考研備考期末復習機械設計基礎 軸VIP

1、 12-1 概述 12-2 軸的結(jié)構(gòu)和材料 12-3 軸的計算基本要求基本要求: :v了解轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸的載荷的特點了解轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸的載荷的特點v掌握軸的結(jié)構(gòu)設計的方法，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)設計的方法，熟悉軸上零件的軸向和周向定位方法，明確軸的結(jié)構(gòu)設計中應注意的問題確軸的結(jié)構(gòu)設計中應注意的問題v掌握軸的三種強度計算方法掌握軸的三種強度計算方法v了解軸的剛度計算方法了解軸的剛度計算方法本章特點：本章特點：v軸的設計過程是結(jié)構(gòu)設計與強度軸的設計過程是結(jié)構(gòu)設計與強度( (或剛度或剛度) )校核計算交替進行，逐步完校核計算交替進行，逐步完善的善的機械設計基礎 軸機

2、械設計基礎 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)零件并傳遞運動和動力支承旋轉(zhuǎn)零件并傳遞運動和動力 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傳動軸：傳動軸：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)矩機械設計基礎 軸2 按形狀分類按形狀分類v直軸、曲軸、軟軸直軸、曲軸、軟軸機械設計基礎 軸三、軸設計

3、解決的問題三、軸設計解決的問題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、強度問題、強度問題 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、振動穩(wěn)定性問題、振動穩(wěn)定性問題 防止軸發(fā)生共振防止軸發(fā)生共振機械設計基礎 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.確定各段直徑及長度確定各段直徑及長度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)設計軸的結(jié)構(gòu)設計軸的強度計算軸的強度計算其它計算其它計算1.剛度計算剛度計算2.振動穩(wěn)定性計算振動穩(wěn)定性計算( 臨界轉(zhuǎn)速

4、臨界轉(zhuǎn)速)1.許用切應力法許用切應力法(扭轉(zhuǎn)強度扭轉(zhuǎn)強度)2.許用彎曲應力法許用彎曲應力法( 彎扭合成強度彎扭合成強度 )3.安全系數(shù)計算法：疲勞強度計算、靜強度計算安全系數(shù)計算法：疲勞強度計算、靜強度計算機械設計基礎 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)機械設計基礎 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)設計的要求軸的結(jié)構(gòu)設計的要求機械設計基礎 軸

5、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確的工作位置，并牢固地保持這一位軸與軸上零件要有準確的工作位置，并牢固地保持這一位置置4. 盡量減少應力集中盡量減少應力集中, 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軸應有良好的制造工藝，便于加工軸應有良好的制造工藝，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v軸應有良好的制造工藝，便于加工軸應有良好的制造工藝，便于加工機械設計基礎 軸v加工方法不同，軸的結(jié)構(gòu)也可能不同加工方法不同，軸的結(jié)構(gòu)也可能不同v鍵槽應位于同一母線上；螺紋退

6、刀槽；砂輪越程槽鍵槽應位于同一母線上；螺紋退刀槽；砂輪越程槽光軸光軸 等強度軸等強度軸 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 2 裝拆要求裝拆要求機械設計基礎 軸v階梯狀軸階梯狀軸軸端應有軸端應有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)設計軸肩時應注意設計軸肩時應注意: 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軸長應略短于輪轂寬度軸長應略短于輪轂寬度(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

7、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軸的直徑應圓整成標準值軸的直徑應圓整成標準值3 定位和固定要求定位和固定要求機械設計基礎 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確的工作位置軸與軸上零件要有準確的工作位置v定位：定位：零件有準確的工作位置零件有準確的工作位置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械設計基礎 軸常用的周向固定方法：常用的周向固定方法：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)生相對轉(zhuǎn)動，以傳遞轉(zhuǎn)矩防止軸上零件與軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，以傳

8、遞轉(zhuǎn)矩軸向定位和固定軸向定位和固定機械設計基礎 軸常用的軸向定位和固定方法：常用的軸向定位和固定方法：v軸肩、套筒、螺母、軸端擋圈等軸肩、套筒、螺母、軸端擋圈等v軸頭長度軸頭長度 輪轂的軸向長度輪轂的軸向長度v防止軸上零件工作時發(fā)生軸向躥動防止軸上零件工作時發(fā)生軸向躥動4 盡量減少應力集中盡量減少應力集中, 改善軸的受力狀態(tài)改善軸的受力狀態(tài)機械設計基礎 軸v改善零件位置及結(jié)構(gòu)改善零件位置及結(jié)構(gòu), 以改善軸的受力狀態(tài)以改善軸的受力狀態(tài)盡量減少應力集中：盡量減少應力集中：v軸肩處要有過渡圓角軸肩處要有過渡圓角v相鄰軸徑的變化不宜太大相鄰軸徑的變化不宜太大結(jié)構(gòu)示例結(jié)構(gòu)示例1機械設計基礎 軸結(jié)構(gòu)示例結(jié)

9、構(gòu)示例2：結(jié)構(gòu)改錯：結(jié)構(gòu)改錯機械設計基礎 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 軸承用錯或裝錯軸承用錯或裝錯v 無調(diào)整墊片無調(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 鍵槽太長鍵槽太長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、軸的材料機械設計基礎 軸2. 球墨鑄鐵球墨鑄鐵:v QT500-5、QT600-2v軸的材料，見表軸的材料，見表12-11. 鋼：鋼：v碳素鋼碳素鋼 ：優(yōu)質(zhì)碳素鋼：優(yōu)質(zhì)碳素鋼:35、 50 、 45 軸鋼軸鋼v 普通碳素鋼普通碳素鋼Q235、Q255、Q275v合金鋼

10、：合金鋼：20Cr、20CrMnTi、40Cr、35SiMn、35CrMo機械設計基礎 軸一、軸的強度計算二、軸的剛度計算v軸的工作能力主要取決與強度和剛度，高軸的工作能力主要取決與強度和剛度，高速軸還要校核振動穩(wěn)定性速軸還要校核振動穩(wěn)定性一、軸的強度計算一、軸的強度計算機械設計基礎 軸v軸的計算流程：軸的計算流程：機器的結(jié)構(gòu)機器的結(jié)構(gòu)軸的長度軸的長度軸上零件的位置軸上零件的位置載荷計算簡圖載荷計算簡圖力學分析力學分析簡簡 化化強度計算強度計算軸徑軸徑軸的結(jié)構(gòu)設計軸的結(jié)構(gòu)設計FT計算方法：計算方法：v按扭轉(zhuǎn)強度計算按扭轉(zhuǎn)強度計算v按彎扭合成強度計算按彎扭合成強度計算 令其為系數(shù)令其為系數(shù) C1

11、 按扭轉(zhuǎn)強度計算按扭轉(zhuǎn)強度計算機械設計基礎 軸v扭剪應力扭剪應力: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，按扭距作初步計算彎矩未知，按扭距作初步計算TTWT ndPdT3632 . 01055. 916/ T v設計公式設計公式:mmnPCnPTdTT333 2 . 01055. 9 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若該軸段有一個鍵槽，若該軸段有一個鍵槽，d 值增大值增大3%; 有兩個鍵槽，增大有兩個鍵槽，增大7%2 按彎扭合成強

12、度計算按彎扭合成強度計算機械設計基礎 軸步驟：步驟：v繪制受力計算簡圖繪制受力計算簡圖v計算所有力引起的彎矩計算所有力引起的彎矩v合成彎矩合成彎矩Mv計算扭矩計算扭矩v合成當量彎矩合成當量彎矩Mv強度條件：強度條件：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、方向和作用點已知點已知準確計算準確計算v彎、扭聯(lián)合作用時，采用第三強度理論彎、扭聯(lián)合作用時，采用第三強度理論22)(txrxaxMMMM 22)(TMM 1bWM 為扭為扭-彎應力性質(zhì)折合系數(shù)彎應力性質(zhì)折合系數(shù)3.011 bb 6.001 bb 0.111 bb 靜應力靜應力循環(huán)應力循環(huán)應力脈動應力脈動應力, 不明確不明確彎扭合成設計公式彎扭合成設計公式機械設計基礎 軸v對只承受彎矩的心軸：對只承受彎矩的心軸：v對轉(zhuǎn)動心軸：對轉(zhuǎn)動心軸：v對不轉(zhuǎn)動心軸：