已看 已看 機械設計第1章 軸綜述

第1章軸1.1軸的分類與選材一、軸的分類

1、軸的用途：支承回轉零件實現(xiàn)回轉運動、傳遞轉矩。

2、軸的分類：

(1)按軸的中心線分：直軸，階梯軸、錐軸曲軸，主要用于作往復運動鋼絲軟軸

(2)按軸的受力狀態(tài)分：轉軸——同時受轉矩和彎矩心軸——只受彎矩，不受轉矩傳動軸——只受轉矩，不受彎矩

轉動的心軸——受變應力不轉動的心軸——受靜應力；

傳動軸轉軸固定心軸轉動心軸

試分析圖示巻揚機中各軸所受的載荷，并由此判斷各軸的類型。舉例：ⅣⅠⅡⅢP二、軸的設計包括兩部分內容：1、工作能力設計：強度問題、剛度問題、高速轉軸的振動穩(wěn)定性；2、軸的結構設計：軸上零件在軸上有確定的位置；軸上零件與軸的徑向、軸向、周向固定；良好的工藝性；如：加工、熱處理、裝配、檢驗、維修等；三、軸的材料軸的材料應具有一定的強度、剛度、韌性、耐磨性和耐腐蝕性，主要采用碳素鋼與合金鋼。

碳素鋼：對應力集中的敏感性較小，應用廣泛。常用的有30～50鋼，最常用的是45鋼。為保證其力學性能，應進行調質或正火處理。合金鋼：具有較高的機械強度，可淬性也較好。可用于傳遞功率大、減少質量、提高軸頸耐磨性。常用20Cr、40Cr等合金鑄鐵或球墨鑄鐵：吸振性較高、熱處理后獲得所需的耐磨性、對應力集中敏感性也較低、可靠性不如鋼制軸1.2軸的結構設計軸的設計過程：初估軸徑—確定軸的結構—強度計算一、軸的組成：1、軸的毛坯：圓鋼（棒料車制）——常用于尺寸較小的軸鍛造毛坯——常用于尺寸較大的軸鑄造毛坯——應用很少焊接的毛坯——節(jié)約貴重的合金鋼或優(yōu)質鋼，或是為了解決大件鍛造的困難。2、軸的組成：軸頸、軸頭、軸身軸頸——軸上被支承部分；軸頭——安裝輪轂部分；軸身——聯(lián)接軸頸和軸頭的部分二、軸的結構設計步驟1、分析軸的工作狀況，擬訂軸上零件的裝配方案和軸在機器中的安裝情況2、根據(jù)已知的近似載荷，初估軸徑3、根據(jù)受力、安裝、固定及裝配的要求確定徑向尺寸4、根據(jù)零件的位置、配合長度、支承結構和形式確定軸向尺寸5、考慮加工和裝配的工藝性使軸結構更加合理

擬定軸上零件的裝配方案

原則：1）軸的結構越簡單越合理

2）裝配越簡單、方便越合理階梯軸、端部倒角，便于裝拆（如軸肩等）定位和固定：軸向、周向、徑向；過定位問題軸承間隙調整，軸承端蓋，密封相關問題三、零件在軸上的安裝1、軸上零件在軸向的固定和定位方法：軸肩（或軸環(huán)）、套筒、擋圈、圓螺母、錐端軸頭當用軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母、軸端擋圈進行零件的軸向定位時，為保證軸向定位可靠，要求與輪轂相配合的軸段長度要略小于輪轂長度,即L軸<L轂軸端擋圈

錯誤

正確正確軸承端蓋

鎖緊擋圈、緊定螺釘或銷

軸承端蓋與機座間加墊片，以調整軸的位置

緊定螺釘當軸向力很小時，可采用緊定螺釘作軸向定位。這種定位方式結構簡單，裝拆方便，零件位置可以調證并可兼做周向固定。軸肩過渡圓角半徑小于軸上零件的圓角半徑或倒角

r<C1或r<R軸肩：定位軸肩：簡單可靠，有應力集中，多也不利于加工，軸肩高度一般為5~8mm，滾動軸承處的定位按其安裝尺寸確定非定位軸肩：多為配合方便或尺寸過度，軸肩高度一般

1~2mm定位軸肩非定位軸肩h=(2~4）C或Rh=1~2mm軸環(huán)寬度：b≥1.4h要求r軸<R孔或r軸<C孔

錯誤

正確錯誤

正確要求軸肩高度<滾動軸承內圈高度2、軸上零件的周向固定和定位

方法：鍵、花鍵、過盈配合、成形聯(lián)結、銷

同一軸上的鍵應布置在一條直線上，鍵寬最好相同過盈配合四、軸的結構工藝性

1、軸肩合理：定位軸肩5~8mm，非定位軸肩1~2mm

減少安裝配合面，注意過定位2、軸端450倒角，以便于安裝3、鍵槽要靠近軸與輪轂先接觸的直徑變化處4、注意退刀槽和越程槽軸的結構以簡單為宜，可以節(jié)省加工成本，熱處理不易變形，應力集中減小5、合理的表面粗糙度和加工方法6、適當?shù)倪^渡圓角，以減少應力集中軸系結構改錯四處錯誤正確答案三處錯誤正確答案兩處錯誤1.左側鍵太長，套筒無法裝入2.多個鍵應位于同一母線上各軸段的直徑和長度的確定1、各軸段直徑確定

a)按扭矩估算軸段直徑dmin

，公式1-2b)按軸上零件安裝、定位要求確定各段軸徑，經(jīng)驗值

②同一軸徑軸段上不能安裝三個以上零件。

注意：①與標準零件相配合軸徑應取標準植2、各軸段長度

②轉動零件與靜止零件之間必須有一定的間隙。

①各軸段與其上相配合零件寬度相對應1.3軸的強度計算一、計算方法受載情況及應力———計算方法

傳動軸——按扭轉強度條件計算

心軸——按彎曲強度條件計算

轉軸——按彎扭合成強度條件計算重要的軸——疲勞強度精度（安全系數(shù)強度）校核計算過載大或應力循環(huán)不對稱——靜強度條件計算

二、扭轉強度計算

計算簡單，精度低，主要用于軸的初估

強度條件：

=T/WT=[

]

當彎矩較大時C宜取較大值，否則取較小值。一般初估最小直徑，單鍵軸徑需增加3%，雙鍵軸徑組增加7%.

T——軸所傳遞的扭矩，T=9.55106P/n

WT——軸抗扭截面模量，對實心軸為d3/16

C——與材料有關的系數(shù)三、彎扭合成強度計算（許用彎曲應力計算法）計算簡單、精度高步驟：1繪制軸的受力計算簡圖

2求出水平、垂直面的支反力

3繪制水平、垂直面的彎矩MX、

MY圖

4計算合成彎矩，繪制合成彎矩圖

M=（MX2+

MY2）1/2

5繪制轉矩圖6按強度理論計算當量彎矩Me

=（M2+(T)2）1/2

繪制當量彎矩圖

α——應力校正系數(shù)。

轉矩T不變：=[σ-1b]/[σ+1b]

轉矩T為脈動循環(huán)：=[σ-1b]/[σ0b]

轉矩T為對稱循環(huán)：

取1；〔σ+1b〕為材料在靜應力狀態(tài)下的許用彎曲應力；〔σ

0b

〕為材料在脈動循環(huán)應力狀態(tài)下的許用彎曲應力；〔σ-1b

〕為材料在對稱循環(huán)應力狀態(tài)下的許用彎曲應力；

7確定危險截面，校核危險截面軸徑

σb=Me/W=Me/0.1d3

[σ-1b](W—抗彎截面模量）或d(Me/(0.1[σ-1b]))1/3按彎扭合成強度條件計算條件：已知支點、扭距，彎矩

步驟：

1、作軸的空間受力簡圖求水平面支反力RH1、RH2作水平面彎矩圖

3、求垂直平面內支反力RV1、RV2，作垂直平面內的彎矩圖

4、作合成彎矩圖

5、作扭矩圖

6、作當量彎矩圖

—為將扭矩折算為等效彎矩的折算系數(shù)

7、校核

危險截面軸的強度設計公式

四、疲勞強度精度（安全系數(shù)強度）校核計算1、疲勞強度校核

強度條件為：S>[S]四、靜強度計算校核軸對塑性變形的抵抗能力1、按彎扭合成校核強度條件：

0

（

02+3

2

）1/2[0]2、按安全系數(shù)法校核強度條件：S0<[S0]1.4軸的剛度計算剛度變形變形量y、

、

y[y],[],[]一、彎曲剛度計算方法：當量軸徑法、能量法當量軸徑法：階梯軸光軸等效光軸直徑：de=(dili)/(li)y、

可根據(jù)材力知識求二、扭轉剛度計算

對于實心軸：=(1/G)((Tili)/(0.1di4))G——材料的剪切模量四、提高軸的疲勞強度和剛度的措施1、分析軸上零件的特點，減小軸受載荷選擇受力方式以減小軸的載荷，改