機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)軸系

軸§1概述§2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)§3軸的計(jì)算§1概述一、主要功用二、分類1、按承載分心軸：傳動軸：轉(zhuǎn)軸：1、支承軸上回轉(zhuǎn)零件（如齒輪等）2、傳遞運(yùn)動和動力

軸

——主要用于支承轉(zhuǎn)動零件，傳遞運(yùn)動和動力，同時又受軸承支承，是機(jī)械中必不可少的重要零件。只承受彎矩（M

），不傳遞轉(zhuǎn)矩（T＝0）只受轉(zhuǎn)矩（T

），不受彎矩（M

＝0）既傳遞轉(zhuǎn)矩（T）、又承受彎矩（M

）心軸：只承受彎矩（M），不傳遞轉(zhuǎn)矩（T

＝0）轉(zhuǎn)動心軸：固定心軸：軸轉(zhuǎn)動軸固定問：火車輪軸屬于什么類型？問：自行車軸屬于什么類型？轉(zhuǎn)軸：既傳遞轉(zhuǎn)矩（T）、又承受彎矩（M）如：減速器中的軸。傳動軸：只受轉(zhuǎn)矩（T

），不受彎矩（M

＝0）如：汽車下面的傳動軸。討論：根據(jù)承載情況下列各軸分別為哪種類型？

0軸：Ⅰ軸：Ⅱ軸：Ⅲ軸：Ⅳ軸：Ⅴ軸：傳動軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動心軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動心軸

如何判斷軸是否傳遞轉(zhuǎn)矩：從原動機(jī)向工作機(jī)畫傳動路線，若傳動路線沿該軸軸線走過一段距離，則該軸傳遞轉(zhuǎn)矩。如何判斷軸是否承受彎矩：該軸上除聯(lián)軸器外是否還有其它傳動零件，若有則該軸承受彎矩，否則不承受彎矩。曲軸：發(fā)動機(jī)專用零件2、按軸線形狀分直軸：又可分為實(shí)心、空心（加工困難）光軸：階梯軸：鋼絲軟軸：軸線可任意彎曲，傳動靈活。動力源被驅(qū)動裝置接頭接頭鋼絲軟軸曲軸：三、軸的材料1、碳素鋼：30、35、45、50（正火或調(diào)質(zhì)），45鋼應(yīng)用最廣。價(jià)廉，對應(yīng)力集中不敏感，良好的加工性。2、中、低碳合金鋼：20Cr、35SiMn、40Cr、40MnB等。

強(qiáng)度高、壽命長，對應(yīng)力集中敏感，用于重載、小尺寸的軸。鋼材種類熱處理對鋼材彈性模量E

影響很小討論：當(dāng)軸的剛度不足時，如何提高軸的剛度？∴用熱處理合金鋼不能提高軸的剛度。注意：3、合金鑄鐵、QT：鑄造成形，吸振，可靠性低，品質(zhì)難控制。常用于凸輪軸、曲軸。四、軸設(shè)計(jì)的主要問題失效形式：1、疲勞破壞疲勞強(qiáng)度校核2、變形過大剛度驗(yàn)算（如機(jī)床主軸）3、振動折斷高速軸，自振頻率與軸轉(zhuǎn)速接近4、塑性變形短期尖峰載荷驗(yàn)算屈服強(qiáng)度

設(shè)計(jì)的主要問題：1、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

—→保證軸上零件有可靠的工作位置，裝配、拆卸方便，周向、軸向固定可靠，便于軸上零件的調(diào)整；2、工作能力計(jì)算

a、有足夠的強(qiáng)度

—→疲勞強(qiáng)度、靜強(qiáng)度；

b、有足夠的剛度

—→防止產(chǎn)生大的變形；

c、有足夠的穩(wěn)定性

—→

防止共振—→

穩(wěn)定性計(jì)算?！?軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、目的

確定軸的尺寸、形狀：d、l；二、要求

1、軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的相對位置；

2、受力合理——軸結(jié)構(gòu)有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度；

3、軸的加工、裝配有良好的工藝性、減少應(yīng)力集中；三、軸的毛坯

d小

——圓鋼（棒料）：車制；

d大

——鍛造毛坯；結(jié)構(gòu)復(fù)雜——鑄造毛坯，如曲軸；空心軸：充分利用材料，↓質(zhì)量，但加工困難。四、階梯軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)F等強(qiáng)度階梯軸1、擬定軸上零件裝配方案裝軸承處尺寸＝軸承內(nèi)徑；裝輪轂處直徑與輪轂內(nèi)徑相當(dāng)；聯(lián)接軸頸和軸頭部分。組成軸頸：軸頭：軸身：

2、零件在軸上的固定（1）軸向固定a）借助軸本身形狀定位：軸肩、圓錐形軸頭；b）借助擋圈、圓螺母、套筒等定位。注意：防止過定位

L軸段長度＝

B輪轂寬－

(2～3)mm保證軸上零件可靠定位：軸圓角半徑r

＜軸上零件倒角尺寸c

＜軸肩高度h

或：軸圓角半徑r

＜軸上零件圓角半徑R

＜軸肩高度h（2）周向固定鍵、花鍵、成形聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)接、過盈、銷等——

軸轂聯(lián)接軸肩定位軸肩：非定位軸肩：五、軸段尺寸

1、d：由載荷—→

dmin

—→

由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定各段的d

；

2、L：由軸上零件相對位置及零件寬度決定，同時考慮：

1）軸段長比輪轂寬小2～3mm——可靠定位；

2）傳動件、箱體、軸承、聯(lián)軸器等零件間距離（查手冊）。固定方式＞h＝(0.07～0.1)d；d：軸頸尺寸

h

＝(1～2)mm注意：各軸段直徑d

和長度L的確定。六、軸的結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)1、需磨削的軸段：砂輪越程槽。3、軸端應(yīng)有倒角：c×45°——便于裝配。4、裝配段不宜過長。5、固定不同零件的各鍵槽應(yīng)布置在同一母線上，以減少裝夾次數(shù)。2、需切制螺紋的軸段：螺紋退刀槽。§3軸的計(jì)算一、軸的強(qiáng)度計(jì)算

1、按許用切應(yīng)力計(jì)算（按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算）強(qiáng)度條件：式中：WT——抗扭截面系數(shù)，mm3[τ

]——許用切應(yīng)力，MPa公式應(yīng)用：

a）傳動軸精確計(jì)算；

b）轉(zhuǎn)軸的初估軸徑dmin

——結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，逐步階梯化di

（∵支點(diǎn)、力作用點(diǎn)未知）；

c）對于轉(zhuǎn)軸：算出dmin

—→

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—→

彎矩圖—→

彎扭合成 強(qiáng)度計(jì)算；

d）有鍵槽處：若軸上開鍵槽：d

適當(dāng)↑，單鍵：↑（3～5）%；雙鍵：↑（7～10）%；花鍵：計(jì)算出的d

為內(nèi)徑。2、按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算（彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算）已知條件：作用力大小、位置、軸d、l、支點(diǎn)位置由dmin

（扭轉(zhuǎn)初估）—→

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—→

支點(diǎn)、力大小、作用點(diǎn)—→

畫出M、T合成彎矩圖—→

危險(xiǎn)截面—→

計(jì)算。

步驟：P2471）畫出軸的空間受力簡圖：力分解到水平面、垂直面2）作水平面彎矩Mxy

圖和垂直面彎矩Mxz

圖3）作出合成彎矩圖4）繪轉(zhuǎn)矩T圖5）求當(dāng)量彎矩，繪圖α

——根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)不同而引入的應(yīng)力校正系數(shù)。σ

——一般為對稱循環(huán)變化（彎矩引起的彎曲應(yīng)力）1）單向旋轉(zhuǎn)、載荷穩(wěn)定：切應(yīng)力接近不變r(jià)

＝+1；2）單向旋轉(zhuǎn)、載荷不穩(wěn)定：切應(yīng)力接近脈動循環(huán)r

＝0；3）連續(xù)正反轉(zhuǎn)、載荷不穩(wěn)定：切應(yīng)力接近對稱循環(huán)，r

＝-1；T：7）強(qiáng)度條件：式中：

W

——軸的抗彎截面系數(shù)；

[σ]——軸的許用彎曲應(yīng)力，見表14-1。6）確定危險(xiǎn)截面。二、軸的剛度計(jì)算軸的變形：撓度y、偏轉(zhuǎn)角θ

、轉(zhuǎn)角φ

y≦[y]θ