鑄造質(zhì)量不易保證。 2.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)軸在工作中的作用，軸的結(jié)構(gòu)取決于：軸在機(jī)器中的安裝位置和形式，軸上零件的類型和尺寸，載荷的性質(zhì)、大小、方向和分布狀況，軸的加工工藝等多個(gè)因素。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：軸上零件布置合理，從而軸受力合理有利于提高強(qiáng)度和剛度；軸和軸上

14、零件必須有準(zhǔn)確的工作位置；軸上零件裝拆調(diào)整方便；軸具有良好的加工工藝性；節(jié)省材料等。1. 軸的組成軸的毛坯一般采用圓鋼、鍛造或焊接獲得，由于鑄造品質(zhì)不易保證，較少選用鑄造毛坯。軸主要由三部分組成。軸上被支承，安裝軸承的部分稱為軸頸；支承軸上零件，安裝輪轂的部分稱為軸頭；聯(lián)結(jié)軸頭和軸頸的部分稱為軸身。軸頸上安裝滾動(dòng)軸承時(shí)，直徑尺寸必須按滾動(dòng)軸承的國(guó)標(biāo)尺寸選擇，尺寸公差和表面粗糙度須按規(guī)定選擇；軸頭的尺寸要參考輪轂的尺寸進(jìn)行選擇，軸身尺寸確定時(shí)應(yīng)盡量使軸頸與軸頭的過(guò)渡合理，避免截面尺寸變化過(guò)大，同時(shí)具有較好的工藝性。2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)中常采用以下的設(shè)計(jì)步驟：1 分析所設(shè)計(jì)軸的工作狀況，擬定軸上

15、零件的裝配方案和軸在機(jī)器中的安裝情況。2 根據(jù)已知的軸上近似載荷，初估軸的直徑或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定軸的某徑向尺寸。3 根據(jù)軸上零件受力情況、安裝、固定及裝配時(shí)對(duì)軸的表面要求等確定軸的徑向（直徑）尺寸。4 根據(jù)軸上零件的位置、配合長(zhǎng)度、支承結(jié)構(gòu)和形式確定軸的軸向尺寸。考慮加工和裝配的工藝性，使軸的結(jié)構(gòu)更合理。3. 零件在軸上的安裝保證軸上零件可靠工作，需要零件在工作過(guò)程中有準(zhǔn)確的位置，即零件在軸上必須有準(zhǔn)確的定位和固定。零件在軸上的準(zhǔn)確位置包括軸向和周向兩個(gè)方面。 零件在軸上的軸向定位和固定常見的軸向定位和固定的方法采用軸肩、各種擋圈、套筒、圓螺母、錐端軸頭等的多種組合結(jié)構(gòu)。 軸肩分為定位軸肩和非定位

16、軸肩兩種。利用軸肩定位結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，但軸的直徑加大，軸肩處出現(xiàn)應(yīng)力集中；軸肩過(guò)多也不利于加工。因此，定位軸肩多在不致過(guò)多地增加軸的階梯數(shù)和軸向力較大的情況下使用，定位軸肩的高度一般取36mm，滾動(dòng)軸承定位軸肩的高度需按照滾動(dòng)軸承的安裝尺寸確定。非定位軸肩多是為了裝配合理方便和徑向尺寸過(guò)度時(shí)采用，軸肩高度無(wú)嚴(yán)格限制，一般取為12mm。 套筒定位可以避免軸肩定位引起的軸徑增大和應(yīng)力集中，但受到套筒長(zhǎng)度和與軸的配合因素的影響，不宜用在使套筒過(guò)長(zhǎng)和高速旋轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。 擋圈的種類較多，且多為標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)中需按照各種擋圈的用途和國(guó)標(biāo)來(lái)選用。 零件在軸上的周向定位和固定常見的周向定位和固定的方法采用鍵、花鍵

17、、過(guò)盈配合、成形聯(lián)結(jié)、銷等多種結(jié)構(gòu)。鍵是采用最多的方法。同一軸上的鍵槽設(shè)計(jì)中應(yīng)布置在一條直線上，如軸徑尺寸相差不過(guò)大時(shí)，同一軸上的鍵最好選用相同的鍵寬。4. 軸的結(jié)構(gòu)工藝性從裝配來(lái)考慮：應(yīng)合理的設(shè)計(jì)非定位軸肩，使軸上不同零件在安裝過(guò)程中盡量減少不必要的配合面；為了裝配方便，軸端應(yīng)設(shè)計(jì)45的倒角；在裝鍵的軸段，應(yīng)使鍵槽靠近軸與輪轂先接觸的直徑變化處，便于在安裝時(shí)零件上的鍵槽與軸上的鍵容易對(duì)準(zhǔn)；采用過(guò)盈配合時(shí)，為了便于裝配，直徑變化可用錐面過(guò)渡等。從加工來(lái)考慮：當(dāng)軸的某段須磨削加工或有螺紋時(shí)，須設(shè)計(jì)砂輪越程槽或退刀槽；根據(jù)表面安裝零件的配合需要，合理確定表面粗糙度和加工方法；為改善軸的抗疲勞強(qiáng)度，

18、減小軸徑變化處的應(yīng)力集中，應(yīng)適當(dāng)增大其過(guò)渡圓角半徑，但同時(shí)要保證零件的可靠定位，過(guò)渡圓角半徑又必須小于與之相配的零件的圓角半徑或倒角尺寸。.2.1.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算 進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法。 對(duì)于只傳遞扭矩的軸（傳動(dòng)軸），按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算； 對(duì)于只承受轉(zhuǎn)矩的軸（心軸），按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì)于既受到轉(zhuǎn)矩的作用，又受到彎矩作用的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算； 重要的軸還需按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核。對(duì)于瞬時(shí)過(guò)載很大或應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性較為嚴(yán)重的軸，還應(yīng)校核靜強(qiáng)度。1. 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)軸的轉(zhuǎn)矩的大小，通過(guò)計(jì)算切應(yīng)力來(lái)建立軸的強(qiáng)度條件。這種

19、方法計(jì)算簡(jiǎn)便，但計(jì)算精度較低，主要用于初步估算軸徑以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和以傳遞轉(zhuǎn)矩為主的傳動(dòng)軸。強(qiáng)度條件為： t軸所傳遞的扭矩， wr軸抗扭截面模量，對(duì)實(shí)心軸 軸的直徑：mm p軸所傳遞的功率（kw） n軸的轉(zhuǎn)速（r/min）; 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（mpa）。 c與材料有關(guān)的系數(shù)。當(dāng)軸所受彎矩較大時(shí)，c值宜取較大值，反之相反。最小直徑處有鍵槽時(shí)，單鍵軸徑需增加3%，雙鍵軸徑需增加7%。2. 彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)軸在工作中的受力狀況，常見的軸既要受到扭矩的作用又要受到彎矩的作用。根據(jù)強(qiáng)度理論，對(duì)軸所受到的彎矩和扭矩進(jìn)行合成，用合成后的當(dāng)量彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力作為軸所受到的應(yīng)力，對(duì)影響軸疲勞強(qiáng)度的其它因素，采用

20、降低需用應(yīng)力的方法來(lái)考慮，建立軸的強(qiáng)度分析條件，即為按彎扭合成計(jì)算軸的強(qiáng)度。具體計(jì)算步驟為：1 根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果，確定外載荷作用點(diǎn)、大小、方向和支點(diǎn)位置，繪制軸的受力計(jì)算簡(jiǎn)圖；2 確定坐標(biāo)系，將外載荷分解為水平面和垂直面內(nèi)分力，求出水平、垂直兩平面支反力；3 繪制水平面、垂直平面的彎矩mx、my圖；4 計(jì)算合成彎矩,繪制合成彎矩圖；5 繪制轉(zhuǎn)矩圖；6 按照強(qiáng)度理論求出當(dāng)量彎矩me，繪制當(dāng)量彎矩圖；式中是根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)。對(duì)于不變的轉(zhuǎn)矩，??；對(duì)于脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，?。粚?duì)于對(duì)稱循環(huán)的轉(zhuǎn)矩，取=1。+1b、0b、-1b分別為材料在靜應(yīng)力、脈動(dòng)應(yīng)力和對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力。實(shí)際設(shè)計(jì)中

21、，常按脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算。7 確定危險(xiǎn)截面，校核危險(xiǎn)截面軸徑?；?w軸的抗彎截面模量； -1b許用彎曲應(yīng)力3疲勞強(qiáng)度精確（安全系數(shù)強(qiáng)度）校核計(jì)算對(duì)于使用場(chǎng)合重要，要求計(jì)算精度較高的重要軸，按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，未考慮軸的細(xì)部結(jié)構(gòu)，需進(jìn)行更準(zhǔn)確的計(jì)算，通常采用安全系數(shù)法。具體計(jì)算步驟為：8 同彎扭合成步驟1；9 繪制彎矩圖和扭矩圖；10 確定危險(xiǎn)截面，求出截面上的彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力及應(yīng)力變化情況；11 計(jì)算疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)s：彎矩作用下的安全系數(shù)為s：轉(zhuǎn)矩作用下的安全系數(shù)為s： kn壽命系數(shù)； -1、-1對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力時(shí)材料的彎曲疲勞限和扭轉(zhuǎn)疲勞限； k、k彎曲和扭轉(zhuǎn)式的應(yīng)力集中系數(shù); 為表面質(zhì)量系數(shù)；

22、 、尺寸系數(shù)； m、m平均應(yīng)力；、平均應(yīng)力折合為應(yīng)力幅的等效系數(shù)，、 0、0脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力時(shí)材料的彎曲疲勞極限和扭轉(zhuǎn)疲勞極限。 5. 校核疲勞強(qiáng)度：ss，s許用安全系數(shù)。4靜強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于工作過(guò)程中瞬時(shí)過(guò)載很大或應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性較為嚴(yán)重的軸，軸上的尖峰載荷及時(shí)作用實(shí)踐很短和出現(xiàn)次數(shù)很少，不足以引起疲勞破壞，但卻能使軸產(chǎn)生塑性變形。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)校核靜強(qiáng)度。（1）按彎扭合成校核：強(qiáng)度條件為：式中：0=m/w,0=t/wt;對(duì)于實(shí)心圓軸，0=10m/d3,0=5t/d3,代入上式可得或式中：me0靜強(qiáng)度當(dāng)量彎矩；0靜強(qiáng)度許用應(yīng)力計(jì)算時(shí)m和t應(yīng)取最大載荷的數(shù)值。許用應(yīng)力取= s/s。s為材料的屈服極限，s為安

23、全系數(shù)，其值根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定。當(dāng)載荷或應(yīng)力不能精確計(jì)算，材料性能無(wú)把握時(shí)，上述s值應(yīng)增大20%50%。2.1.4 軸的剛度計(jì)算 軸屬于細(xì)長(zhǎng)桿件類零件，對(duì)于重要的或有剛度要求的軸，要進(jìn)行剛度計(jì)算。軸的剛度有彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度兩種。彎曲剛度用軸的撓度y或偏轉(zhuǎn)角來(lái)表征，扭轉(zhuǎn)剛度用軸的扭轉(zhuǎn)角來(lái)表征。軸的剛度計(jì)算，就是計(jì)算軸在工作載荷下的變形量，并要求其在允許的范圍內(nèi)，即：yy,; 。1. 彎曲剛度計(jì)算進(jìn)行軸的彎曲剛度計(jì)算時(shí)，通常按材料力學(xué)的方法計(jì)算撓度和偏轉(zhuǎn)角，常用的有當(dāng)量軸徑法和能量法。(1)當(dāng)量軸徑法適用于軸的各段直徑相差較小且只需作近似計(jì)算的場(chǎng)合。它是通過(guò)將階梯軸轉(zhuǎn)化為等效光軸后求等效軸的彎曲變

24、形。等效光軸的直徑為：式中：di階梯軸的第i段直徑(i=1n,n為段數(shù))；li為階梯軸的第i段長(zhǎng)度。若作用于光軸的載荷f位于支承跨矩l的中間位置時(shí)，則軸在該處的撓度y和支承處的偏轉(zhuǎn)角分別為：，式中：e材料的彈性模量(n/mm2)；i光軸剖面的慣性矩，(mm4)(2) 能量法適用于階梯軸的彎曲剛度的較精確計(jì)算。它是通過(guò)對(duì)軸受外力作用后所引起的變形能的分析，應(yīng)用材料力學(xué)的方法分析軸的變形。2. 扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算軸受轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，對(duì)于鋼制實(shí)心階梯軸，其扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算式為：（rad）式中：g材料的剪切彈性模量，鋼的g=81000n/mm；ti、li、di分別為第i段軸所受的轉(zhuǎn)矩（n.mm）、長(zhǎng)度(mm)和直徑

25、(mm)。3. 提高軸的疲勞強(qiáng)度和剛度的措施設(shè)計(jì)過(guò)程中，除合理選材外還可從結(jié)構(gòu)安排和工藝等方面采取措施來(lái)提高軸的承載能力。(1) 分析軸上零件特點(diǎn)，減小軸受載荷根據(jù)軸上安裝的傳動(dòng)零件的狀況，合理布置和合理設(shè)計(jì)可以減小軸的受載。對(duì)于受彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用的轉(zhuǎn)軸，可以改進(jìn)軸和軸上零件結(jié)構(gòu)，使軸的承載減少。(2)改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中避免軸的剖面尺寸發(fā)生較大的變化，采用較大的過(guò)渡圓角半徑，當(dāng)裝配零件的倒角很小時(shí)，可以采用內(nèi)凹圓角或加裝隔離環(huán)；盡可能不在軸的受載區(qū)段切制螺紋；可能時(shí)適當(dāng)放松零件與軸的配合，在輪轂上或與輪轂配合區(qū)段兩端的軸上加開卸載槽，以降低過(guò)盈配合處的應(yīng)力集中等。(3)改進(jìn)軸的表面質(zhì)

26、量，提高軸的疲勞強(qiáng)度減小表面及圓角處的表面粗糙度；對(duì)零件進(jìn)行表面淬火、滲氮、滲碳、碳氮共滲等處理；對(duì)零件表面進(jìn)行碾壓加工或噴丸硬化處理等可以顯著提高軸的承載能力。(4)采用空心軸，減輕質(zhì)量，提高強(qiáng)度和剛度（內(nèi)徑d0/外徑d）為0.6的空心軸與直徑為d的實(shí)心軸相比，空心軸的剖面模量減少13%，質(zhì)量減少36%；d0/d仍為0.6的空心軸與同質(zhì)量的實(shí)心軸相比，剖面模量可增加1.7倍。2.1.5 軸的振動(dòng)計(jì)算 受變載荷作用的軸，如果載荷的變化頻率與軸的自振頻率相同或接近時(shí)，軸會(huì)發(fā)生共振。共振使軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生很大變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使軸或軸上零件甚至整個(gè)機(jī)器遭受破壞，發(fā)生共振現(xiàn)象時(shí)的轉(zhuǎn)速，稱為軸的臨界轉(zhuǎn)速。 軸的回轉(zhuǎn)頻率與軸的自振頻率相同或接近時(shí)，軸也會(huì)發(fā)生共振。對(duì)于高轉(zhuǎn)速的軸和受周期性外載荷的軸，必須進(jìn)行振動(dòng)計(jì)算。 軸的振動(dòng)計(jì)算，主要是計(jì)算其臨界轉(zhuǎn)速，以采取必要的措施，