武漢理工大學(xué)考研專用第章軸設(shè)計

1、 12 1 12 1 概概 述述 122 122 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 123123 軸的強(qiáng)度計算軸的強(qiáng)度計算 一一. .軸的功用：軸的功用： 1.1.支承作回轉(zhuǎn)運動的零件（齒輪、蝸輪、帶輪、鏈輪等）；支承作回轉(zhuǎn)運動的零件（齒輪、蝸輪、帶輪、鏈輪等）； 3.3.受彎矩，抵抗變形，保證受彎矩，抵抗變形，保證 軸上零件正常工作。軸上零件正常工作。 2.2.傳遞運動和動力；傳遞運動和動力； 12 1 12 1 概概 述述 本章主本章主 要內(nèi)容要內(nèi)容 1.1.軸的分類及材料選擇（保證軸的強(qiáng)度、剛度要求）；軸的分類及材料選擇（保證軸的強(qiáng)度、剛度要求）； 2.2.軸的正確結(jié)構(gòu)設(shè)計（軸上零件定位準(zhǔn)確、固

2、定可靠、軸的正確結(jié)構(gòu)設(shè)計（軸上零件定位準(zhǔn)確、固定可靠、 裝拆方便，軸加工工藝性好；裝拆方便，軸加工工藝性好；重點重點 3.3.軸的強(qiáng)度計算；軸的強(qiáng)度計算； 4.4.軸系設(shè)計實例分析。軸系設(shè)計實例分析。 光光 軸軸 階梯軸階梯軸 空心軸空心軸 曲軸曲軸 直直 軸軸 按按 軸軸 的的 形形 狀狀 二二. . 軸的分類軸的分類 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸既受彎矩，又受轉(zhuǎn)矩的軸，如齒輪減速既受彎矩，又受轉(zhuǎn)矩的軸，如齒輪減速 器中裝齒輪的軸。器中裝齒輪的軸。 按軸工作按軸工作 時受載情時受載情 況況 心軸心軸只受彎矩只受彎矩M的軸，如滑輪軸的軸，如滑輪軸、自行車前自行車前 輪軸輪軸 傳動軸傳動軸只受扭矩只受扭矩T T，或

3、少量彎矩（軸自重引，或少量彎矩（軸自重引 起）如汽車雙萬向聯(lián)軸器的中間軸起）如汽車雙萬向聯(lián)軸器的中間軸 固定心軸固定心軸 轉(zhuǎn)動心軸轉(zhuǎn)動心軸 傳傳 動動 軸軸 萬向聯(lián)軸器的中間軸萬向聯(lián)軸器的中間軸 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 軸軸 特殊用途的軸特殊用途的軸如鋼絲軟軸如鋼絲軟軸 接頭接頭 驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置 鋼絲軟軸鋼絲軟軸 （外層為護(hù)套）（外層為護(hù)套） 動力源動力源 設(shè)備設(shè)備 設(shè)備設(shè)備 接頭接頭 軸的設(shè)計步驟軸的設(shè)計步驟 選材選材 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 初定軸的最小直徑初定軸的最小直徑 軸上零件的定位和固定軸上零件的定位和固定 加工和裝配的工藝性加工和裝配的工藝性 提高軸強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施提高軸強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施 軸的強(qiáng)度

4、計算軸的強(qiáng)度計算 軸的剛度計算軸的剛度計算 軸的穩(wěn)定性計算軸的穩(wěn)定性計算 有特殊要求時有特殊要求時 三三. .軸的材料及選擇軸的材料及選擇 (1) 碳素鋼碳素鋼 優(yōu)質(zhì)碳素鋼：優(yōu)質(zhì)碳素鋼：35、45、50等等 45鋼使用最廣泛鋼使用最廣泛 普通碳素鋼：普通碳素鋼：Q235A等等 特點特點 強(qiáng)度、剛度、塑性和韌性等綜合機(jī)械性能好強(qiáng)度、剛度、塑性和韌性等綜合機(jī)械性能好 應(yīng)力集中敏感性小應(yīng)力集中敏感性小 熱處理后提高耐磨性、疲勞強(qiáng)度熱處理后提高耐磨性、疲勞強(qiáng)度 (2) 合金鋼合金鋼 用于高速、重載、較重要的軸用于高速、重載、較重要的軸 常用常用40Cr、40MnB、20CrMnTi等等 特點特點 對應(yīng)

5、力集中敏感性較大對應(yīng)力集中敏感性較大 強(qiáng)度和淬火性比碳素鋼好強(qiáng)度和淬火性比碳素鋼好 價格比碳素鋼貴價格比碳素鋼貴 注意注意 剛度與碳素鋼相同剛度與碳素鋼相同 (兩者彈性模量兩者彈性模量 E 相近相近) 我國我國Cr、Ni 資源少，盡量用代用鋼種資源少，盡量用代用鋼種 (如如40MnB機(jī)械性能接近機(jī)械性能接近40Cr) (3) 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 以鐵代鋼以鐵代鋼 特點特點 對應(yīng)力集中敏感性較小對應(yīng)力集中敏感性較小 吸振性、耐磨性好吸振性、耐磨性好 可以做成復(fù)雜形狀可以做成復(fù)雜形狀 價廉價廉 沖擊韌性低、質(zhì)量不易控沖擊韌性低、質(zhì)量不易控 制制 毛坯毛坯 圓鋼棒料圓鋼棒料 尺寸小的軸尺寸小的軸 鍛造

6、毛坯鍛造毛坯 尺寸較大或為提高強(qiáng)度的軸尺寸較大或為提高強(qiáng)度的軸 焊接毛坯焊接毛坯 大件鍛造困難大件鍛造困難 鑄造毛坯鑄造毛坯 形狀復(fù)雜的軸、空心軸等形狀復(fù)雜的軸、空心軸等 滾動軸承滾動軸承齒輪齒輪 滾動軸承滾動軸承鍵槽鍵槽半聯(lián)軸器半聯(lián)軸器 軸頸軸頸軸身軸身軸頭軸頭軸頸軸頸軸身軸身軸頭軸頭 軸承蓋軸承蓋 軸承蓋軸承蓋 一一. . 軸系結(jié)構(gòu)分析軸系結(jié)構(gòu)分析 122 122 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計目的軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計目的合理確定軸的外部形狀和全部尺寸合理確定軸的外部形狀和全部尺寸 二二. .軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的主要因素軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的主要因素 4.4.有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度（軸的受

7、有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度（軸的受 力合理、應(yīng)力集中小）。力合理、應(yīng)力集中?。?。 3.3.良好的加工工藝性；良好的加工工藝性； 2.2.便于軸上零件的裝拆和調(diào)整；便于軸上零件的裝拆和調(diào)整； 1.1.保證軸上零件的定位和固定可靠；保證軸上零件的定位和固定可靠； 一）零件軸向固定的目的一）零件軸向固定的目的 三三. . 零件軸向固定零件軸向固定 防止零件沿軸向竄動，確保零件軸向準(zhǔn)確位置。防止零件沿軸向竄動，確保零件軸向準(zhǔn)確位置。 特點：定位可靠，能承受較大的軸向載荷，用于各類零件的軸特點：定位可靠，能承受較大的軸向載荷，用于各類零件的軸 向定位和固定向定位和固定 軸肩軸肩軸環(huán)軸環(huán) 二）常用軸向固定二

8、）常用軸向固定 1.1.軸肩（或軸環(huán)）軸肩（或軸環(huán)） 過渡圓角過渡圓角r r 定位高度定位高度h h 由由 組成組成 注意事項：注意事項： 1 1）軸的過渡圓角半徑）軸的過渡圓角半徑r r 應(yīng)小于軸上零件的倒角應(yīng)小于軸上零件的倒角C C 或圓角或圓角 半徑半徑R R； 2 2）軸肩軸）軸肩軸 環(huán)高度環(huán)高度h h 定位軸肩：高度定位軸肩：高度hC(hC(或或R) ,R) ,通常取通常取h=(2h=(23)C3)C或或(2(2 3)R3)R或或h=0.07d+(2h=0.07d+(23) mm3) mm 滾動軸承：滾動軸承： 按軸承型號查標(biāo)準(zhǔn)按軸承型號查標(biāo)準(zhǔn) 非定位軸肩：為使零件裝拆方便，取非定位

9、軸肩：為使零件裝拆方便，取h=(1h=(12)mm2)mm 3 3）軸環(huán)寬度）軸環(huán)寬度b bb b 1.4h 1.4h r R h d D h c r D d b 2 2套筒套筒- 套筒套筒 注意：輪轂寬度注意：輪轂寬度B 軸頭長度軸頭長度l，取，取l = B -= B -（2 23 3）mmmm B l 常用于兩個近距離的零件之間，起定常用于兩個近距離的零件之間，起定 位和固定的作用。套筒與軸之間配合較松，不宜用于轉(zhuǎn)速位和固定的作用。套筒與軸之間配合較松，不宜用于轉(zhuǎn)速 較高的軸上。較高的軸上。 常與軸肩或錐面聯(lián)合使用，固定零件穩(wěn)常與軸肩或錐面聯(lián)合使用，固定零件穩(wěn) 定可靠，能承受較大的軸向力：

10、定可靠，能承受較大的軸向力： 注意：輪轂寬度注意：輪轂寬度BB軸頭長度軸頭長度l ，取l = B- （23）mm 軸肩軸肩 B 軸端擋圈軸端擋圈 止動墊片止動墊片 止動銷止動銷 l 止動墊片止動墊片止動銷止動銷 軸端擋圈軸端擋圈螺釘螺釘 螺釘螺釘 3軸端擋圈軸端擋圈- 4 4圓錐面圓錐面-裝拆方便，宜用于高速、重載及零件對中性裝拆方便，宜用于高速、重載及零件對中性 要求高的場合。要求高的場合。 錐面錐面 軸端擋圈軸端擋圈 螺釘螺釘 止動墊片止動墊片 5 5圓螺母與止動墊圈圓螺母與止動墊圈-固定可靠，可承受較大的軸固定可靠，可承受較大的軸 向力，但需切制螺紋和退刀槽，會削弱軸的強(qiáng)度。向力，但需切

11、制螺紋和退刀槽，會削弱軸的強(qiáng)度。 注意：零件寬度注意：零件寬度B B 軸長度軸長度l ，取取l = B-（23）mm l B 止動墊圈止動墊圈 圓螺母圓螺母 止動墊圈止動墊圈 6 6彈性擋圈彈性擋圈-結(jié)構(gòu)簡單，但在軸上需切槽，會引起結(jié)構(gòu)簡單，但在軸上需切槽，會引起 應(yīng)力集中，一般用于軸向力不大的零件的軸向固定。應(yīng)力集中，一般用于軸向力不大的零件的軸向固定。 彈性擋圈彈性擋圈 B l 注意：零件寬度注意：零件寬度B B 軸長度軸長度l ，取取l = B-（23）mm 7 7緊定螺釘緊定螺釘-結(jié)構(gòu)簡單，可兼作周向固定，傳遞不大的結(jié)構(gòu)簡單，可兼作周向固定，傳遞不大的 力或力矩，不宜用于高速。力或力矩

12、，不宜用于高速。 緊定螺釘緊定螺釘 三三. . 軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)工藝性便于加工、測量、維修及軸上零件的拆裝便于加工、測量、維修及軸上零件的拆裝 一）軸的加工工藝性要求一）軸的加工工藝性要求 1. 不同軸段的鍵槽，應(yīng)布置在軸的同一母線上，以減少鍵槽加不同軸段的鍵槽，應(yīng)布置在軸的同一母線上，以減少鍵槽加 工時的裝卡次數(shù)；工時的裝卡次數(shù)； a. 正確結(jié)構(gòu)正確結(jié)構(gòu) b.不正確結(jié)構(gòu)不正確結(jié)構(gòu) 2. 需磨制軸段時，應(yīng)留砂輪越程槽；需車制螺紋的軸段，應(yīng)需磨制軸段時，應(yīng)留砂輪越程槽；需車制螺紋的軸段，應(yīng) 留螺紋退刀槽。留螺紋退刀槽。 砂輪越程槽砂輪越程槽螺紋退刀槽螺紋退刀槽 3. 相近直徑軸段的過渡圓角

13、、鍵槽、越程槽、退刀槽尺寸盡相近直徑軸段的過渡圓角、鍵槽、越程槽、退刀槽尺寸盡 量統(tǒng)一量統(tǒng)一. 0.8 二）軸上零件裝配工藝性要求二）軸上零件裝配工藝性要求 與零件過盈配合的軸端應(yīng)加工出導(dǎo)向錐面。與零件過盈配合的軸端應(yīng)加工出導(dǎo)向錐面。 a）倒角）倒角b）導(dǎo)向錐面）導(dǎo)向錐面 軸的配合直徑應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值軸的配合直徑應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 軸端應(yīng)有軸端應(yīng)有cX45的倒角的倒角 五五. 提高軸強(qiáng)度、剛度的措施提高軸強(qiáng)度、剛度的措施 一）合理布置軸上零件，改善軸的受力情況一）合理布置軸上零件，改善軸的受力情況 1. 使彎矩分布合理使彎矩分布合理把軸、轂配合分成兩段，減小最大彎把軸、轂配合分成兩段，減小最大彎 矩

14、值。矩值。 不合理結(jié)構(gòu)不合理結(jié)構(gòu) 合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu) F F 2.使轉(zhuǎn)矩合理分配使轉(zhuǎn)矩合理分配 不合理的布置不合理的布置 合理布置合理布置 輸出輪輸出輪輸入輪輸入輪 T1 T3 T4 T2 T1 T2 T3 T4 輸出輪輸出輪輸出輪輸出輪輸入輪輸入輪 1 Tmax= T2 + T3 + T4Tmax= T3 + T4 3. 改進(jìn)軸上零件結(jié)構(gòu)減輕軸的載荷改進(jìn)軸上零件結(jié)構(gòu)減輕軸的載荷 卷筒軸既受彎又受扭卷筒軸既受彎又受扭 卷筒軸只受彎矩卷筒軸只受彎矩 卷筒卷筒 螺栓 卷筒卷筒 齒輪齒輪 軸承軸承 軸承軸承 齒輪齒輪 齒輪齒輪 齒輪齒輪 改善軸的受力改善軸的受力 車床輸入軸卸載裝置車床輸入軸卸載裝置

15、二）減小軸的應(yīng)力集中二）減小軸的應(yīng)力集中軸的剖面變化處、軸轂配合面的邊緣鍵槽軸的剖面變化處、軸轂配合面的邊緣鍵槽 根部等會產(chǎn)生應(yīng)力集中。根部等會產(chǎn)生應(yīng)力集中。 b）過盈配合處的應(yīng)力集中）過盈配合處的應(yīng)力集中 軸的應(yīng)力集中軸的應(yīng)力集中 發(fā)生的位置發(fā)生的位置 a a）截面尺寸變化處）截面尺寸變化處 的應(yīng)力集中的應(yīng)力集中 b b）過盈配合處的應(yīng)力集中）過盈配合處的應(yīng)力集中 c c）小孔處的應(yīng)力集中）小孔處的應(yīng)力集中 a）截面尺寸變化處的應(yīng)力集中）截面尺寸變化處的應(yīng)力集中 c）小孔處的應(yīng)力集中）小孔處的應(yīng)力集中 減小減小應(yīng)應(yīng)力集力集 中的措施中的措施 當(dāng)過渡圓角半徑受限制時用凹切圓角、過渡肩環(huán)當(dāng)過渡圓

16、角半徑受限制時用凹切圓角、過渡肩環(huán) 對于過盈配合的軸段，在軸上或輪轂上開減載槽對于過盈配合的軸段，在軸上或輪轂上開減載槽 凹切圓角凹切圓角 過渡肩環(huán)過渡肩環(huán)減載槽減載槽 123 軸的強(qiáng)度計算軸的強(qiáng)度計算 一一.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算適用于傳動軸、轉(zhuǎn)軸初算適用于傳動軸、轉(zhuǎn)軸初算 109550 3 T TT T W n P W T 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件：扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件： T 軸的扭剪應(yīng)力軸的扭剪應(yīng)力（MPa）； 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（Nmm）；）； T WT 軸的抗扭剖面系數(shù)（ 軸的抗扭剖面系數(shù)（mm3），對于實心圓軸，），對于實心圓軸， 3 33 0 516 d dd WT.2 P 軸傳遞的功

17、率（軸傳遞的功率（KW）； 軸的許用扭剪應(yīng)力（軸的許用扭剪應(yīng)力（MPa）；）； 式中：式中： 對于實心圓軸：對于實心圓軸： mm n p C n P d T ca 3 3 3 109550 5 C與軸的材料有關(guān)的系數(shù)，查表與軸的材料有關(guān)的系數(shù)，查表12-4(P292)。 計算說明：計算說明： 1）求得的）求得的d為受扭部分的最小直徑，通常為軸端；為受扭部分的最小直徑，通常為軸端； 2）該軸段有鍵槽適當(dāng)加大直徑，單鍵槽增大）該軸段有鍵槽適當(dāng)加大直徑，單鍵槽增大5%。 雙鍵槽增大雙鍵槽增大10%，將所計算的直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)值即：，將所計算的直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)值即： caca dd)10. 105. 1

18、( 單鍵槽單鍵槽 雙鍵槽雙鍵槽 設(shè)計計算式：設(shè)計計算式： 滿滿足足軸軸強(qiáng)強(qiáng)度度要要求求）；(dd camin 徑要求；徑要求；滿足該段軸上零件的孔滿足該段軸上零件的孔 3）軸的最?。┹S的最小 直徑直徑dmin 應(yīng)根據(jù)應(yīng)根據(jù) WW軸的抗彎剖面系數(shù)（軸的抗彎剖面系數(shù)（mmmm3 3） bbc W M 轉(zhuǎn)動心軸：轉(zhuǎn)動心軸：r r =-1 =-1 b b = = -1 -1 M M不變：不變： b b= = +1 b +1 b M M變化：變化： b b = = 0 b 0 b b b 許用彎許用彎曲曲應(yīng)力應(yīng)力 彎曲強(qiáng)度條件：彎曲強(qiáng)度條件： 對于實心圓軸，對于實心圓軸，W WT T= = d d3 3

19、/32/32 d d3 3/10/10 查表查表122(P285)122(P285) 固定心軸固定心軸 二二 按彎曲強(qiáng)度計算按彎曲強(qiáng)度計算用于心軸強(qiáng)度計算 表表12-2 軸的常用材料及主要機(jī)械性能軸的常用材料及主要機(jī)械性能 24511869 碳碳 素素 鋼鋼 45 正正 火火 100 170 217 6003002751401969354 調(diào)調(diào) 質(zhì)質(zhì) 20 0 21 7 255 6503603001552169859 合合 金金 鋼鋼 40Cr 調(diào)調(diào) 質(zhì)質(zhì) 10 0 100 300 241 286 750550350200 241 286 700550340185 65036030015521

20、69859 碳碳 素素 鋼鋼 45 20 0 21 7 255 調(diào)調(diào) 質(zhì)質(zhì) b=650 Mpa，s=360 Mpa，-1=300 Mpa，-1 =155 Mpa +1b=216 Mpa， 0b=98 Mpa， -1b=59 Mpa 如：如：45鋼調(diào)鋼調(diào) 質(zhì)，查得：質(zhì)，查得： 三三 按彎、扭合成強(qiáng)度計算按彎、扭合成強(qiáng)度計算 用于轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度計算用于轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度計算 強(qiáng)度計算的前提條件：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計初步完成，支承點位置強(qiáng)度計算的前提條件：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計初步完成，支承點位置 確定，支反力可求。確定，支反力可求。 轉(zhuǎn)軸危險截面轉(zhuǎn)軸危險截面 上的應(yīng)力狀態(tài)上的應(yīng)力狀態(tài) 彎曲應(yīng)彎曲應(yīng) 力：力： 3 10 1 d W

21、M b 扭剪應(yīng)力扭剪應(yīng)力： 3 5 1 d W T T T 根椐第三強(qiáng)度理論轉(zhuǎn)軸危險截面上的應(yīng)力：根椐第三強(qiáng)度理論轉(zhuǎn)軸危險截面上的應(yīng)力： W M W TM W T W M c T Tbc 22 2 2 22 44 稱為計算彎矩或當(dāng)量彎矩稱為計算彎矩或當(dāng)量彎矩 22 TMM c 因為因為M、T兩者產(chǎn)生的應(yīng)力循環(huán)特性兩者產(chǎn)生的應(yīng)力循環(huán)特性r r 和 和r r 不同，通常 不同，通常 r r = 1，而一般，而一般r r 1，將，將T轉(zhuǎn)化為對稱循環(huán)變化，轉(zhuǎn)化為對稱循環(huán)變化， 引入應(yīng)力修正系數(shù)引入應(yīng)力修正系數(shù),則則 b c c W M W TM 1 2 2 軸彎、扭合成強(qiáng)度條件為：軸彎、扭合成強(qiáng)度條件

22、為： W M W TM c c 2 2 3 . 0 1 1 b b 軸受不變扭矩時，rT =+1， 6 . 0 0 1 b b 軸受脈動扭矩（軸受脈動扭矩（有振動沖擊有振動沖擊 或頻繁啟動停車）或頻繁啟動停車）r rT=0， 1 1 1 b b 軸受對稱扭矩(頻繁雙向運 轉(zhuǎn))時，rT =-1， 應(yīng)力應(yīng)力 校正系數(shù)校正系數(shù) 轉(zhuǎn)矩的變化不清楚時按脈動循環(huán)處理轉(zhuǎn)矩的變化不清楚時按脈動循環(huán)處理 也可按彎、扭合成強(qiáng)度條件計算軸的直徑也可按彎、扭合成強(qiáng)度條件計算軸的直徑 3 1 1 . 0 b e M d 對于實心圓軸：對于實心圓軸：mm b c1 c b1 四四. 按安全系數(shù)校核計算按安全系數(shù)校核計算(

23、重要軸重要軸) 疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)計算疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)計算 受彎曲、扭剪應(yīng)力復(fù)合作用的強(qiáng)度條件受彎曲、扭剪應(yīng)力復(fù)合作用的強(qiáng)度條件 22 S SS SS Sca ca S 計算安全系數(shù)計算安全系數(shù) S 受彎矩的安全系數(shù)受彎矩的安全系數(shù) S 受扭矩的安全系數(shù)受扭矩的安全系數(shù) S許用安全系數(shù)許用安全系數(shù) 計算精度及材質(zhì)均勻程度計算精度及材質(zhì)均勻程度 較高較高較低較低很低很低 1.3 1.51.5 1.81.8 2.5S 靜強(qiáng)度安全系數(shù)計算靜強(qiáng)度安全系數(shù)計算 短時嚴(yán)重過載場合短時嚴(yán)重過載場合 max 0 S S max 0 S S 0 2 0 2 0 00 0 S SS SS S S 0-靜強(qiáng)度計算安全

24、系數(shù)靜強(qiáng)度計算安全系數(shù) S0,S0-受彎矩，轉(zhuǎn)矩作用時的靜強(qiáng)度計算安全系數(shù)受彎矩，轉(zhuǎn)矩作用時的靜強(qiáng)度計算安全系數(shù) S0靜強(qiáng)度安全系數(shù)靜強(qiáng)度安全系數(shù)(P297) 12-4 軸的設(shè)計方法及步驟軸的設(shè)計方法及步驟 設(shè)計圖示帶式運輸機(jī)中單級斜齒輪減速器輸出軸。已知：電動機(jī)的功率設(shè)計圖示帶式運輸機(jī)中單級斜齒輪減速器輸出軸。已知：電動機(jī)的功率 P P1 1=25KW=25KW，n n1 1=970r/min=970r/min；齒輪傳動的主要參數(shù)及尺寸為：法面模數(shù)；齒輪傳動的主要參數(shù)及尺寸為：法面模數(shù)m mn n=4mm=4mm， 兩輪齒數(shù)分別為兩輪齒數(shù)分別為Z Z1 1=20=20，Z Z2 2=79=7

25、9，螺旋角，螺旋角 ，分度圓直徑，分度圓直徑d d1 1=81.81mm=81.81mm ，d d2 2=319.19mm=319.19mm，中心距，中心距a=200mma=200mm，齒寬，齒寬b b1 1=85mm=85mm，b b2 2=80mm=80mm，單向運轉(zhuǎn)。，單向運轉(zhuǎn)。 43680 聯(lián)軸器 輸送帶 低速軸 減速器 聯(lián)軸器 電動機(jī) 一一. .例題題目例題題目 二二.設(shè)計方法及步驟設(shè)計方法及步驟 一）選擇軸的材料一）選擇軸的材料 因該軸無特殊結(jié)構(gòu)尺寸要求，故選因該軸無特殊結(jié)構(gòu)尺寸要求，故選45鋼調(diào)質(zhì)，鋼調(diào)質(zhì)， MPaMPaMPa MPaMPa MPaMPa 1b0b1b 59982

26、16 155300 360650 11 , , , sb 二）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步計算軸的直徑二）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步計算軸的直徑 低速軸的功率：低速軸的功率： 低速軸的轉(zhuǎn)速：低速軸的轉(zhuǎn)速： kW2498099099025 12 . PP 齒齒輪輪軸軸承承聯(lián)聯(lián)軸軸器器 min6 .245 2079 970 1 2 r u n n mmmm 245.6 24 110 n P Cd 3 3 2 2 2ca 750. 低速軸的計算低速軸的計算直徑：直徑： 考慮軸端裝聯(lián)軸器需要開鍵槽，軸徑應(yīng)為考慮軸端裝聯(lián)軸器需要開鍵槽，軸徑應(yīng)為 mmdd caca 235.53)05. 01 ( 22 低速軸計算扭矩：低速軸計算

27、扭矩： mN8 .1399 mN 6 .245 24 95505 .1 9550 2 2 n P KKTTc 選輸出軸端聯(lián)軸器型號為：選輸出軸端聯(lián)軸器型號為： 855014 11255 8455 4 GB YA JC HL彈彈性性柱柱銷銷聯(lián)聯(lián)軸軸器器 聯(lián)軸器孔徑要求：聯(lián)軸器孔徑要求：d聯(lián)孔 聯(lián)孔= 55 mm d2min應(yīng)同應(yīng)同 時滿足時滿足 強(qiáng)度要求即：強(qiáng)度要求即： dmin d d2ca 2ca 初定軸最小直徑初定軸最小直徑d2min 取取dmin= 55 mm d聯(lián)孔 聯(lián)孔 (P310) 三）軸的結(jié)構(gòu)化設(shè)計三）軸的結(jié)構(gòu)化設(shè)計 1. 選擇軸上零件的裝拆方案，初定軸的形狀選擇軸上零件的裝拆方

28、案，初定軸的形狀 聯(lián)軸器聯(lián)軸器 滾動軸承滾動軸承 大齒輪大齒輪 滾動軸承滾動軸承 軸上零件的裝拆，可采取兩種方案：軸上零件的裝拆，可采取兩種方案： 軸上零件：有齒輪、滾動軸承、軸上零件：有齒輪、滾動軸承、 聯(lián)軸器聯(lián)軸器 左邊軸承從左端裝拆，用軸肩定位和固定；大齒輪、右邊軸承左邊軸承從左端裝拆，用軸肩定位和固定；大齒輪、右邊軸承 和聯(lián)軸從右端裝拆，前兩者之間用套筒固定，聯(lián)軸器用軸肩和軸和聯(lián)軸從右端裝拆，前兩者之間用套筒固定，聯(lián)軸器用軸肩和軸 端擋圈固定。端擋圈固定。 軸上零件裝拆方案軸上零件裝拆方案a） 套筒套筒 套筒套筒 左邊軸承和大齒輪從左端裝拆，兩者均用套筒固定；左邊軸承和大齒輪從左端裝拆

29、，兩者均用套筒固定； 右邊軸承和聯(lián)軸器從右端裝拆，兩者均用軸肩定位和固定。右邊軸承和聯(lián)軸器從右端裝拆，兩者均用軸肩定位和固定。 軸上零件裝拆方案b） 2. 按按a）方案進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)化設(shè)計）方案進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)化設(shè)計 1. 確定軸的最小直徑確定軸的最小直徑dmin：因為軸的最小直徑處安裝聯(lián)軸：因為軸的最小直徑處安裝聯(lián)軸 器，故取器，故取dmin=55mm； 2. 設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)；設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)； 1) 僅從軸的強(qiáng)度和加工工藝考慮，可將軸制成僅從軸的強(qiáng)度和加工工藝考慮，可將軸制成5555的光軸的光軸 滾動軸承滾動軸承 聯(lián)軸器大齒輪 55 2）考慮軸上零件的裝拆、定位、固定要求，應(yīng)軸制成階梯軸）考慮軸上零件

30、的裝拆、定位、固定要求，應(yīng)軸制成階梯軸 大齒輪 滾動軸承聯(lián)軸器滾動軸承 套筒 考慮左軸承和大齒輪的定位及固定，應(yīng)制軸肩和軸環(huán)考慮左軸承和大齒輪的定位及固定，應(yīng)制軸肩和軸環(huán) 大齒輪 滾動軸承 聯(lián)軸器 滾動軸承 考慮右軸承和大齒輪的定位及固定，應(yīng)有套筒考慮右軸承和大齒輪的定位及固定，應(yīng)有套筒 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 套筒套筒 考慮聯(lián)軸器、大齒輪軸向和周向固定，聯(lián)軸器的軸向固定，進(jìn)考慮聯(lián)軸器、大齒輪軸向和周向固定，聯(lián)軸器的軸向固定，進(jìn) 一步完善軸的結(jié)構(gòu)一步完善軸的結(jié)構(gòu) 3）根據(jù)軸上零件的定位和固定要求確定各段軸的直徑；）根據(jù)軸上零件的定位和固定要求確定各段軸的直徑； 取：定位軸肩高

31、度?。憾ㄎ惠S肩高度h =（0.07）d +(2 3) mm 非定位軸肩高度非定位軸肩高度 ,) 31 ( mmd d7 d6 d4 d3 d2 d1 d5 各段軸直徑：各段軸直徑： mmdd55 min1 mmmmmm65766711552550702552 2112 d,.hdd取取 倍數(shù)）滾動軸承孔徑為5(mm70mm565 3 d mmd754 mmmmAC79797214 6 ）軸軸承承寸寸，（滾滾動動軸軸承承內(nèi)內(nèi)圈圈安安裝裝尺尺 aa ddd mm90mmmm589514752750702752 445 .hdd 軸軸承承同同一一型型號號的的軸軸承承，選選同同一一軸軸上上兩兩軸軸承承

32、最最好好選選ACmm72147037 dd 或或d=(5-10)mm 4）根據(jù)軸上零件的尺寸及位置要求確定各段軸的長度）根據(jù)軸上零件的尺寸及位置要求確定各段軸的長度l和各力點和各力點 距離距離L Lab1aLKL聯(lián)軸器l L3L2L1 l7l5l4l6l3l2l1 Bs b2 BsL聯(lián)孔 l7l4 l5l6 l3l2l1 Bs b2 Bs Lab1aLKL聯(lián)軸器l L聯(lián)孔 確定各段軸的長度確定各段軸的長度li mmL8228432 1 ）（ 聯(lián)孔 出）減速器箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計定、（）（KLmmKBSL56 2 mm4952 2 8085 1552432 2 21 3 . bb SB）（ mmmm,

33、4 78577528032 24 .b）（ mmmm11510 2 7590 41 2 41 5 65 5 ，取取. dd . mmmm 6 1251111 2 8085 155 2 5 21 6 取取. bb S mmB24 7 7214AC軸承，寬度B=24mm L3L2L1 l7l5l4l6l3l2l1 B b2 B 確定各力作用點間距離確定各力作用點間距離Li mmL111 1 mm5 .70 2 L mmL5 .70 3 四）按彎扭合成強(qiáng)度校核計算 1.計算齒輪上的作用力： 扭矩 圓周力 徑向力 軸向力 mNmN n P T2 .933 6 .245 24 95509550 2 2

34、2 NN d T Ft5847 19.319 10002 .93322 2 2 2 NN F F nt r 2150 4368cos 20tan5847 cos tan 0 0 2 2 NNFF ta 8334368tan5847tan 0 22 2.求軸承支反力，軸的各平面彎矩MV、MH，合成彎矩M合及計算彎矩Mca ）計算垂直面支反力 ）畫垂直面彎矩圖 4）計算水平面支反力 ACBD ）畫水平面彎矩圖 合 ）畫合成彎矩圖 7）畫扭矩圖 8）畫當(dāng)量彎矩圖 2 2 ）（ TMMca 6 . 0單向運轉(zhuǎn) 22 VH MMM 合 3.按彎、扭合成強(qiáng)度校核計算 1）確定危險截面位置 截面較小的截面如

35、當(dāng)量彎矩不大，但直徑 截面當(dāng)量彎矩最大截面如 D C 2）強(qiáng)度校核計算：MPaMPa d M C b C C C 5954.14 751 . 0 100037.613 1 . 0 1 33 右 截面： MPaMPa d M D b C D D5966.33 551 . 0 1000560 1 . 0 1 33 截面： 結(jié)論軸的彎、扭合成強(qiáng)度足夠。 五）按安全系數(shù)校核軸的疲勞強(qiáng)度 截面、中嚴(yán)重的截面：如當(dāng)量彎矩較大，應(yīng)力集 力集中截面）且有鍵槽引起應(yīng)當(dāng)量彎矩最大截面（如 JIHGFE C 1.確定危險截面位置 E、F、G截面只受彎矩作用，I、J截面只受扭矩作用， H截 面既受彎矩又受扭矩，且有圓

36、角、配合引起的應(yīng)力集中； J截面 雖受扭矩作用但直徑較小，H、J截面可能是危險截面。 55 65 70 75 C 合 合 2.對危險截面進(jìn)行安全系數(shù)校核（校核H、J截面） H截面安全系數(shù)校核： 1）H截面合成彎矩MH合，扭矩TH mNMMM VHHHH 56.122621.6986.100 2222 合 mNTTH2 .933 2 2）H截面彎曲應(yīng)力（對稱循環(huán)）： MPa aH 905. 2 751 . 0 122560 3 左 MPa aH 573. 3 701 . 0 122560 3 右 3）H截面扭剪應(yīng)力（按脈動循環(huán)）： MPaMPa W T MpaMPa W T T ma T ma

37、495. 8 702 . 02 933200 2 53. 5 752 . 02 933200 2 3 2 3 2 左左 右右 55 65 70 75 KK 、；、；、；、）查4 ：、等效系數(shù) ；，軸材料為碳鋼1 . 02 . 0 絕對尺寸系數(shù)（表12-8） 74. 078. 0 73. 075. 0 右右 左左 ， ， ，）：軸車削加工，表面質(zhì)量系數(shù)（表MPa B 640912 94. 0未強(qiáng)化處理， 有效應(yīng)力 集中系數(shù) 。， ，截面右側(cè)：圓角處（ ，）邊沿應(yīng)力集中截面左側(cè)：配合（ 466. 1788. 1 029. 0 70 2 5 . 2 2 7075 2 876. 1604. 26/7 3 34 KK d r r dd rH KKrHH 綜合影 響系數(shù) 064. 2 94. 074. 0 466. 1 388. 2 94. 078. 0 788. 1 677. 2 94. 073. 0 876. 1 617. 3 94. 075. 0 604. 2 )( K K K K K K K K D右D右 DD ），（）（ ），（ 左左 5）安全系數(shù)校核計算 H截面左側(cè)： 172.26 905. 2617. 3 275 1 左左 左 ）（ aD H K S 093.10 53. 51 . 05