軸的設(shè)計(jì)與校核

轉(zhuǎn)動(dòng)的。?⑵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：?也可以選用Q235、Q255等普通碳鋼。合金鋼：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?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。?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：中的安裝情況。尺寸。⑴零件在軸上的軸向定位和固定可靠，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3~6mm，滾動(dòng)軸承定位軸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1~2mm。?轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。?和國(guó)標(biāo)來(lái)選用。⑵零件在軸上的周向定位和固定銷等多種結(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⑴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。⑵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，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。條件計(jì)算；T——軸所傳遞的扭矩，??繪制水平面、垂直平面的彎矩MX、MY圖；計(jì)算合成彎矩,繪制合成彎矩圖繪制轉(zhuǎn)矩圖；求出當(dāng)量彎矩Me，繪制當(dāng)量彎矩圖；式中α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，??；對(duì)于對(duì)稱循環(huán)的或?同彎扭合成步驟1；化情況；彎矩作用下的安全系數(shù)為Sσ：轉(zhuǎn)矩作用下的安全系數(shù)為Sτ：kN——壽命系數(shù)；??????的等效系數(shù)，限。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θ來(lái)表征，扭轉(zhuǎn)剛度用軸的扭轉(zhuǎn)角φ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：y<[y],θ<[θ];φ<[φ]。1.彎曲剛度計(jì)算有當(dāng)量軸徑法和能量法。化為等效光軸后求等效軸的彎曲變形。等效光軸的直徑為：i段直徑(i=1~n,n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θ分別為：(2)能量法變形能的分析，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（rad）式中：G——材料的剪切彈性模量，鋼的G=81000N/mm；Ti、li、di分別為第承載能力。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。減少。(2)改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中上加開(kāi)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)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)，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。速的軸和受周期性外載荷的軸，必須進(jìn)行振動(dòng)計(jì)算。一個(gè)稱為第一階臨界轉(zhuǎn)速，其余為二階、三階……。在一階臨界轉(zhuǎn)速下，振動(dòng)算高階臨界轉(zhuǎn)速。分析一根裝有單圓盤的雙鉸支軸如圖。設(shè)圓盤的質(zhì)量m很大，相對(duì)而言，間的偏心矩為e。當(dāng)軸以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于離心力而產(chǎn)生撓度y。單圓盤的雙鉸支軸當(dāng)軸的角速度ω值隨角速度ω的增大而增大。在沒(méi)有阻尼的情況下，當(dāng)趨近于1時(shí)，撓度y趨近于無(wú)窮大，意味著軸會(huì)產(chǎn)生極大的變形而導(dǎo)致破壞。此時(shí)所對(duì)應(yīng)的角速度ω稱為臨界角速度，用ωcωc只與軸的剛度k和圓盤的質(zhì)量me無(wú)關(guān)。，式中g(shù)取g=9810mm/s2,y0的單位為mm，由上式可求得裝有單圓盤的雙鉸支軸在不計(jì)自重時(shí)的一階臨界轉(zhuǎn)速nc1為：由于