機(jī)械設(shè)計(jì)課件 軸

軸

概述(ɡàishù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的計(jì)算精品資料§1概述(ɡàishù)1.1軸的用途及分類軸的作用：支承回轉(zhuǎn)零件、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。軸的分類1）按軸線形狀(xíngzhuàn)分：直軸、曲軸和鋼絲軟軸；2）按外形分：光軸、階梯軸；3）按剖面分：空心軸、實(shí)心軸4）按承受載荷情況分：轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)軸心軸精品資料心軸：只承受(chéngshòu)彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)心軸固定心軸精品資料傳動(dòng)軸:只傳遞(chuándì)轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩或彎矩很小精品資料轉(zhuǎn)軸(zhuànzhóu)：既傳遞轉(zhuǎn)矩又承受彎矩精品資料曲軸精品資料撓性鋼絲(ɡānɡsī)軸精品資料例傳動(dòng)軸：扭矩T心軸：彎矩M轉(zhuǎn)軸(zhuànzhóu)：T+M精品資料脈動(dòng)循環(huán)(xúnhuán)應(yīng)力對(duì)稱(duìchèn)循環(huán)應(yīng)力（）to（）（）ttoo軸的應(yīng)力轉(zhuǎn)軸彎矩：對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力扭矩：脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力t靜應(yīng)力精品資料1.2軸設(shè)計(jì)的主要(zhǔyào)內(nèi)容1、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)①確定軸的各段直徑和長度②軸的結(jié)構(gòu)工藝性③解決軸上零件的固定和定位等問題2、軸的工作能力設(shè)計(jì)①強(qiáng)度計(jì)算（防止疲勞折斷）②剛度計(jì)算（防止過渡變形）③磨損計(jì)算（防止過量磨損）④振動(dòng)計(jì)算（防止共振）3、軸設(shè)計(jì)的一般過程估算軸徑初步(chūbù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算修正結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按疲勞強(qiáng)度精確核算繪制工作圖精品資料1.3軸的材料對(duì)軸材料的要求：強(qiáng)度、剛度、耐磨性1）碳素鋼：價(jià)格低，對(duì)應(yīng)力集中不敏感，可以通過(tōngguò)熱處理提高耐磨性優(yōu)質(zhì)中碳鋼：35、40、45和50號(hào)等，進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。普通碳鋼：Q215、Q235、Q255和Q275等2）合金鋼：強(qiáng)度高，耐磨性好，可以滿足特殊工作要求20Cr、40Cr、20CrMnTi、35SiMn、38CrMoAlA、40MnB等。3）球墨鑄鐵：價(jià)廉、對(duì)應(yīng)力集中敏感性低，適于復(fù)雜外形的軸精品資料§2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的：確定軸的外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求①裝在軸上的零件有相對(duì)確定的位置；②軸受力合理，有利于提高強(qiáng)度和剛度；③具有良好的工藝性；④便于裝拆和調(diào)整；⑤節(jié)省材料，減輕重量。設(shè)計(jì)方法：“三邊”設(shè)計(jì)方法，邊計(jì)算、邊畫圖、邊修改。已知條件(tiáojiàn)：P、n，傳動(dòng)零件的尺寸、參數(shù)及傳動(dòng)裝置簡圖。設(shè)計(jì)步驟精品資料一、擬定軸上零件的裝配方案(fāngàn)對(duì)如圖所示的圓錐-圓柱齒輪減速器的輸出軸Ⅲ，可擬定如圖所示方案(fāngàn)。精品資料二、軸上零件的軸向定位及固定定位目的(mùdì)定位方法(a)軸肩-鎖緊擋圈（b）軸肩-彈性(tánxìng)擋圈（c）雙鎖緊擋圈（d）軸肩-套筒(e)軸肩-圓螺母（f）軸肩-軸端擋圈（g）套筒-軸端擋圈（h）圓錐形軸頭-軸端擋圈

精品資料說明①軸肩高度的確定：定位軸肩，h=（0.07～0.1）d，非定位軸肩，h=1.5～2.5mm，h為與零件相配處的軸的直徑；②為保證軸向固定牢靠(láokɑo)，與齒輪、聯(lián)軸器等零件相配合的軸段落長度應(yīng)比輪轂長度略短2～4mm。三、軸上零件的周向固定目的：為傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，必須限制軸上零件與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。方法：鍵、花鍵、銷、緊定螺釘（用于傳力不大之處）以及過盈配合等。精品資料四、初步確定各軸段的直徑和長度(1)初步估算軸徑1、方法類比法：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法；按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度(qiángdù)估算：2、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度(qiángdù)估算對(duì)圓剖面鋼軸：式中τT扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，d估算軸徑。式中A與軸的材料有關(guān)，。精品資料3、說明①估算確定的軸徑d是階梯軸承(zhóuchéng)受扭矩作用的軸段的最小直徑dmin，通常也把它作為中間軸Ⅱ軸裝軸承(zhóuchéng)處的直徑。②當(dāng)剖面上開有一鍵槽時(shí)，軸徑增大3%～7%，有兩個(gè)鍵槽時(shí)，增大7%～15%，然后將軸徑圓整至標(biāo)準(zhǔn)直徑。（2）以dmin為基礎(chǔ)畫圖，初步確定各段軸直徑和長度1、階梯軸各段直徑的確定根據(jù)擬定的裝配方案、軸上零件的固定、裝拆要求，以dmin為基礎(chǔ)，逐次加大各段軸的直徑。d1=dmind2=d1+2(0.07～0.1)d1d3=d2+2(1.5～2.5)，取標(biāo)準(zhǔn)值d4=d3+2(1.5～2.5)d5=d4+2(0.07～0.1)d4d6=d3+2(0.07～0.1)d3精品資料精品資料注①軸頸、軸頭的直徑應(yīng)按規(guī)范取標(biāo)準(zhǔn)直徑，特別是裝滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器、密封圈等標(biāo)準(zhǔn)件的軸徑必須取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值及所選配合的公差。②為了使齒輪、軸承等有配合要求的零件裝拆方便，并減小配合表面的擦傷，在配合軸段前應(yīng)采用(cǎiyòng)較小的直徑。③為了使與軸作過盈配合的零件易于裝配，相配軸段的壓入端應(yīng)制出錐度，或在同一軸段的兩個(gè)部位上采用(cǎiyòng)不同的尺寸公差。精品資料2、階梯軸各段長度的確定根據(jù)(gēnjù)軸上各零件與軸配合部分的軸向尺寸來確定。例如：l3=b+s+Δ（b為軸承寬度）l1=聯(lián)軸器與軸配合長度-（2～4）mml2=l+軸承端蓋的總寬度；l4=B-(2～4)mml5：軸環(huán)寬度，≥1.4h；l6=Δ+s-l5其中：l根據(jù)(gēnjù)軸承端蓋和聯(lián)軸器的裝拆要求定出，l=20～30mm，s滾動(dòng)軸承內(nèi)側(cè)與箱體的距離，s=5～10mm，Δ齒輪端面距箱體內(nèi)壁的距離，Δ=10～20mm，B為齒輪寬度。精品資料五、軸的結(jié)構(gòu)(jiégòu)工藝性①軸的過渡處應(yīng)有圓角，為便于加工，過渡圓角處半徑盡可能一致；②為便于加工，軸上若有兩個(gè)以上鍵槽，應(yīng)布置在同一母線上，同時(shí)鍵槽的結(jié)構(gòu)(jiégòu)尺寸，盡可能一致；③若軸上有螺紋，應(yīng)考慮有螺紋推退刀槽；若軸上有磨削，應(yīng)有砂輪越程槽;④軸端應(yīng)有倒角，便于裝拆，Cx450；⑤軸上零件安裝時(shí)，所經(jīng)過的軸段直徑都應(yīng)比該零件孔??；⑥滾動(dòng)軸承內(nèi)圈定位的軸肩、套筒的外徑應(yīng)小于內(nèi)圈的直徑。精品資料六、提高軸的強(qiáng)度的措施1、改善(gǎishàn)軸的受載情況彈性(tánxìng)擋圈精品資料2、改進(jìn)(gǎijìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)，減少軸承受的彎矩圖示卷筒的輪轂結(jié)構(gòu)使軸承受的彎矩較大；改進(jìn)(gǎijìn)卷筒的輪轂結(jié)構(gòu)后，不僅可以減小軸的彎矩，提高軸的強(qiáng)度和剛度，而且使軸與輪轂的配合良好。精品資料3、改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中4、改善表面質(zhì)量，提高軸的疲勞強(qiáng)度提高疲勞強(qiáng)度的方法(fāngfǎ)有：減小軸表面的粗糙度值；對(duì)軸的表面進(jìn)行輥壓、噴丸等。精品資料§3軸的計(jì)算(jìsuàn)3.1軸的強(qiáng)度校核計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算的目的：檢驗(yàn)軸的工作能力及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。強(qiáng)度計(jì)算方法：傳動(dòng)軸：傳遞轉(zhuǎn)矩，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算；心軸：承受彎矩，應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算；轉(zhuǎn)軸：傳遞轉(zhuǎn)矩，又承受彎矩，按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算，同時(shí)(tóngshí)還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核；對(duì)瞬時(shí)過載很大或應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性較為嚴(yán)重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生過大的塑性變形。精品資料一、按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算當(dāng)軸上的作用載荷(zàihè)（彎矩、扭矩）和跨距確定后，則可作出扭矩和彎矩圖，然后根據(jù)各個(gè)剖面上的當(dāng)量力矩計(jì)算。為簡化計(jì)算，通常把軸當(dāng)作鉸支梁，不計(jì)軸、軸上零件的重量和軸承中的摩擦力矩。精品資料步驟(bùzhòu)（1）作出軸的計(jì)算簡圖（力學(xué)模型）①簡化力：先求出軸上受力零件所受的載荷（若為空間力系，應(yīng)分解為Ft、Fr、Fa），然后把它們?nèi)哭D(zhuǎn)化到軸上；②把力分解到水平面和垂直面；③確定支點(diǎn)位置；④計(jì)算水平面、垂直面的支反力，F(xiàn)NH，F(xiàn)NV。（2）作出彎矩圖根據(jù)上述簡圖，分別按水平面和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計(jì)算結(jié)果分別作出水平面上的彎矩MH和垂直面上的彎矩MV，然后按下式求出總彎矩圖，精品資料（3）作出扭矩圖T（4）校核軸的強(qiáng)度根據(jù)M、T，確定危險(xiǎn)截面(jiémiàn)，按第三強(qiáng)度理論校核。因?yàn)閺澢鷳?yīng)力σ為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而τ常常不是，為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)α，則

α的確定：τ為靜應(yīng)力時(shí)，取α=0.3；τ為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取α=0.6；τ為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取α=1。精品資料（5）說明①若σca≤[σ-1]，滿足要求；若σca>[σ-1]時(shí)，需要修改軸的結(jié)構(gòu)；若σca<<[σ-1]時(shí)，從經(jīng)濟(jì)角度，應(yīng)修改，但應(yīng)綜合(zōnghé)全面考慮軸承壽命、軸上零件裝拆、定位等。②α是按扭矩性質(zhì)確定的。③對(duì)心軸σca=σ，轉(zhuǎn)動(dòng)心軸，σ為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，許用應(yīng)力為[σ-1]；固定心軸，σ為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，許用應(yīng)力為[σ0]，[σ0]=1.7[σ-1]；對(duì)傳動(dòng)軸，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算。④支點(diǎn)位置的確定對(duì)“6”類深溝球軸承，支點(diǎn)在軸承寬度中點(diǎn)；對(duì)向心推力軸承，支點(diǎn)在壓力中心；滑動(dòng)軸承：當(dāng)B/d≤1時(shí)，e=0.5B；當(dāng)B/d>1，取e=0.5d，但不小于（0.25～0.35）B。對(duì)于調(diào)心軸承，e=0.5B。精品資料二、按安全系數(shù)進(jìn)行精確(jīngquè)校核計(jì)算（1）目的、實(shí)質(zhì)、方法目的：判斷軸在變應(yīng)力作用下，抵抗疲勞破壞的能力；實(shí)質(zhì)：確定在變應(yīng)力作用下軸的安全程度；方法：找出一個(gè)或幾個(gè)危險(xiǎn)剖面確定安全系數(shù)。（2）計(jì)算根據(jù)第三強(qiáng)度理論，考慮成雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度，即

式中[S]為許用安全系數(shù)精品資料例題某單級(jí)直齒圓柱齒輪(chǐlún)減速器用電機(jī)拖動(dòng)，電機(jī)功率P=22kW,轉(zhuǎn)速n1=1470rpm，齒輪(chǐlún)的模數(shù)m=4,齒數(shù)Z1=18,Z2=82，支撐跨距L=180mm，軸的材料用45鋼調(diào)質(zhì)，試計(jì)算輸出軸危險(xiǎn)截面處的直徑。精品資料解題：1.確定(quèdìng)許用應(yīng)力[-1]b=60N/mm23.確定(quèdìng)輸出軸上的作用力Ft=2T2/d2=3960NFr=Ft·tgα=1440NFrFtyzxT12342.繪制輸出軸的受力簡圖P=22kWn1=1470rpmm=4Z1=18Z2=82L=180mm45鋼調(diào)質(zhì)精品資料解題：FryxMVRV1RV2FtzxMHRH1RH2TFrFtyzxT12344.求彎矩MMV=RV1·L/2=Fr·L/4=64.8N·mMH=RH1·L/2=Ft·L/4=178N·m精品資料解題：FryxMVRV1RV2FtzxMHRH1RH2TFrFtyzxT12345.求當(dāng)量(dāngliàng)彎矩Me6.求軸徑d考慮到鍵槽(jiàncáo)對(duì)軸的削弱，將d值加大5％，故精品資料三、按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核（1）目的(mùdì)：判斷軸抵抗塑性變形的能力；（2）方法：利用瞬時(shí)或尖峰載荷，校核靜強(qiáng)度。強(qiáng)度條件：3.2軸的剛度校核計(jì)算（自學(xué)）3.3軸的振動(dòng)及振動(dòng)穩(wěn)定性的概念（自學(xué)）精品資料輸出(shūchū)軸的設(shè)計(jì)精品資料軸的材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。（1）估算軸的最小直徑(zhíjìng)查表11.3（機(jī)械設(shè)計(jì)徐錦康主編）確定A值。

單鍵槽軸徑應(yīng)增大即增大至（?。?。精品資料（2）選擇輸入軸的聯(lián)軸器1）計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩查表10.1確定工作情況系數(shù)選擇彈性柱銷聯(lián)軸器，按