軸的強(qiáng)度計算

關(guān)于軸的強(qiáng)度計算第1頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.1概述功用：軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動和動力。

16.1.1軸的分類按照承受載荷的不同，軸可分為：1.轉(zhuǎn)軸─同時承受彎矩和轉(zhuǎn)矩的軸，如減速器的軸。2.心軸─只承受彎矩的軸，如火車車輪軸。轉(zhuǎn)動心軸固定心軸如：齒輪軸火車輪軸第2頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六3.傳動軸─主要承受轉(zhuǎn)矩的軸，不受彎矩或彎矩很小，如汽車的傳動軸。除了剛性軸外，還有鋼絲軟軸，可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動靈活地傳直軸根據(jù)外形的不同，可分為光軸和階梯軸。按照軸線形狀的不同，軸可分為曲軸和直軸兩大類。軸一般是實(shí)心軸，有特殊要求時也可制成空心軸。16.1概述到不開敞地空間位置。橋式起重機(jī)大車行走機(jī)構(gòu)車輪軸第3頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.1.2軸的材料16.1概述

軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。軸的常用材料及其部分機(jī)械性能（見下頁）

第4頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.1概述第5頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.1概述16.1.3軸設(shè)計的主要問題2.結(jié)構(gòu)：軸向、周向定位；工藝要求；安裝和維修3.工作能力：強(qiáng)度、剛度、耐磨性和振動的穩(wěn)定性等；重型軸還要考慮毛坯制造、探傷、起重。1.材料：見前述第6頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計16.2.1軸的毛坯

尺寸較小的軸可以用圓鋼車制，尺寸較大的軸則應(yīng)用鍛造毛坯。鑄造毛坯應(yīng)用較少。16.2.2軸的組成

軸主要由軸頭、軸身、軸頸三部分組成。軸端軸頭軸頸軸頭軸身軸的結(jié)構(gòu)和形狀取決于：軸的毛坯種類軸上作用力的大小及分布情況軸上零件的位置、配合性質(zhì)以及聯(lián)結(jié)固定的方法軸承的類型、尺寸和位置軸的加工方法、裝配方法以及其他特殊要求第7頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求：受載合理軸及軸上零、部件定位及固定可靠良好的制造、拆裝工藝性減小應(yīng)力集中1.受載合理(1)減小軸上扭矩。

改變軸上零件的布置，有時可以減小軸上的載荷。

第8頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六(2)減小軸上彎矩。(3)改變零件的結(jié)構(gòu)可以改變軸的類型a)T由卷筒傳遞，軸僅受M(心軸)b)T由軸傳遞，軸受M、T(轉(zhuǎn)軸)16.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計

卷筒的輪轂結(jié)構(gòu)MmaxMmax

改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)也可以減小軸上的最大載荷。

第9頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.軸在軸上零件定位、固定可靠、裝拆方便見16.2.33.良好的工藝性（1）退刀槽需磨削處需車螺紋處(2）倒角易對中安裝（緊配合處），安全倒角、圓角一致。(3)鍵槽：在同一母線上第10頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(4)非定位軸肩的設(shè)置：便于緊配合處的安裝4.盡量避免應(yīng)力集中(1)減小不必要的尺寸變化和減小尺寸變化的幅度；(2)采用大過渡圓角；(3)緊配合處采用卸載槽；(4)減少表面粗糙度；(5)采用輾壓、噴丸工藝。16.2.3零件在軸上的固定軸上零件常以其轂和軸聯(lián)接在一起。軸和轂的固定可分為軸向固定和周向固定兩類。第11頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.軸上零件的軸向固定

軸上零件軸向固定的方法有：軸肩（或擋環(huán)）、彈性擋圈、套筒、鎖緊擋圈（加緊定螺釘）、錐形軸頭、緊定螺釘、圓螺母、緊配合、軸端擋圈等結(jié)構(gòu)。詳見P311圖16.3第12頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六

軸肩由定位面和內(nèi)圓角組成DhCrdbDhrRd軸肩處16.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計第13頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.軸上零件的周向固定

常用的周向固定方法有鍵、花鍵、成形、彈性環(huán)、銷和過盈配合等聯(lián)接。

第14頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.3軸的強(qiáng)度計算軸的強(qiáng)度計算主要由三種方法（據(jù)軸受載及對安全要求）設(shè)計思路：（1）按許用切應(yīng)力計算（2）許用彎曲應(yīng)力計算；（3）安全系數(shù)校核計算。16.3.1按許用切應(yīng)力計算1.應(yīng)用（僅與T有關(guān)）(1)傳動軸計算（主要T）(2)需初步結(jié)構(gòu)化的轉(zhuǎn)軸（只知T）(3)不重要轉(zhuǎn)軸的計算（將M影響折算進(jìn)行內(nèi)）第15頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.3軸的強(qiáng)度計算2.算式強(qiáng)度條件：(16.1)設(shè)計式：(16.2)式中：第16頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.3軸的強(qiáng)度計算16.3.2按許用彎曲應(yīng)力計算（彎扭組合計算）1.應(yīng)用(1)（初步結(jié)構(gòu)化）已知跨度的轉(zhuǎn)軸（支點(diǎn)確定）(2)一般為重要的轉(zhuǎn)軸2.算式彎曲應(yīng)力一般計算順序如下：(1)畫空間受力簡圖；(2)作水平、垂直平面受力圖；(3)作；作；(4)作合成；第17頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六由第三強(qiáng)度理論M、T載荷性質(zhì)相同：(5)作T圖；M、T載荷性質(zhì)不同時：將修正成與性質(zhì)相同的應(yīng)力（引入）16.3軸的強(qiáng)度計算第18頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.3軸的強(qiáng)度計算(16.3)(8)設(shè)計式(16.4)對于不變T：對于脈動循環(huán)的T：對于對稱循環(huán)的T：式中－應(yīng)力修正系數(shù)；(6)作當(dāng)量；(7)；第19頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.3軸的強(qiáng)度計算3.計算步驟（1）作空間受力簡圖（圖a）；（2）作垂直平面（V面）受力圖，計算支反力（圖b）；（3）作(a)(b)(c)第20頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.3軸的強(qiáng)度計算（4）作水平平面（H面）受力圖，計算支反力（圖d）（5）作(d)(e)第21頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.3軸的強(qiáng)度計算（6）作合成彎曲圖M（圖f）逐點(diǎn)合成（7）作T圖（圖g）（8）作當(dāng)量彎矩圖(圖h)

逐點(diǎn)合成(f)(g)(h)第22頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.3軸的強(qiáng)度計算（9）計算d作等強(qiáng)度軸（10）進(jìn)一步結(jié)構(gòu)化（尺寸細(xì)化，加工、配合得知）16.3.3安全系數(shù)校核計算1.應(yīng)用：(1)結(jié)構(gòu)細(xì)化的重要軸（改善薄弱環(huán)節(jié)）(2)只限危險截面處2.算式(1)疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)的校核計算（防疲勞破壞）確定危險截面第23頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.3軸的強(qiáng)度計算彎曲作用下的安全系數(shù)扭轉(zhuǎn)作用下的安全系數(shù)(16.5)式中：第24頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.3軸的強(qiáng)度計算第25頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.3軸的強(qiáng)度計算(16.6)(2)靜強(qiáng)度安全系數(shù)校核計算（防止尖峰載荷出現(xiàn)時軸塑性變形）第26頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.3軸的強(qiáng)度計算(16.7)第27頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.3軸的強(qiáng)度計算例題16.2見P316第28頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.3軸的強(qiáng)度計算第29頁，共33頁，2023年，2月20日，星期六16.3軸的強(qiáng)度計算第30頁，共33頁，2023年，