機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)課件柴鵬飛12第15章軸講課用

1、青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 第十二章 軸第一節(jié) 軸的分類與材料第二節(jié) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第三節(jié) 軸的強(qiáng)度校核帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)都是通過中間撓性件傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，適用于兩軸中心距較大的場合。與齒輪傳動(dòng)相比，它們具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。第四節(jié) 軸的設(shè)計(jì)實(shí)例青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 帶式運(yùn)輸機(jī)減速器電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸第一節(jié) 軸的分類與材料 功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有： 分類：按軸的形狀分有：一、軸的用途及分類青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩

2、又承受彎矩。按承受載荷分有： 分類：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩發(fā)動(dòng)機(jī)后橋傳動(dòng)軸一、軸的用途及分類第一節(jié) 軸的分類與材料 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有： 分類：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩心軸-只承受彎矩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)心軸一、軸的用途及分類第一節(jié) 軸的分類與材料 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有： 分類：傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩

3、心軸-只承受彎矩直軸一、軸的用途及分類光軸 階梯軸 按軸的形狀分有：一般情況下，直軸做成實(shí)心軸，需要減重時(shí)做成空心軸第一節(jié) 軸的分類與材料 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有： 分類：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩心軸-只承受彎矩直軸一、軸的用途及分類光軸 階梯軸 曲軸第一節(jié) 軸的分類與材料 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 本章只研究直軸功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有： 分類：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩心

4、軸-只承受彎矩直軸一、軸的用途及分類光軸 階梯軸 曲軸撓性鋼絲軸第一節(jié) 軸的分類與材料 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 設(shè)計(jì)任務(wù)：選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作能力計(jì)算。二、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： 軸的承載能力驗(yàn)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的驗(yàn)算。 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Y青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 種類碳素鋼：35、45、50、Q235軸的毛坯:一般用圓鋼或鍛件，有時(shí)也用鑄鋼或球墨鑄鐵。三、 軸的材料 合金鋼: 20Cr、20

5、CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等用途：碳素結(jié)構(gòu)鋼因具有較好的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用較多，尤其是45鋼應(yīng)用最廣。合金鋼具有較高的力學(xué)性能，但價(jià)格較貴，多用于有特殊要求的軸。如用球墨鑄鐵制造曲軸和凸輪軸，具有成本低廉、吸振性較好、對應(yīng)力集中的敏感較低、強(qiáng)度較好等優(yōu)點(diǎn)。為了改善力學(xué)性能正火或調(diào)質(zhì)處理。表12-1 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能 材料及熱處理毛坯直徑mm硬度HBS強(qiáng)度極限b 屈服極限s MPa彎曲疲勞極限-1應(yīng)用說明Q235440240200用于不重要或載荷不大的軸35 正火520270250有較好的塑性和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，可用于一般曲軸、轉(zhuǎn)軸。100149187 青島科技大學(xué)專用

6、 潘存云教授研制 表12-1 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 設(shè)計(jì)任務(wù)：使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸。第二節(jié) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：1.軸應(yīng)便于制造，軸上零件要易于裝拆；(制造安裝) 2.軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置；(定位) 3.各零件要牢固而可靠地相對固定；(固定) 4.改善應(yīng)力狀況，減小應(yīng)力集中。軸端擋圈帶輪軸承蓋套筒齒輪滾動(dòng)軸承典型軸系結(jié)構(gòu)青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 一、擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案：確定軸上零件的裝配方向、順序、和相互 關(guān)系。青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 軸上零件的裝配方案不同，則軸的結(jié)構(gòu)形狀也不相同。設(shè)計(jì)時(shí)可擬定幾種

7、裝配方案，進(jìn)行分析與選擇。 圖示減速器輸出軸就有兩種裝配方案。saBcLa圓錐圓柱齒輪二級減速器青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 方案二需要一個(gè)用于軸向定位的長套筒，多了一個(gè)零件，加工工藝復(fù)雜，且質(zhì)量較大，故不如方案一合理 。青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 二、軸上零件的定位 4、5間的軸肩使齒輪在軸上定位，1、2間的軸肩使帶輪定位，6、7間的軸肩使右端滾動(dòng)軸承定位。軸肩-階梯軸上截面變化之處。起軸向定位作用。 軸肩套筒定位方法：軸肩、套筒、圓螺母、擋圈、軸承端蓋。青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 軸向固定由軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈來實(shí)現(xiàn)。齒輪受軸向力時(shí)，向右是通過4、5間的軸肩，并由6、

8、7間的軸肩頂在滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈上；向左則通過套筒頂在滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈上。帶輪的軸向固定是靠1、2間的軸肩和軸端當(dāng)圈。雙向固定青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 無法采用套筒或套筒太長時(shí)，可采用雙圓螺母加以固定。軸肩的尺寸要求:r C1 或 r 200 mm。 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 4）按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核 對于瞬時(shí)過載很大，或應(yīng)力循環(huán)的不對稱性較為嚴(yán)重的軸，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行靜強(qiáng)度條件校核。軸的靜強(qiáng)度條件為： SS=1.21.4-高塑性材料的鋼軸(S /B 0.6)； SS=1.41.8-中等塑性材料的鋼軸(S /B =0.60.8)； SS=1.82.0-低塑性材料的鋼軸； SS=2.02.3-

9、鑄造軸; SS-按屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)的安全系數(shù)； SSca-危險(xiǎn)截面靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)的安全系數(shù)； 其中： SS -同時(shí)考慮彎矩和軸向力時(shí)的安全系數(shù)； 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 SS -只考慮扭矩時(shí)的安全系數(shù)：Mmax -軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大彎矩； Tmax -軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大扭矩, N.mm； Famx -軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大軸向力, N； A -軸的危險(xiǎn)截面的面積， mm2； W -軸的危險(xiǎn)截面的抗彎截面系數(shù)， mm3； W-軸的危險(xiǎn)截面的抗扭截面系數(shù)， mm3。 s -材料的抗彎屈服極限； s -材料的抗扭屈服極限； 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 lFFF”12彎矩 彎曲變

10、形扭矩 扭轉(zhuǎn)變形若剛度不夠?qū)е螺S的變形過大，就會(huì)影響其正常工作。變形量的描述：撓度 y、轉(zhuǎn)角 、扭角 設(shè)計(jì)要求： y y 1）彎曲變形計(jì)算方法有：1.按微分方程求解2.變形能法適用于等直徑軸。適用于階梯軸。復(fù)習(xí)材料力學(xué)相關(guān)內(nèi)容。y第四節(jié) 軸的剛度計(jì)算 TTl青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 表12-5 軸的許用變形量變形種類許用值適用場合變形種類許用值適用場合(0.00030.0005)l一般用途的軸0.0002l剛度要求較高感應(yīng)電機(jī)軸(0.010.05)mn安裝齒輪的軸0.01 (0.020.05) m安裝蝸輪的軸滾動(dòng)軸承0.05向心球軸承調(diào)心球軸承圓柱滾子軸承圓錐滾子軸承0.0010.00

11、2齒輪處軸截面0.51一般傳動(dòng)0.20.5較精密傳動(dòng)重要傳動(dòng)撓度mm轉(zhuǎn)角rad每米長的扭角( )/ml 支撐間的跨矩 0.25 0.0016 電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子 間的間隙 mn 齒輪的模數(shù) m 蝸輪的模數(shù) 0.0010.050.0025青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 對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=146 mm,作用在軸右端帶輪上外力F=4500N（方向未定）, L=193 mm, K=206 mmL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v解：1) 求垂

12、直面的支反力和軸向力=Fad2 軸的設(shè)計(jì)實(shí)例aad12青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadMavMavF1HF2HMaHF1FF2F2) 求水平面的支反力3) 求F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力4) 繪制垂直面的彎矩圖5) 繪制水平面的彎矩圖FtF青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 MaMavMavF1HF2HMaHF1FF2FM2F6) 求F力產(chǎn)生的彎矩圖7) 繪制合成彎矩圖考慮F可能與H、V內(nèi)合力共面a-a 截面F力產(chǎn)生的彎矩為：MaFMaL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadFtF青島科技大學(xué)專用 潘存云教

13、授研制 MaMavMavF1HF2HMaHF1FF2FM2F8) 求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩9)求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩MaFM2MaT扭切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取折合系數(shù): =0.6 L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadFtF青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 求考慮到鍵槽對軸的削弱，將d值增大4%，故得：10)計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑 選45鋼，調(diào)質(zhì)，b =650 MPa, -1b =60 MPa 符合直徑系列。青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 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4%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 不大，一般以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軸徑為準(zhǔn)。對于一般剛軸，按上述方法設(shè)計(jì)即可。對于重要的軸，還必須用安全系數(shù)法作精確校核計(jì)算。說明：青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 四、軸的振動(dòng)及振動(dòng)穩(wěn)定性的概念 軸是一彈性體，旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生彎曲振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)及縱向振動(dòng)。 一般通用機(jī)械中的軸很少