機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)12章

1、 12-1 概述 12-2 軸的結(jié)構(gòu)和材料 12-3 軸的計(jì)算基本要求基本要求: :v了解轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸的載荷的特點(diǎn)了解轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸的載荷的特點(diǎn)v掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，熟悉軸上零件的軸向和周向定位方法，明掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，熟悉軸上零件的軸向和周向定位方法，明確軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題確軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題v掌握軸的三種強(qiáng)度計(jì)算方法掌握軸的三種強(qiáng)度計(jì)算方法v了解軸的剛度計(jì)算方法了解軸的剛度計(jì)算方法本章特點(diǎn)：本章特點(diǎn)：v軸的設(shè)計(jì)過程是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度軸的設(shè)計(jì)過程是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度( (或剛度或剛度) )校核計(jì)算交替進(jìn)行，逐步完校核計(jì)算交替進(jìn)行，逐步完善的善的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸機(jī)

2、械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸二、軸的分類二、軸的分類1 按載荷性質(zhì)分類按載荷性質(zhì)分類2 按形狀分類按形狀分類v軸：軸：支承回轉(zhuǎn)零件的零件支承回轉(zhuǎn)零件的零件一、軸的功用一、軸的功用v1. 支承旋轉(zhuǎn)零件并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力支承旋轉(zhuǎn)零件并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 v2. 保證所有軸上零件有確定的軸向工作位置保證所有軸上零件有確定的軸向工作位置1 按載荷性質(zhì)分類按載荷性質(zhì)分類v心軸：心軸：只承受彎矩，不承受轉(zhuǎn)矩只承受彎矩，不承受轉(zhuǎn)矩v傳動(dòng)軸：傳動(dòng)軸：主要承受轉(zhuǎn)矩主要承受轉(zhuǎn)矩v轉(zhuǎn)軸：轉(zhuǎn)軸：既承受彎矩，又承受轉(zhuǎn)矩既承受彎矩，又承受轉(zhuǎn)矩機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸2 按形狀分類按形狀分類機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸2 特殊用途的軸特殊用途的軸v如鋼絲軟軸如鋼

3、絲軟軸機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸三、軸設(shè)計(jì)解決的問題三、軸設(shè)計(jì)解決的問題v1、結(jié)構(gòu)問題、結(jié)構(gòu)問題 確定軸的形狀和尺寸確定軸的形狀和尺寸v2、強(qiáng)度問題、強(qiáng)度問題 防止軸發(fā)生疲勞斷裂防止軸發(fā)生疲勞斷裂v3、剛度問題、剛度問題 防止軸發(fā)生過大的彈性變形防止軸發(fā)生過大的彈性變形v4、振動(dòng)穩(wěn)定性問題、振動(dòng)穩(wěn)定性問題 防止軸發(fā)生共振防止軸發(fā)生共振機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸1.擬定軸上零件裝配方案擬定軸上零件裝配方案2.估算軸的最小直徑估算軸的最小直徑min3.確定各段直徑及長(zhǎng)度確定各段直徑及長(zhǎng)度4.確定軸的結(jié)構(gòu)要素確定軸的結(jié)構(gòu)要素軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算其它計(jì)算其它計(jì)算1.剛度計(jì)算剛度計(jì)算2.振動(dòng)穩(wěn)定

4、性計(jì)算振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算( 臨界轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速)1.許用切應(yīng)力法許用切應(yīng)力法(扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度)2.許用彎曲應(yīng)力法許用彎曲應(yīng)力法( 彎扭合成強(qiáng)度彎扭合成強(qiáng)度 )3.安全系數(shù)計(jì)算法：疲勞強(qiáng)度計(jì)算、靜強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)計(jì)算法：疲勞強(qiáng)度計(jì)算、靜強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸一、軸的結(jié)構(gòu)二、軸的材料一、軸的結(jié)構(gòu)一、軸的結(jié)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸v軸肩軸肩(軸環(huán)軸環(huán))：軸的直徑軸的直徑變化所形成的階梯處變化所形成的階梯處軸頸軸頸 軸頭軸頭 軸身軸身 v軸頭：軸頭：軸和旋轉(zhuǎn)零件的配合部分軸和旋轉(zhuǎn)零件的配合部分v軸頸：軸頸：軸和軸承配合的部分軸和軸承配合的部分v軸身軸身：連接軸頸與軸頭部分連接軸頸與軸頭部分軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求軸

5、的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸3. 定位和固定要求：定位和固定要求：v軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置，并牢固地保持這一位軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置，并牢固地保持這一位置置4. 盡量減少應(yīng)力集中盡量減少應(yīng)力集中, 改善軸的受力狀態(tài)改善軸的受力狀態(tài)1. 制造工藝性要求：制造工藝性要求：v軸應(yīng)有良好的制造工藝，便于加工軸應(yīng)有良好的制造工藝，便于加工2. 裝拆要求：裝拆要求：v軸上零件要易于裝拆、調(diào)整軸上零件要易于裝拆、調(diào)整1 制造工藝性要求制造工藝性要求目的目的：便于軸的加工、測(cè)量。維修及軸上零件的拆裝便于軸的加工、測(cè)量。維修及軸上零件的拆裝機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸v1）軸的形狀軸的形狀光軸光軸 等強(qiáng)

6、度軸等強(qiáng)度軸 階梯軸階梯軸 車削車削 倒角倒角 磨削磨削 砂輪越程槽砂輪越程槽 1 制造工藝性要求制造工藝性要求機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸1 制造工藝性要求制造工藝性要求機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸磨削磨削 砂輪越程槽砂輪越程槽 車削車削 倒角倒角 1 制造工藝性要求制造工藝性要求機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸4 裝拆要求裝拆要求機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸v階梯狀軸階梯狀軸軸端應(yīng)有軸端應(yīng)有45倒角倒角v非定位軸肩非定位軸肩(便于裝配便于裝配)、定位軸肩、定位軸肩(零件零件定位定位)設(shè)計(jì)軸肩時(shí)應(yīng)注意設(shè)計(jì)軸肩時(shí)應(yīng)注意: v軸承定位軸肩軸承定位軸肩(套筒套筒)不能過高不能過高(以便拆卸以便拆卸) v軸長(zhǎng)應(yīng)略短于輪轂寬度軸長(zhǎng)應(yīng)略短

7、于輪轂寬度(保證零件固定保證零件固定)v軸肩圓角輪轂孔圓角軸肩圓角輪轂孔圓角(倒角倒角)v軸上零件要易于裝拆、調(diào)整軸上零件要易于裝拆、調(diào)整v不同的裝拆方案，得到不同結(jié)構(gòu)不同的裝拆方案，得到不同結(jié)構(gòu)v軸的直徑應(yīng)圓整成標(biāo)準(zhǔn)值軸的直徑應(yīng)圓整成標(biāo)準(zhǔn)值5 定位和固定要求定位和固定要求機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸v周向固定周向固定v軸向定位和固定軸向定位和固定v軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置v定位：定位：零件有準(zhǔn)確的工作位置零件有準(zhǔn)確的工作位置v固定：固定：零件在軸上的位置牢固可靠零件在軸上的位置牢固可靠周向定位和固定周向定位和固定機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸常用的周向固定方法：常用的周向固定方法：

8、v鍵、花鍵、緊定螺釘、過盈配合等鍵、花鍵、緊定螺釘、過盈配合等v防止軸上零件與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以傳遞轉(zhuǎn)矩防止軸上零件與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以傳遞轉(zhuǎn)矩周向定位和固定周向定位和固定機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸周向定位和固定周向定位和固定機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸周向定位和固定周向定位和固定機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸軸向定位和固定軸向定位和固定機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸常用的固定方法、特點(diǎn)和應(yīng)用：常用的固定方法、特點(diǎn)和應(yīng)用：v防止軸上零件工作時(shí)發(fā)生軸向躥動(dòng)防止軸上零件工作時(shí)發(fā)生軸向躥動(dòng)軸向定位和固定軸向定位和固定機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸軸向定位和固定軸向定位和固定機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸軸向定位和固定軸向定位和固定機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸軸向定位和固定軸向定位和固定機(jī)

9、械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸軸向定位和固定軸向定位和固定機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸軸向定位和固定軸向定位和固定機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸軸向定位和固定軸向定位和固定機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸6 盡量減少應(yīng)力集中盡量減少應(yīng)力集中, 改善軸的受力狀態(tài)改善軸的受力狀態(tài)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸6 盡量減少應(yīng)力集中盡量減少應(yīng)力集中, 改善軸的受力狀態(tài)改善軸的受力狀態(tài)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸6 盡量減少應(yīng)力集中盡量減少應(yīng)力集中, 改善軸的受力狀態(tài)改善軸的受力狀態(tài)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸結(jié)構(gòu)示例結(jié)構(gòu)示例1機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸結(jié)構(gòu)示例結(jié)構(gòu)示例2：結(jié)構(gòu)改錯(cuò)：結(jié)構(gòu)改錯(cuò)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸v 軸承沒定位軸承沒定位v 軸向定位不確定軸向定位不確定v 軸承用錯(cuò)或裝錯(cuò)軸承用錯(cuò)或裝錯(cuò)v 無調(diào)整墊片

10、無調(diào)整墊片v 端蓋端面無凹坑加工量大端蓋端面無凹坑加工量大v 無定位軸肩無定位軸肩v 端蓋無密封端蓋無密封v 鍵槽太長(zhǎng)鍵槽太長(zhǎng)v無非定位軸肩無非定位軸肩v套筒太高套筒太高二、軸的材料二、軸的材料機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸v要求：具有足夠的強(qiáng)度和剛度、較小的應(yīng)力集中的敏感性和良好的加工性能等。材料來源廣，價(jià)格適中。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸一、軸的強(qiáng)度計(jì)算二、軸的剛度計(jì)算v軸的工作能力主要取決于強(qiáng)度和剛度，高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)定性速軸還要校核振動(dòng)穩(wěn)定性一、軸的強(qiáng)度計(jì)算一、軸的強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸v軸的計(jì)算流程：軸的計(jì)算流程：機(jī)器的結(jié)構(gòu)機(jī)器的結(jié)構(gòu)軸的長(zhǎng)度軸的長(zhǎng)度軸上零件的位置軸

11、上零件的位置載荷計(jì)算簡(jiǎn)圖載荷計(jì)算簡(jiǎn)圖力學(xué)分析力學(xué)分析簡(jiǎn)簡(jiǎn) 化化強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算軸徑軸徑軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)FT計(jì)算方法：計(jì)算方法：v按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算v按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算 令其為系數(shù)令其為系數(shù) C1 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸v扭剪應(yīng)力扭剪應(yīng)力:適用狀況：適用狀況：v(1)軸只傳遞轉(zhuǎn)矩，不承受彎矩（或很小的彎矩）軸只傳遞轉(zhuǎn)矩，不承受彎矩（或很小的彎矩）v(2)彎矩未知，按扭距作初步計(jì)算彎矩未知，按扭距作初步計(jì)算TTWT ndPdT3632 . 01055. 916/ T v設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)公式:mmnPCnPTdTT333 2 . 01055. 9

12、 2 . 06 v系數(shù)系數(shù) C 與軸的材料和承載情況有關(guān)，查表與軸的材料和承載情況有關(guān)，查表12-2注意注意: v若該軸段有一個(gè)鍵槽，若該軸段有一個(gè)鍵槽，d 值增大值增大3%; 有兩個(gè)鍵槽，增大有兩個(gè)鍵槽，增大7%機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸注意注意: 2 按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸步驟：步驟：v繪制受力計(jì)算簡(jiǎn)圖繪制受力計(jì)算簡(jiǎn)圖v計(jì)算所有力引起的彎矩計(jì)算所有力引起的彎矩v合成彎矩合成彎矩Mv計(jì)算扭矩計(jì)算扭矩v合成當(dāng)量彎矩合成當(dāng)量彎矩Mv強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：適用狀況：適用狀況：v軸承位置以及作用在軸上的載荷性質(zhì)、大小、方向和作用軸承位置以及作用在軸上的載荷性質(zhì)、大小、方向和作用點(diǎn)已知點(diǎn)已知準(zhǔn)確計(jì)算準(zhǔn)確計(jì)算v彎、扭聯(lián)合作用時(shí)，采用第三強(qiáng)度理論彎、扭聯(lián)合作用時(shí)，采用第三強(qiáng)度理論22)(txrxaxMMMM 22)(TMM 1bWM 為扭為扭-彎應(yīng)力性質(zhì)折合系數(shù)彎應(yīng)力性質(zhì)折合系數(shù)3.011 bb 6.001 bb 0.111 bb 靜應(yīng)力靜應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力脈動(dòng)應(yīng)力脈動(dòng)應(yīng)力, 不明確不明確彎扭合成設(shè)計(jì)公式彎扭合成設(shè)計(jì)公式機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸v對(duì)只承受彎矩的心軸：對(duì)只承受彎矩的心軸：v對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)心軸：對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)心軸：v對(duì)