清華機(jī)械設(shè)計(jì) 第3.1軸

第3章機(jī)械系統(tǒng)支撐零部件設(shè)計(jì)

3.1軸

3.2滾動(dòng)軸承

3.3滑動(dòng)軸承

3.1軸軸的用途軸上的分類與材料軸設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作能力的設(shè)計(jì)軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)軸的剛度設(shè)計(jì)軸的用途支撐軸上零件傳遞轉(zhuǎn)矩確定并保持軸上零件的軸向位置軸的載荷彎矩扭矩3.1軸3.1.1軸的分類與材料軸的分類按軸的形狀：直軸、曲軸按軸受載荷性質(zhì)：心軸：只受彎矩的軸傳動(dòng)軸：只受扭矩的軸轉(zhuǎn)軸：既受彎矩又受扭矩的軸按軸的工作頻率:

剛性軸、撓性軸

按軸受載荷性質(zhì)：心軸、傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)軸：扭矩T心軸：彎矩M轉(zhuǎn)軸：T+M軸的材料： P111表3-2對(duì)軸材料的要求：強(qiáng)度、剛度、耐磨性碳鋼的特點(diǎn)：價(jià)格低對(duì)應(yīng)力集中不敏感，可通過(guò)熱處理提高耐磨性合金鋼的特點(diǎn)：強(qiáng)度高耐磨性好，可以滿足特殊工作要求球墨鑄鐵的特點(diǎn)：價(jià)廉、對(duì)應(yīng)力集中敏感性低適于復(fù)雜外形的軸常用材料是優(yōu)質(zhì)碳鋼：453.1.1軸上分類與材料3.1.2軸的工作能力設(shè)計(jì)軸的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：P112表3-3按許用應(yīng)力法計(jì)算1.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算（許用切應(yīng)力）2.按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算（許用彎曲應(yīng)力）按安全系數(shù)法計(jì)算軸的疲勞強(qiáng)度計(jì)算軸的疲勞強(qiáng)度計(jì)算1.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算（許用切應(yīng)力）抗扭截面系數(shù)p112表3-4有鍵槽等結(jié)構(gòu)應(yīng)將所計(jì)算的直徑適當(dāng)放大3-7%2.按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算設(shè)軸在水平面內(nèi)彎矩MH，在垂直面內(nèi)彎矩MV

；扭矩T.軸的疲勞強(qiáng)度計(jì)算例：已知齒輪減速器如圖，輸出軸斜齒輪的分度圓直徑為250mm，傳遞扭矩為612500N，輪齒上所受的圓周力Ft=4896N,徑向力Fr=1854N,軸向力Fa=1404N。方向如圖所示，軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為217~255HBS，軸的結(jié)構(gòu)尺寸如圖，要求校核減速箱輸出軸的強(qiáng)度。1.畫出軸的受力簡(jiǎn)圖軸的強(qiáng)度計(jì)算例題水平彎矩MH1）作出水平面受力圖、計(jì)算支反力、畫彎矩圖12FtRH2RH1l1l2MH2、畫合成彎矩圖軸的強(qiáng)度計(jì)算例題垂直彎矩Mv2）作出垂直面受力圖、計(jì)算支反力、畫彎矩圖12FrRv2Rv1l1l2FaMv2、畫合成彎矩圖軸的強(qiáng)度計(jì)算例題3）求合成彎矩、合成彎矩圖圖12MHMv2、畫合成彎矩圖軸的強(qiáng)度計(jì)算例題3.作扭矩圖124.作出當(dāng)量彎矩圖：考慮扭矩和彎矩產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特性差異的系數(shù)。（=0.3、0.6、1）軸的強(qiáng)度計(jì)算例題5.計(jì)算危險(xiǎn)截面的彎曲應(yīng)力，校核軸的強(qiáng)度軸的強(qiáng)度計(jì)算例題軸的抗彎截面系數(shù)，參見(jiàn)表3-5軸的許用彎曲應(yīng)力，表3-23.作出扭矩圖4.作出計(jì)算彎矩圖1.作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖5.計(jì)算危險(xiǎn)截面的彎曲應(yīng)力

2.作出合成彎矩圖垂直彎矩MV

Fr

、Fa水平彎矩MHFt彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算總結(jié)安全系數(shù)法1.疲勞強(qiáng)度：式（3-7）、（3-8）——參照1.3節(jié)注意：應(yīng)該考慮循環(huán)次數(shù)，即：壽命系數(shù)2.靜強(qiáng)度：式（3-10）、（3-11）軸的疲勞強(qiáng)度計(jì)算軸的疲勞強(qiáng)度計(jì)算按許用應(yīng)力法計(jì)算1.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算（許用切應(yīng)力）已知條件：軸傳遞的功率、軸的轉(zhuǎn)速、軸的材料用于計(jì)算或估算軸的直徑2.按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算（許用彎曲應(yīng)力）必須已知：主要結(jié)構(gòu)尺寸、軸上零件的位置、外載荷和支反力的作用位置較精確地校核軸的強(qiáng)度按安全系數(shù)法計(jì)算校核計(jì)算：必須已知所有的結(jié)構(gòu)尺寸精度最高：用于重要的軸不必再進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核軸的靜強(qiáng)度計(jì)算靜強(qiáng)度計(jì)算的目的是校核軸的抗塑性變形能力，在瞬時(shí)過(guò)載嚴(yán)重或者應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱嚴(yán)重時(shí)，需進(jìn)行校核。軸的剛度設(shè)計(jì)軸的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算式（3-13）光軸：許用扭轉(zhuǎn)角值，見(jiàn)表3-6軸的剛度設(shè)計(jì)軸的彎曲剛度計(jì)算當(dāng)量軸徑法：把階梯軸簡(jiǎn)化為一當(dāng)量等徑光軸，然后再利用材力公式計(jì)算y及。軸的彎曲剛度條件許用撓度，表3-6許用偏轉(zhuǎn)角，表3-6

軸的撓度y(mm)、偏轉(zhuǎn)角θ(o)和扭轉(zhuǎn)角φ(o/m)的允許值變形種類應(yīng)用范圍許用值允許撓度[y]/mm一般用途的軸車床主軸感應(yīng)電動(dòng)機(jī)軸安裝齒輪的軸安裝蝸輪的軸(0.0003~0.0004)l0.0002l0.1Δ(0.01~0.03)mn(0.02~0.05)m注：l--軸承跨距Δ--定子與轉(zhuǎn)子間隙mn--齒輪法向模數(shù)m--蝸輪端面模數(shù)允許偏轉(zhuǎn)角[θ]/o滑動(dòng)軸承深溝球軸承調(diào)心球軸承圓柱滾子軸承圓錐滾子軸承安裝齒輪處0.060.330.150.090.06~0.12允許扭轉(zhuǎn)角[φ]/om-1精密傳動(dòng)一般傳動(dòng)要求不高的傳動(dòng)0.25~0.50.5~1>1提高軸的強(qiáng)度的常用措施增大軸徑