機械設計課件 軸

軸

概述(ɡàishù)軸的結構設計軸的計算精品資料§1概述(ɡàishù)1.1軸的用途及分類軸的作用：支承回轉零件、傳遞運動和動力。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、實心軸4）按承受載荷情況分：轉軸傳動軸心軸精品資料心軸：只承受(chéngshòu)彎矩而不傳遞轉矩轉動(zhuàndòng)心軸固定心軸精品資料傳動軸:只傳遞(chuándì)轉矩而不承受彎矩或彎矩很小精品資料轉軸(zhuànzhóu)：既傳遞轉矩又承受彎矩精品資料曲軸精品資料撓性鋼絲(ɡānɡsī)軸精品資料例傳動軸：扭矩T心軸：彎矩M轉軸(zhuànzhóu)：T+M精品資料脈動循環(huán)(xúnhuán)應力對稱(duìchèn)循環(huán)應力（）to（）（）ttoo軸的應力轉軸彎矩：對稱循環(huán)應力扭矩：脈動循環(huán)應力t靜應力精品資料1.2軸設計的主要(zhǔyào)內容1、軸的結構設計①確定軸的各段直徑和長度②軸的結構工藝性③解決軸上零件的固定和定位等問題2、軸的工作能力設計①強度計算（防止疲勞折斷）②剛度計算（防止過渡變形）③磨損計算（防止過量磨損）④振動計算（防止共振）3、軸設計的一般過程估算軸徑初步(chūbù)結構設計按彎扭合成強度計算修正結構設計按疲勞強度精確核算繪制工作圖精品資料1.3軸的材料對軸材料的要求：強度、剛度、耐磨性1）碳素鋼：價格低，對應力集中不敏感，可以通過(tōngguò)熱處理提高耐磨性優(yōu)質中碳鋼：35、40、45和50號等，進行調質或正火處理。普通碳鋼：Q215、Q235、Q255和Q275等2）合金鋼：強度高，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：價廉、對應力集中敏感性低，適于復雜外形的軸精品資料§2軸的結構設計目的：確定軸的外形和全部結構尺寸軸結構設計的基本要求①裝在軸上的零件有相對確定的位置；②軸受力合理，有利于提高強度和剛度；③具有良好的工藝性；④便于裝拆和調整；⑤節(jié)省材料，減輕重量。設計方法：“三邊”設計方法，邊計算、邊畫圖、邊修改。已知條件(tiáojiàn)：P、n，傳動零件的尺寸、參數(shù)及傳動裝置簡圖。設計步驟精品資料一、擬定軸上零件的裝配方案(fāngàn)對如圖所示的圓錐-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：為傳遞運動和轉矩，必須限制軸上零件與軸發(fā)生相對轉動。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：經驗設計方法；按扭轉強度(qiángdù)估算：2、按扭轉強度(qiángdù)估算對圓剖面鋼軸：式中τT扭轉剪應力，d估算軸徑。式中A與軸的材料有關，。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當剖面上開有一鍵槽時，軸徑增大3%～7%，有兩個鍵槽時，增大7%～15%，然后將軸徑圓整至標準直徑。（2）以dmin為基礎畫圖，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，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)，取標準值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、軸頭的直徑應按規(guī)范取標準直徑，特別是裝滾動軸承、聯(lián)軸器、密封圈等標準件的軸徑必須取相應的標準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制出錐度，或在同一軸段的兩個部位上采用(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滾動軸承內側與箱體的距離，s=5～10mm，Δ齒輪端面距箱體內壁的距離，Δ=10～20mm，B為齒輪寬度。精品資料五、軸的結構(jiégòu)工藝性①軸的過渡處應有圓角，為便于加工，過渡圓角處半徑盡可能一致；②為便于加工，軸上若有兩個以上鍵槽，應布置在同一母線上，同時鍵槽的結構(jiégòu)尺寸，盡可能一致；③若軸上有螺紋，應考慮有螺紋推退刀槽；若軸上有磨削，應有砂輪越程槽;④軸端應有倒角，便于裝拆，Cx450；⑤軸上零件安裝時，所經過的軸段直徑都應比該零件孔??；⑥滾動軸承內圈定位的軸肩、套筒的外徑應小于內圈的直徑。精品資料六、提高軸的強度的措施1、改善(gǎishàn)軸的受載情況彈性(tánxìng)擋圈精品資料2、改進(gǎijìn)軸上零件的結構，減少軸承受的彎矩圖示卷筒的輪轂結構使軸承受的彎矩較大；改進(gǎijìn)卷筒的輪轂結構后，不僅可以減小軸的彎矩，提高軸的強度和剛度，而且使軸與輪轂的配合良好。精品資料3、改進軸的結構，減少應力集中4、改善表面質量，提高軸的疲勞強度提高疲勞強度的方法(fāngfǎ)有：減小軸表面的粗糙度值；對軸的表面進行輥壓、噴丸等。精品資料§3軸的計算(jìsuàn)3.1軸的強度校核計算強度計算的目的：檢驗軸的工作能力及結構設計的合理性。強度計算方法：傳動軸：傳遞轉矩，應按扭轉強度條件計算；心軸：承受彎矩，應按彎曲強度條件計算；轉軸：傳遞轉矩，又承受彎矩，按彎扭合成強度條件計算，同時(tóngshí)還應按疲勞強度條件進行精確校核；對瞬時過載很大或應力循環(huán)不對稱性較為嚴重的軸，還應按峰尖載荷校核靜強度，以免產生過大的塑性變形。精品資料一、按彎扭合成強度條件計算當軸上的作用載荷(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)各個剖面上的當量力矩計算。為簡化計算，通常把軸當作鉸支梁，不計軸、軸上零件的重量和軸承中的摩擦力矩。精品資料步驟(bùzhòu)（1）作出軸的計算簡圖（力學模型）①簡化力：先求出軸上受力零件所受的載荷（若為空間力系，應分解為Ft、Fr、Fa），然后把它們全部轉化到軸上；②把力分解到水平面和垂直面；③確定支點位置；④計算水平面、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算各力產生的彎矩，并按計算結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）校核軸的強度根據(jù)M、T，確定危險截面(jiémiàn)，按第三強度理論校核。因為彎曲應力σ為對稱循環(huán)變應力，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為靜應力時，取α=0.3；τ為脈動循環(huán)變應力時，取α=0.6；τ為對稱循環(huán)變應力時，取α=1。精品資料（5）說明①若σca≤[σ-1]，滿足要求；若σca>[σ-1]時，需要修改軸的結構；若σca<<[σ-1]時，從經濟角度，應修改，但應綜合(zōnghé)全面考慮軸承壽命、軸上零件裝拆、定位等。②α是按扭矩性質確定的。③對心軸σca=σ，轉動心軸，σ為對稱循環(huán)變應力，許用應力為[σ-1]；固定心軸，σ為脈動循環(huán)變應力，許用應力為[σ0]，[σ0]=1.7[σ-1]；對傳動軸，按扭轉強度計算。④支點位置的確定對“6”類深溝球軸承，支點在軸承寬度中點；對向心推力軸承，支點在壓力中心；滑動軸承：當B/d≤1時，e=0.5B；當B/d>1，取e=0.5d，但不小于（0.25～0.35）B。對于調心軸承，e=0.5B。精品資料二、按安全系數(shù)進行精確(jīngquè)校核計算（1）目的、實質、方法目的：判斷軸在變應力作用下，抵抗疲勞破壞的能力；實質：確定在變應力作用下軸的安全程度；方法：找出一個或幾個危險剖面確定安全系數(shù)。（2）計算根據(jù)第三強度理論，考慮成雙向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度，即

式中[S]為許用安全系數(shù)精品資料例題某單級直齒圓柱齒輪(chǐlún)減速器用電機拖動，電機功率P=22kW,轉速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鋼調質，試計算輸出軸危險截面處的直徑。精品資料解題：1.確定(quèdìng)許用應力[-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鋼調質精品資料解題：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.求當量(dāngliàng)彎矩Me6.求軸徑d考慮到鍵槽(jiàncáo)對軸的削弱，將d值加大5％，故精品資料三、按靜強度條件進行校核（1）目的(mùdì)：判斷軸抵抗塑性變形的能力；（2）方法：利用瞬時或尖峰載荷，校核靜強度。強度條件：3.2軸的剛度校核計算（自學）3.3軸的振動及振動穩(wěn)定性的概念（自學）精品資料輸出(shūchū)軸的設計精品資料軸的材料選用45鋼，調質處理。（1）估算軸的最小直徑(zhíjìng)查表11.3（機械設計徐錦康主編）確定A值。

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