機(jī)械設(shè)計(jì) 第15章 軸111學(xué)習(xí)課件

第十五章軸

§15-1概述§15-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)§15-3軸的計(jì)算本章內(nèi)容：軸的分類和材料，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算。本章重點(diǎn)：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)┌支承旋轉(zhuǎn)零件└?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力

§15-1概述一、軸的功用:－只承受彎矩不傳遞承受轉(zhuǎn)矩(固定、轉(zhuǎn)動(dòng))1.按載荷性質(zhì)分類心軸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(zhuǎn)動(dòng)心軸二.軸的分類:傳動(dòng)軸－只傳遞轉(zhuǎn)矩不承受彎矩(或彎矩很小)后橋發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸－既承受彎矩又傳遞轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)軸帶式運(yùn)輸機(jī)減速器電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸2.按軸線的形狀分類曲軸：發(fā)動(dòng)機(jī)專用零件直軸又可分為實(shí)心、空心（加工困難）光軸階梯軸鋼絲撓性軸：軸線可任意彎曲，傳動(dòng)靈活。動(dòng)力源被驅(qū)動(dòng)裝置接頭接頭鋼絲撓性軸設(shè)計(jì)任務(wù)：選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作能力計(jì)算。三、軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。工作能力計(jì)算：軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性。軸的設(shè)計(jì)過程：N選擇材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的承載能力驗(yàn)算驗(yàn)算合格?結(jié)束Y1.鋼碳素鋼┌優(yōu)質(zhì)碳素鋼:35、45、50，正火或調(diào)質(zhì)處理└普通碳素鋼Q235、Q255、Q275合金鋼20Cr、20CrMnTi、40Cr、40CrNi、35SiMn、

35CrMo價(jià)格較貴，多用于有特殊要求的軸。2.球墨鑄鐵:QT500-5、QT600-2→曲軸、凸輪軸表15-1列出幾種軸的常用材料及其主要力學(xué)性能。熱處理合金鋼不能提高軸的剛度。注意：鋼材種類熱處理對(duì)鋼材彈性模量E影響很小四、軸的材料※§15-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、

要求一、目的使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸。確定軸的尺寸、形狀：d、l；3.軸應(yīng)便于制造，軸上零件要易于裝拆；(制造安裝要求)

1.軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置；(定位)

2.各零件要牢固而可靠地相對(duì)固定；(固定)

4.改善應(yīng)力狀況，減小應(yīng)力集中和提高疲勞強(qiáng)度。軸肩套筒軸肩----階梯軸上截面變化之處。起軸向定位作用。

◆軸向定位和固定方法：軸肩、套筒、圓螺母、擋圈、軸承端蓋。

1.軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置

軸端擋圈雙圓螺母軸向力較小時(shí)，可采彈性擋圈或緊定螺釘來實(shí)現(xiàn)。軸肩的尺寸要求:r<C1

或r<Rb≈1.4h(與滾動(dòng)軸承相配合處的h和b值,見軸承標(biāo)準(zhǔn))h≈(0.07d+3)~(0.1d+5)mmDdrRDdC1rDdrRbC1Ddrhh定位軸肩：h=3~5mm非定位軸肩：h=1~2mm◆周向定位和固定：大多采用鍵、花鍵、過盈配合或型面聯(lián)接等形式來實(shí)現(xiàn)。鍵槽應(yīng)設(shè)計(jì)成同一加工直線H7/r6H7/d11H7/r6為了便于軸上零件的拆卸，軸肩高度不能過大。2)配合段前端制成錐度；3)配合段前后采用不同的尺寸公差。1)在配合段軸段前應(yīng)采用較小的直徑；結(jié)構(gòu)不合理！2.軸上零件要便于裝拆、調(diào)整為便于零件的裝拆，一般軸都做成從軸端逐漸向中間增大的階梯狀。在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，工藝性越好。倒角退刀槽裝零件的軸端應(yīng)有倒角，軸肩處要有過渡圓角，鍵槽應(yīng)位于同一母線上。需要磨削的軸端有砂輪越程槽，車螺紋的軸端應(yīng)有退刀槽。3.軸應(yīng)有良好的制造工藝合金鋼對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，應(yīng)加以注意。應(yīng)力集中出現(xiàn)在截面突然發(fā)生變化或過盈配合邊緣處。凹切圓角過渡肩環(huán)4.盡量減少應(yīng)力集中,改善軸的受力狀態(tài)1）減少應(yīng)力集中2）改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)改善軸的受力

起重機(jī)卷筒轉(zhuǎn)軸軸徑大心軸軸徑小輸出輸出輸入輸出輸出輸入Tmax=T1+T2Tmax=T1T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理3）合理布置軸上零件軸上零件裝配方案比較不同的結(jié)構(gòu)1.擬定軸上零件的裝配方案三.軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟說明：

①軸上有單鍵，直徑增大3%;有雙鍵,直徑增大7%②P－傳遞的功率(kw);n－軸的轉(zhuǎn)速(r/min);d－軸的直徑(mm)；d1－空心軸的內(nèi)徑；

A0－系數(shù)→表(15-3)

2.估算軸的最小直徑（只計(jì)轉(zhuǎn)矩→按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度）空心軸：確定軸段直徑大小的基本原則：1.按軸所受的扭矩估算軸徑，作為軸的最小軸徑dmin。4.有配合要求的零件要便于裝拆。3.安裝標(biāo)準(zhǔn)件的軸徑，應(yīng)滿足裝配尺寸要求。(a)滾動(dòng)軸承(b)聯(lián)軸器(c)密封件2.有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。5.采用套筒、螺母、軸端擋圈做軸向固定時(shí)，應(yīng)把裝零件的軸段長(zhǎng)度做得比零件輪轂短2～3mm

3.確定軸的各段直徑及長(zhǎng)度

①由外向內(nèi)定各段直徑②由內(nèi)向外定各段長(zhǎng)度4.確定軸上零件周向固定及結(jié)構(gòu)要素①無定位軸肩②端蓋無密封③鍵槽太長(zhǎng)無非定位軸肩⑤套筒太高⑥軸承沒定位⑦軸向定位不確定⑧軸承用錯(cuò)或裝錯(cuò)⑨無調(diào)整墊片⑩端蓋端面無凹坑加工量大②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩①§15-3軸的計(jì)算

軸的工作能力主要取決于強(qiáng)度和剛度，高速軸還要校核振動(dòng)穩(wěn)定性。軸的強(qiáng)度計(jì)算、軸的剛度計(jì)算(略)?一、軸的強(qiáng)度校核計(jì)算1.心軸－只受彎矩→按彎曲強(qiáng)度計(jì)算2.傳動(dòng)軸－只受轉(zhuǎn)矩→按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算彎矩未知，按扭矩作初步計(jì)算1).受力分析：

①軸單向傳動(dòng)：

②軸雙向傳動(dòng)：→按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算(估算軸的最小直徑)Ｔ→τＴ→ｒ＝０（開停）Ｔ→τＴ→ｒ＝－１由Ｔ→τＴ2).強(qiáng)度計(jì)算說明：

P－傳遞的功率(kw);n－軸的轉(zhuǎn)速(r/min);d－軸的直徑(mm);[τT]－材料的許用扭剪應(yīng)力(Mpa)MpaN·mm3.轉(zhuǎn)軸→彎矩＋轉(zhuǎn)矩→按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算

由┌Ｍ→

└Ｔ→當(dāng)量彎矩Ｍca：τT→┌單向→└雙向→σb→r=－1合成彎矩Ｍr=0r=－1┌

r=-1α=1τT│r=0α=0.6└r=+1α=0.3α－根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)→將扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力轉(zhuǎn)換成與彎曲應(yīng)力變化特性相同的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。

1).受力分析：M+T2).轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度計(jì)算⑴按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算危險(xiǎn)截面計(jì)算應(yīng)力：mm［σ-1］－許用彎曲應(yīng)力，按材料查表(15-1)Mpa危險(xiǎn)截面所需直徑：★危險(xiǎn)截面的確定：綜合軸上彎扭矩和軸直徑選擇一兩個(gè)截面按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)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(zhuǎn)矩T圖；5.彎扭合成，作當(dāng)量彎矩Me圖；6.計(jì)算危險(xiǎn)截面軸徑:1.若危險(xiǎn)截面上有鍵槽，則應(yīng)加大3%2.若計(jì)算結(jié)果大于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步估計(jì)的軸徑，則強(qiáng)度不夠，應(yīng)修改設(shè)計(jì)；3.若計(jì)算結(jié)果小于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步估計(jì)的軸徑，且相差不大，一般以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軸徑為準(zhǔn)。說明：3.按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核4.按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核P369例二、軸的剛度校核計(jì)算彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)2點(diǎn)取矩舉例：計(jì)算某減速器輸出軸危險(xiǎn)截面的直徑。已知作用在齒輪上的圓周力Ft=17400N,徑向力Fr=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/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v解：1)求垂直面的支反力和軸向力=Fad2軸的設(shè)計(jì)實(shí)例aad12F1HF2HF1FF2F2)求水平面的支反力3)求F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力FtFL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v=Fad2aad12MavM’avF1HF2HMaHF1FF2F4)繪制垂直面的彎矩圖5)繪制水平面的彎矩圖FtFL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v=Fad2aad126)求F力產(chǎn)生的彎矩圖a-a截面F力產(chǎn)生的彎矩為：M2FMaFMa7)繪制合成彎矩圖M’aMavM’avF1HF2HMaHF1FF2FFtFL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v=Fad2aad12M2FMaF8)求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩9)求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩T扭切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取折合系數(shù):α=0.6MaM’aMavM’avF1HF2HMaHF1FF2FFtFL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v=Fad2aad12M2FMaF求考慮到鍵槽對(duì)軸的削弱，將d值增大3%，故得：10)計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑選45鋼，調(diào)質(zhì)，表14-1查得σB