機械設計基礎第六軸new演示文稿

機械設計基礎第六版軸new演示文稿自用盤編號JJ321002當前1頁，總共47頁。優(yōu)選機械設計基礎第六版軸new當前2頁，總共47頁。第14章軸要解決的問題：結構問題—確定軸的形狀和尺寸強度問題—防止軸發(fā)生疲勞斷裂或塑性變形剛度問題—防止軸發(fā)生過大的彈性變形振動穩(wěn)定性問題—防止軸系發(fā)生共振當前3頁，總共47頁。§14-1軸的功用和類型功用：用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉軸---傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：帶式運輸機減速器電動機轉軸當前4頁，總共47頁?！?4-1軸的功用和類型功用：用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉軸---傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩發(fā)動機后橋傳動軸當前5頁，總共47頁。§14-1軸的功用和類型功用：用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩前輪輪轂固定心軸火車輪軸車廂重力前叉自行車前輪軸支撐反力轉動心軸轉動心軸固定心軸問題：自行車前輪軸屬于什么類型？當前6頁，總共47頁。§14-1軸的功用和類型功用：用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸當前7頁，總共47頁?！?4-1軸的功用和類型功用：用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸曲軸當前8頁，總共47頁。本章只研究直軸§14-1軸的功用和類型功用：用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸曲軸鋼絲軟軸設計任務：選材、結構設計、強度和剛度設計、確定尺寸等當前9頁，總共47頁。問：根據(jù)承載情況下列各軸分別為哪種類型？0軸：Ⅰ軸：Ⅴ軸：Ⅱ軸：Ⅲ軸：Ⅳ軸：傳動軸轉軸轉動心軸轉軸轉軸轉動心軸如何判斷軸是否傳遞轉矩：從原動機向工作機畫傳動路線，若傳動路線沿該軸軸線走過一段距離，則該軸傳遞轉矩。如何判斷軸是否承受彎矩：該軸上除聯(lián)軸器外是否還有其它傳動零件，若有則該軸承受彎矩，否則不承受彎矩。當前10頁，總共47頁。種類碳素鋼：35、45、50、Q235軸的毛坯:一般用圓鋼或鍛件，有時也用鑄鋼或球墨鑄鐵?！?4-2軸的材料合金鋼:20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等用途：碳素結構鋼因具有較好的綜合力學性能，應用較多，尤其是45鋼應用最廣。合金鋼具有較高的力學性能，但價格較貴，多用于有特殊要求的軸。為了改善力學性能正火或調質處理。表14-1軸的常用材料及其主要力學性能材料及熱處理毛坯直徑mm硬度HBS強度極限σb

屈服極限σs

MPa彎曲疲勞極限σ-1應用說明Q235440240200用于不重要或載荷不大的軸35正火520270250有較好的塑性和適當?shù)膹姸?，可用于一般曲軸、轉軸。≤100149~187當前11頁，總共47頁。滾動軸承齒輪滾動軸承鍵槽聯(lián)軸器軸頸軸身軸頭軸頸軸身軸頭軸承蓋軸承蓋典型軸系結構§14-3軸的結構設計當前12頁，總共47頁。自用盤編號JJ321002當前13頁，總共47頁。設計任務：使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸。設計要求：1.軸應便于制造，軸上零件要易于裝拆；(制造安裝)2.軸和軸上零件要有準確的工作位置；(定位)3.各零件要牢固而可靠地相對固定；(固定)4.改善應力狀況，減小應力集中。軸端擋圈帶輪軸承蓋套筒齒輪滾動軸承典型軸系結構當前14頁，總共47頁。④為便于軸上零件的裝拆，一般軸都做成從軸端逐漸向中間增大的階梯狀。零件的安裝次序一、制造安裝要求裝零件的軸端應有倒角，需要磨削的軸端有砂輪越程槽，車螺紋的軸端應有退刀槽。②③⑥⑦①⑤①倒角當前15頁，總共47頁。零件的軸向定位由軸肩或套筒來實現(xiàn)。二、軸上零件的定位軸肩----階梯軸上截面變化之處。軸肩套筒當前16頁，總共47頁。軸向固定由軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈來實現(xiàn)。三、軸上零件的固定雙向固定當前17頁，總共47頁。無法采用套筒或套筒太長時，可采用雙圓螺母加以固定。軸肩的尺寸要求:r<C1

或r<Rb≈1.4h(與滾動軸承相配合處的h和b值,見軸承標準)DdrR軸端擋圈雙圓螺母DdC1rh≈(0.07d+3)~(0.1d+5)mm裝在軸端上的零件往往采用軸端擋圈固定。hhC1DdrDdrRb當前18頁，總共47頁。軸向力較小時，可采彈性擋圈或緊定螺釘來實現(xiàn)。周向固定大多采用鍵、花鍵、或過盈配合等聯(lián)接形式來實現(xiàn)。為了加工方便，鍵槽應設計成同一加工直線上，且緊可能采用同一規(guī)格的鍵槽截面尺寸。鍵槽應設計成同一加工直線當前19頁，總共47頁。四、改善軸的受力狀況，減小應力集中Q方案aQ方案b

輸出輸出輸入輸出輸出輸入Tmax=T1+T2Tmax=T11.改善受力狀況T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理T當前20頁，總共47頁。Rdd/430?2.減小應力集中合金鋼對應力集中比較敏感，應加以注意。應力集中出現(xiàn)在截面突然發(fā)生變化的。措施：1.

用圓角過渡；2.

盡量避免在軸上開橫孔、切口或凹槽;3.

重要結構可增加卸載槽B、過渡肩環(huán)、凹切圓角、增大圓角半徑。也可以減小過盈配合處的局部應力。過渡肩環(huán)r凹切圓角B卸載槽也可以在輪轂上增加卸載槽B位置d/4當前21頁，總共47頁。指出圖示結構設計的錯誤，并繪出正確的結構圖。

錯誤分析圖滾動軸承軸齒輪套筒123正確結構圖1—缺少鍵聯(lián)接，齒輪未周向固定；錯誤原因：2—軸頭配合長度等于齒輪輪轂寬度，齒輪固定不可靠；3—軸端無倒角，軸承不便安裝。軸系結構設計中常見錯誤實例分析當前22頁，總共47頁。1—連軸齒輪兩端無倒角輪廓線；錯誤分析圖齒輪連軸齒輪1223正確結構圖錯誤原因：2—齒輪左右兩端均未軸向固定；3—缺少鍵聯(lián)接，齒輪未周向固定。當前23頁，總共47頁。正確答案12,341.螺母無法安裝；2.應有螺紋退刀槽；3.軸承寬度應比軸段長度大2~3mm；4.軸肩高度應低于軸承內圈高度。錯誤原因：當前24頁，總共47頁。正確答案1321.輪轂寬度上插鍵槽；2.套筒無法安裝；3.軸頸處不應有鍵槽。當前25頁，總共47頁。2.多個鍵應位于同一母線上121.左側鍵太長，套筒無法裝入正確答案當前26頁，總共47頁?！?4-4軸徑的初步設計一、按扭轉強度計算根據(jù)軸所傳遞的扭矩進行初步計算。強度條件為：設計公式為：計算結果為：最小直徑！軸的材料A3,20354540Cr,35SiMn[τ](N/mm)12~2020~3030~4040~52C160~135135~118118~107107~92表14-2常用材料的[τ]值和C值注:

當作用在軸上的彎矩比傳遞的轉矩小或只傳遞轉矩時，C取較小值;

否則取較大值當前27頁，總共47頁。二、軸設計的一般步驟扭矩T初算d初軸的結構設計確定零件寬度B設計草圖確定跨距計算彎矩M計算M、T合成確定用第三強度理論確定d采用軸的初步設計公式計算軸徑，作為最小軸頸。以此為基礎，根據(jù)所選的結構方案，進行結構設計，從而初步定出軸的幾何形狀和尺寸。若最小軸頸開有鍵槽，適當加粗：

一個鍵槽增大5%左右兩個鍵槽增大10%左右當前28頁，總共47頁。舉例：一級齒輪減速器的小齒輪軸。軸端有一皮帶輪，減速器傳遞功率P=30kw，n1=550rpm。軸的材料為45鋼，設計此軸。④②③⑥⑦①⑤①當前29頁，總共47頁。設計過程：（一）粗略設計計算軸的直徑45鋼，查表，初算：（二）軸的結構及尺寸的初步確定1.徑向尺寸（1）軸段1：?。?）軸段2：故可滿足氈圈密封（3）軸段3：選擇軸承6311④②③①①（4）軸段4：裝配直徑，取C=110當前30頁，總共47頁。（5）軸段5：?。?）軸段6：（7）軸段7：與軸承有關④②③⑥⑦①⑤①2.軸向尺寸（1）軸段1：（2）軸段3：（3）軸段7：（4）軸段4：皮帶輪輪轂的寬度軸承寬度B軸承寬度B，箱壁距離δ齒輪寬度B（5）軸段5：（6）軸段6：箱壁距離δ（6）軸段2：當前31頁，總共47頁。④②③⑥⑦①⑤①3.倒角、圓角的確定（1）軸段1倒角：（2）軸段1、2圓角：（3）軸段2、3圓角：（4）軸段3、4圓角：（5）軸段4、5圓角：（6）軸段5、6圓角：（7）軸段6、7砂輪越程槽：（8）軸段7倒角：槽寬槽兩側圓角槽深當前32頁，總共47頁。④②③⑥⑦①⑤4.鍵槽的尺寸（1）軸段1：d=45，L=69槽寬b=14槽深t=5.5槽長L=63（2）軸段4：d=60，L=78槽寬b=18槽深t=7.0槽長L=63鍵14×63GB1096-79鍵18×63GB1096-795.配合面公差的選擇（1）軸段1，皮帶輪與軸：（2）軸段3、7，滾動軸承與軸：（3）軸段4，齒輪與軸：當前33頁，總共47頁。因σb和τ的循環(huán)特性不同，折合得：強度條件為：l1l彎曲應力：扭切應力：代入得：W------抗彎截面系數(shù)；WT

----抗扭截面系數(shù)；α--折合系數(shù)Me--當量彎矩§14-5軸的強度計算當前34頁，總共47頁。材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]40013070405001707545600200955570023011065800270130759003001408010003301509050012070404001005030表14-3軸的許用彎曲應力碳素鋼合金鋼鑄鋼折合系數(shù)取值：α=0.3----轉矩不變；0.6----脈動變化；1----頻繁正反轉。靜應力狀態(tài)下的許用彎曲應力設計公式：當前35頁，總共47頁。折合系數(shù)取值：α=0.3----轉矩不變；0.6----脈動變化；1----頻繁正反轉。設計公式：材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]40013070405001707545600200955570023011065800270130759003001408010003301509050012070404001005030表14-3軸的許用彎曲應力碳素鋼合金鋼鑄鋼脈動循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應力當前36頁，總共47頁。折合系數(shù)取值：α=0.3----轉矩不變；0.6----脈動變化；1----頻繁正反轉。設計公式：材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]40013070405001707545600200955570023011065800270130759003001408010003301509050012070404001005030表14-3軸的許用彎曲應力碳素鋼合金鋼鑄鋼對稱循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應力當前37頁，總共47頁。對2點取矩舉例：計算某減速器輸出軸危險截面的直徑。已知作用在齒輪上的圓周力Ft=17400N，徑向力，F(xiàn)r=6140N，軸向力Fa=2860N，齒輪分度圓直徑d2=146mm，作用在軸右端帶輪上外力F=4500N（方向未定），

L=193mm,K=206mmL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12解：1)求垂直面的支反力和軸向力=Fad2aadP231當前38頁，總共47頁。MavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2F2)求水平面的支反力L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F3)求F力在支點產生的反力4)繪制垂直面的彎矩圖5)繪制水平面的彎矩圖當前39頁，總共47頁。MaMavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F6)求F力產生的彎矩圖L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F7)繪制合成彎矩圖考慮F可能與H、V內合力共面a-a截面F力產生的彎矩為：MaFM’a當前40頁，總共47頁。MaMavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F8)求軸傳遞的轉矩L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F9)求危險截面的當量彎矩MaFM2M’aT扭切應力為脈動循環(huán)變應力，取折合系數(shù):α=0.6當前41頁，總共47頁。考慮到鍵槽對軸的削弱，將d值增大5%，故得：10)計算危險截面處軸的直徑選45鋼，調質，σb=650MPa,[σ-1b]=60MPad=1.05×64.4mm≈68mm當前42頁，總共47頁。按彎扭合成強度計算軸徑的一般步驟：1.將外載荷分解到水平面和垂直面。求垂直面支撐反力FV和水平面支撐反力FH

;2.作垂直彎矩MV圖和彎矩MH圖

;3.作合成彎矩M圖；4.作轉矩T圖；5.彎扭合成，作當量彎矩Me圖；6.計算危險截面軸徑: