《軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》ppt課件

1、直軸光軸直軸階梯曲軸CH7 軸軸Shafts)習(xí) 題二-14三-4、四-4作業(yè)題P114思索題P113提高軸的強(qiáng)度、提高軸的強(qiáng)度、剛度和減輕分量的措施剛度和減輕分量的措施1 1 軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)概述軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)概述一一. . 主要功用主要功用二二. . 分類分類1. 按承載分心軸：只接受彎曲心軸：只接受彎曲M M ，不傳送轉(zhuǎn)矩，不傳送轉(zhuǎn)矩T = 0T = 01. 支承軸上回轉(zhuǎn)零件如齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)心軸：軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)心軸：軸轉(zhuǎn)動(dòng)固定心軸：軸固定固定心軸：軸固定2. 傳送運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 軸主要用于支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件，傳送運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，同時(shí)又受軸承支承，是機(jī)械中必不可少的重要零件。問：火車輪軸屬于什么類型？問：自行車軸屬于什

2、么類型？轉(zhuǎn)軸：既傳送轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)軸：既傳送轉(zhuǎn)矩T T、又接受彎矩、又接受彎矩MM 如：減速器中的軸。如：減速器中的軸。傳動(dòng)軸：只受轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)軸：只受轉(zhuǎn)矩T T ，不受彎矩，不受彎矩M = 0M = 0 如：汽車下面的傳動(dòng)軸。如：汽車下面的傳動(dòng)軸。討論：根據(jù)承載情況以下各軸分別為哪種類型？0 軸：軸：軸：軸：軸：軸：傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸如何判別軸能否傳送轉(zhuǎn)矩：如何判別軸能否接受彎矩：2. 按軸線外形分又可分為實(shí)心、空心加工困難動(dòng)力源被驅(qū)動(dòng)安裝接頭接頭三三. . 軸的資料軸的資料1. 碳素鋼：30、35、45、50(正火或調(diào)質(zhì))，45運(yùn)用最廣。 價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中不敏感，良好的加工性。鋼絲軟軸

3、的繞制2. 中、低碳合金鋼：20Cr、35SiMn、40Cr、40MnB等。 強(qiáng)度高、壽命長，對(duì)應(yīng)力集中敏感，用于重載、 小尺寸的軸。留意：鋼材種類熱處置對(duì)鋼材彈性模量E影響很小3. 合金鑄鐵、QT：鑄呵斥形，吸振，可靠性低，質(zhì)量難控制。 常用于凸輪軸、曲軸。四四. . 軸設(shè)計(jì)的主要問題軸設(shè)計(jì)的主要問題失效方式：2. 變形過大問：當(dāng)軸的剛度缺乏時(shí)，如何提高軸的剛度？用用熱處置合金鋼不能提高軸的剛度。1. 疲勞破壞疲勞強(qiáng)度校核剛度驗(yàn)算如機(jī)床主軸4. 塑性變形設(shè)計(jì)的主要問題：a. 有足夠的強(qiáng)度 疲勞強(qiáng)度、靜強(qiáng)度；1. 合理的構(gòu)造設(shè)計(jì) 保證軸上零件有可靠的任務(wù)位置，裝配、 裝配方便，周向、軸向固定可

4、靠，便于軸上零件的調(diào)整；b. 有足夠的剛度 防止產(chǎn)生大的變形；c. 有足夠的穩(wěn)定性 防止共振 穩(wěn)定性計(jì)算。2. 任務(wù)才干計(jì)算3. 振動(dòng)折斷高速軸，自振頻率與軸轉(zhuǎn)速接近短期尖峰載荷驗(yàn)算屈服強(qiáng)度 回 顧1 1 軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)概述軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)概述一一. . 主要功用主要功用二二. . 分類分類三三. . 軸的資料軸的資料四四. . 軸設(shè)計(jì)的主要問題軸設(shè)計(jì)的主要問題二二. . 要求要求1. 軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的相對(duì)位置；2. 受力合理軸構(gòu)造有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度；3. 軸的加工、裝配有良好的工藝性、減少應(yīng)力集中；三三. . 軸的毛坯軸的毛坯d小小圓鋼棒料：車制；圓鋼棒料：車制；d大大鍛造毛坯；鍛造毛

5、坯；空心軸：充分利用資料，質(zhì)量，但加工困難。2 2 軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)一一. . 目的目的確定軸的尺寸、外形：d、l；構(gòu)造復(fù)雜鑄造毛坯，如曲軸；四四. . 階梯軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)階梯軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)F等強(qiáng)度階梯軸1. 擬定軸上零件裝配方案組成裝配方案的比較：滾動(dòng)軸承齒輪套筒軸承端蓋半聯(lián)軸器軸端擋圈rRhrChb2-3mm2. 零件在軸上的固定1軸向固定a借助軸本身外形定位：軸肩、圓錐形軸頭；b借助擋圈、圓螺母、套筒等定位；留意：防止過定位留意：防止過定位 L L軸段長度軸段長度 = B= B輪轂寬輪轂寬 - (23) mm- (23) mm保證軸上零件可靠定位：保證軸上零件可靠定位：軸圓角半徑軸圓

6、角半徑r r軸上零件倒角尺寸軸上零件倒角尺寸c c軸肩高度軸肩高度h h 或 軸圓角半徑r 軸上零件圓角半徑R軸肩高度h2周向固定鍵、花鍵、成形聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)接、過盈、銷等 軸轂聯(lián)接定位軸肩：定位軸肩：h = (0.070.1)d h = (0.070.1)d ； d d：軸頸尺寸；：軸頸尺寸；非定位軸肩：非定位軸肩：h =(12) mmh =(12) mm；軸環(huán)直徑最大的軸段稱為軸環(huán)：軸環(huán)直徑最大的軸段稱為軸環(huán)：b 1.4hb 1.4h；四處錯(cuò)誤正確答案三處錯(cuò)誤正確答案軸系構(gòu)造改錯(cuò)軸系構(gòu)造改錯(cuò)兩處錯(cuò)誤1.左側(cè)鍵太長，套筒無法裝入2.多個(gè)鍵應(yīng)位于同一母線上五五. . 軸段尺寸軸段尺寸1. d：

7、由載荷dmin由構(gòu)造設(shè)計(jì)要求確定各段的d。2. L：由軸上零件相對(duì)位置及零件寬度決議，同時(shí)思索：1軸段長比輪轂寬小23 mm可靠定位。2傳動(dòng)件、箱體、軸承、聯(lián)軸器等零件間間隔(查手冊(cè))。各軸段直徑d 和長度L確實(shí)定例如六六. . 軸的構(gòu)造工藝性設(shè)計(jì)軸的構(gòu)造工藝性設(shè)計(jì)1. 需磨削的軸段：砂輪越程槽。3. 軸端應(yīng)有倒角：c45便于裝配。4. 裝配段不宜過長。5. 固定不同零件的各鍵槽應(yīng)布置在同一母線上，以減少裝夾次數(shù)。2. 需切制螺紋的軸段：螺紋退刀槽。3 3 軸的最小直徑確實(shí)定軸的最小直徑確實(shí)定按許用切應(yīng)力計(jì)算按改動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算按許用切應(yīng)力計(jì)算按改動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度條件： aTTTTMPWnPWT610

8、55. 9mmnPCnPdT3336 2 . 01055. 9式中：WT 抗扭截面系數(shù)，mm3 T許用切應(yīng)力C與資料有關(guān)的系數(shù)表與資料有關(guān)的系數(shù)表16.2公式運(yùn)用：a傳動(dòng)軸準(zhǔn)確計(jì)算；b轉(zhuǎn)軸的初估軸徑dmin構(gòu)造設(shè)計(jì)，逐漸階梯化di 支點(diǎn)、力作用點(diǎn)未知；c對(duì)于轉(zhuǎn)軸：算出dmin構(gòu)造設(shè)計(jì)彎矩圖彎扭 合成強(qiáng)度計(jì)算；d有鍵槽處：d，單鍵3%；雙鍵7%。1 1 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算一一. . 按許用切應(yīng)力計(jì)算按改動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算見構(gòu)造設(shè)計(jì)按許用切應(yīng)力計(jì)算按改動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算見構(gòu)造設(shè)計(jì)二二. . 按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算知條件：作用力大小、位置、軸d、l、支點(diǎn)位置由dm

9、in(改動(dòng)初估)構(gòu)造設(shè)計(jì)支點(diǎn)、力大小、作用點(diǎn)畫出M、T 合成彎矩圖危險(xiǎn)截面計(jì)算。步驟：P3141. 畫出軸的空間受力簡圖：力分解到程度面、垂直面畫出軸的空間受力簡圖： 力分解到程度面、垂直面2. 作程度面彎矩Mxy圖 3. 垂直面彎矩Mxz圖22xzxyMMM4. 作出合成彎矩圖5. 繪轉(zhuǎn)矩T 圖6. 求當(dāng)量彎矩22)( TMM繪M 圖 根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)不同而引入的應(yīng)力校正系數(shù)。根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)不同而引入的應(yīng)力校正系數(shù)。 普通為對(duì)稱循環(huán)變化彎矩引起的彎曲應(yīng)力普通為對(duì)稱循環(huán)變化彎矩引起的彎曲應(yīng)力1單向旋轉(zhuǎn)、載荷穩(wěn)定：切應(yīng)力接近不變 r = +1；3 . 0/11bb2單向旋轉(zhuǎn)、載荷不穩(wěn)定：切應(yīng)力接近脈動(dòng)

10、循環(huán) r = 0；6 .0/01bb3延續(xù)正反轉(zhuǎn)、載荷不穩(wěn)定：切應(yīng)力接近對(duì)稱循環(huán)，r = -1；1/11bbT： 實(shí)踐機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不能夠完全均勻，且有改動(dòng)振動(dòng)的存在，為平安計(jì)，常按脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算。循環(huán)特性：maxminr靜應(yīng)力r = +1 0amaxminm，脈動(dòng)循環(huán)r = 02maxam，0min對(duì)稱循環(huán)r = -10m，minmaxa6. 強(qiáng)度條件：abbMPdTMWM1 .0)(1322mmMdb31 1 . 0W 軸的抗彎截面系數(shù)，軸的抗彎截面系數(shù)，P332 附錄表附錄表75. 確定危險(xiǎn)截面。假設(shè)軸上開鍵槽：d適當(dāng)單鍵：35%，雙鍵：710%花鍵：計(jì)算出的d為內(nèi)徑。 回 顧1 1 軸的構(gòu)造設(shè)

11、計(jì)概述軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)概述2 2 軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)3 3 軸的最小直徑確實(shí)定軸的最小直徑確實(shí)定1 1 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算1. 1. 按許用切應(yīng)力計(jì)算按改動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算按許用切應(yīng)力計(jì)算按改動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算2. 2. 按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算3. 3. 軸的平安系數(shù)校核計(jì)算準(zhǔn)確計(jì)算軸的平安系數(shù)校核計(jì)算準(zhǔn)確計(jì)算三三. . 軸的平安系數(shù)校核計(jì)算準(zhǔn)確計(jì)算軸的平安系數(shù)校核計(jì)算準(zhǔn)確計(jì)算1. 疲勞強(qiáng)度校核1按M 計(jì)算：應(yīng)力集中k、k 重要軸：需進(jìn)一步在軸構(gòu)造化后進(jìn)展準(zhǔn)確計(jì)算。重要軸：需進(jìn)一步在軸構(gòu)造化后進(jìn)展準(zhǔn)確計(jì)算。沒有準(zhǔn)確計(jì)入影響疲勞強(qiáng)度的其它重要要素。尺寸系數(shù)、

12、外表形狀 2方法：對(duì)軸上假設(shè)干“危險(xiǎn)剖面(實(shí)踐應(yīng)力較大的剖面，如受力較 大、截面較小及應(yīng)力集中較嚴(yán)重處)進(jìn)展平安系數(shù)校核。3根本公式：mabNkkS1maNkkS1單純受彎：單純受扭：kk、kk有效應(yīng)力集中系數(shù)，有效應(yīng)力集中系數(shù)，P329P329、P330P330； 外表形狀系數(shù)外表形狀系數(shù)P331P331；、尺寸系數(shù)尺寸系數(shù)P331P331；22SSSSSS2 2 軸的剛度計(jì)算軸的剛度計(jì)算軸受彎矩作用會(huì)產(chǎn)生彎曲變形：撓度、轉(zhuǎn)角軸受扭矩作用會(huì)產(chǎn)生改動(dòng)變形：扭角1.彎曲變形計(jì)算彎曲變形計(jì)算按撓度曲線的近似微分方程式積分求解按變形能法2.改動(dòng)變形的計(jì)算改動(dòng)變形的計(jì)算1等直徑軸：432dGTlGIT

13、lp2階梯軸：)(11radIlTGnipiii3 3 軸的臨界轉(zhuǎn)速軸的臨界轉(zhuǎn)速 軸發(fā)生顯著變形的轉(zhuǎn)速ncr n工ncr 共振計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速的目的：在于使任務(wù)轉(zhuǎn)速n避開軸的臨界轉(zhuǎn)速。剛性軸n工ncr1n工0.750.8ncr1撓性軸超越第一階臨界轉(zhuǎn)速的軸1.4ncr1n0.7ncr2提高軸的強(qiáng)度、提高軸的強(qiáng)度、剛度和減輕分量的措施剛度和減輕分量的措施T1T2T3T4T4T3T1T2輸入輪輸入輪432431211. 合理布置軸上零件，軸受扭矩。a) 不合理的布置b) 合理的布置MmaxMmax2. 改良軸上零件構(gòu)造，軸彎矩。a) 不合理的布置b) 合理的布置3. 載荷分擔(dān)，軸上載荷卸荷帶輪：ABBAa)分裝齒輪b)雙聯(lián)齒輪雙聯(lián)齒輪斜齒輪：兩斜齒輪旋向應(yīng)一樣兩斜齒輪旋向應(yīng)一樣4. 采用力平衡或部分相互抵消的方法減少軸的載荷。5. 改良軸的構(gòu)造，減少應(yīng)力集中1防止相鄰軸徑相差太