華中科技大學機械設(shè)計基礎(chǔ)課件軸設(shè)計

1、第六章軸設(shè)計6-1概 述一、軸的功用 支撐回轉(zhuǎn)零件；二、軸的類型 傳遞運動和轉(zhuǎn)矩 心軸 只承受彎矩按受載 傳動軸 只承受轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)軸 既受彎矩、又受轉(zhuǎn)矩 直軸 曲軸按軸心線三、軸設(shè)計時所要解決的問題1、結(jié)構(gòu)問題2、強度問題3、剛度問題 確定軸的形狀和尺寸 防止軸發(fā)生疲勞斷裂 防止軸發(fā)生過大的彈性變形4、振動穩(wěn)定性問題防止軸發(fā)生共振6-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸頸 與軸承相配的部分；軸頭 與輪轂相配的部分；軸身 連接軸頸與軸頭部分；軸頸軸身軸頭軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足的要求：加工工藝性要好便于軸上零件裝拆軸上零件要有準確的定位軸上零件要有可靠的固定盡量減少應(yīng)力集中一、加工工藝要求光軸等強度軸階梯軸加工方法不同，軸的結(jié)

2、構(gòu)也可能不同車削倒角磨削砂輪越程槽二、裝拆要求 裝拆應(yīng)方便； 不同的裝拆方案，得到不同結(jié)構(gòu)； 軸的直徑應(yīng)圓整成標準值。三、軸上零件的軸向定位和固定定位 使軸上零件處于正確的工作位置； 固定 使軸上零件牢固地保持這一位置。目的 防止軸上零件工作時發(fā)生軸向躥動。常用的軸向定位和固定方法：軸肩或軸環(huán)定位軸肩：h(0.070.1)d R 或 C非定位軸肩：h12 mm，作用是便于軸上零件的裝拆為保證定位準確，R 或 C r軸環(huán)寬度一般取：b=1.4 h滾動軸承的定位軸肩或軸環(huán)高度查標準套筒注意：對軸上零件起固定作用。采用這些方法固定常用于近距離的兩個零件間的固定。 軸上零件時，為保證固定可靠，圓螺 母

3、應(yīng)使：與輪轂相配用于軸上兩零件距離較遠時，或軸端。的軸段長度比輪轂需切制螺紋，削弱了軸的強度。寬度短23 mm，即：lB - (23)彈性擋圈需切環(huán)槽，削弱了軸的強度。 承受不大的軸向力。軸端擋圈用于固定軸端零件，能承受較大的軸向力。錐面常與軸端擋圈配合使用。四、軸上零件的周向固定目的 防止軸上零件與軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，以傳遞轉(zhuǎn)矩。常用的周向固定方法：平鍵花鍵緊定螺釘滾動軸承是否需要用鍵作周向固定？五、提高軸的強度減小應(yīng)力集中適當加大截面變化處的過渡圓角半徑。或采用：凹切圓角過渡肩環(huán)減載槽問題：改善軸的受力狀況改變軸上零件的結(jié)構(gòu)，使受載減小。 五、結(jié)構(gòu)設(shè)計示例FT應(yīng)力分析：彎曲應(yīng)力b- 對稱循環(huán)變

4、應(yīng)力；扭剪應(yīng)力T 循環(huán)特征根據(jù)實際情況而定。計算方法： 按扭轉(zhuǎn)強度計算； 按彎扭合成軸強的度抗計扭算； 安全系數(shù)法剖計面算系。數(shù)一、按扭轉(zhuǎn)強度計算一般的軸T9.55106 P / npd 3 /169.55106 P tT tT = W=扭剪應(yīng)力:0.2d 3nT6-3軸的強度計算扭轉(zhuǎn)強度設(shè)計式:系數(shù) C 與軸的材料和承載情況有關(guān)，查表12-2。 令其為系數(shù) C注意：彎矩相對轉(zhuǎn)矩較小或只受轉(zhuǎn)矩時，C 取小值。彎矩較大時，C 取大值。扭轉(zhuǎn)強度公式一般用來初算軸的直徑， 計算出的 d 作為受扭段的最小直徑 dmin 。若該軸段有一個鍵槽，d有兩個鍵槽，增大10%值增大5%,。9.55106PPd

5、330.2tn= C3mmTn二、按彎扭合成強度計算此方法既考慮彎矩又考慮轉(zhuǎn)矩，比前法精確。需已知：軸的支反力作用點、外載荷的大小及位置。 彎、扭聯(lián)合作用時，采用第三強度理論。 則軸危險截面上的當量應(yīng)力：=(M W ) + 4(T)222W+ T 2M 2s e =sb2+ 4t 2=W 對于直徑為 d 的實心軸：o= M =MMbWpd 3 / 320.1d 3t =T=TT=TWpd 3 /160.2d 32WT則強度條件為：Me+ (aT )2M 2 ss=-10.1d 3beW對稱循環(huán)變應(yīng)力下的許用應(yīng)力 當量彎矩校正系數(shù)的取值： 對于不變的轉(zhuǎn)矩：a = s -1b s 0.3+1 b

6、頻繁啟動、振動或情a = s -1 b s 0.6況不明： 經(jīng)常雙向運轉(zhuǎn)：0ba = s -1b s 1-1 bM=M 2 + (aT )2e由于sb 與 t 的循環(huán)特征可能不同，需引進校正系數(shù)將 t折合成對稱循環(huán)變應(yīng)力。設(shè)計式：三、軸設(shè)計步驟和方法1、根據(jù)功率 P 和轉(zhuǎn)速 n ，用扭轉(zhuǎn)強度公式初算受扭段的最小直徑dmin 。2、根據(jù)初算軸徑，進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。N3、按彎扭合成強度校核軸的危險截面。d 3Memm0.1s -1 b受扭段最小直徑dmin將 dmin 圓整成標準直徑（查“機械設(shè)計課程設(shè)計”）d= C3Pmmminn 畫出空間受力圖，求出支反力； 分別作出水平面受力圖和垂直面受力圖； 分別作出水平面彎矩圖MH和垂直面彎矩圖MV ； 求合成彎矩： 求危險截面的當量彎矩：危險截面直危徑險截面