大理工機械設計課件第15章 軸

第15章軸

§15—1概述

一、軸的用途與分類(p40)1、功用：1）支承回轉零件；2）傳遞運動和動力

2、分類：按承載情況分：

轉軸——扭矩和彎矩心軸——只受彎矩，分為轉動心軸和不轉動心軸（圖2－23）傳動軸——主要受扭矩

按軸線形狀分

直軸：階梯軸

光軸曲軸：

空心軸和鋼絲軟軸

二、軸的材料及其選擇

碳素鋼——常用45#，正火調質合金鋼——對應力集中較敏感。

注意：①采用合金鋼并不能提高軸的剛度。

②軸的熱處理和表面強化可提高軸的疲勞強度。

表2-5

軸的常用材料及其主要力學性能三、軸設計的主要內容

結構設計

工作能力計算

鋼軸毛坯：軋制圓鋼和鍛鋼或直接用圓鋼鑄鋼、合金鑄鐵或球墨鑄鐵軸的材料

不知軸直徑，先進行初步計算，估算出軸徑，初步確定各部分的形狀和尺寸軸在機器中的位置，軸上零件定位，工藝要求，熱處理，運轉維護要求疲勞強度、靜強度、軸的剛度和振動穩定性

§15—2軸的結構設計

要求：

①軸和軸上零件要有準確、牢固的工作位置

②軸上零件裝拆、調整方便

③軸應具有良好的制造工藝性等

④盡量避免應力集中

一、擬定軸上零件的裝配方案

原則：1）軸的結構越簡單越合理2）裝配越簡單、方便越合理二、軸上零件的定位1、零件的軸向定位

1）軸肩和軸環

要求r軸<R孔或r軸<C孔

錯誤

正確2）套筒

3）軸用圓螺母

錯誤

正確要求軸肩高度<滾動軸承內圈高度注意：當用軸肩、軸環、套筒、圓螺母、軸端擋圈進行零件的軸向定位時，為保證軸向定位可靠，要求L軸<L轂4）軸端擋圈

錯誤

正確正確5）軸承端蓋

6）彈性擋圈

7）緊定螺釘或銷

軸承端蓋與機座間加墊片，以調整軸的位置

8）圓錐面（擋圈+螺母）

2、零件的周向定位

1）鍵2）花鍵3）緊定螺釘、銷

4）過盈配合三、各軸段的直徑和長度的確定1、各軸段直徑確定

a)按扭矩估算軸段直徑dmin

，用公式計算b)按軸上零件安裝、定位要求確定各段軸徑，經驗值

②同一軸徑軸段上不能安裝三個以上零件。

注意：①與標準零件相配合軸徑應取標準植2、各軸段長度

②轉動零件與靜止零件之間必須有一定的間隙。

①各軸段與其上相配合零件寬度相對應四、軸的結構工藝性

1）軸肩圓角r

2）軸端倒角

3）砂輪越程槽

4）螺紋退刀槽

5）同一軸上鍵槽位于圓柱同一母線上，且取相同尺寸軸系結構改錯四處錯誤正確答案三處錯誤正確答案兩處錯誤1.左側鍵太長，套筒無法裝入2.多個鍵應位于同一母線上§15—3軸的強度計算

一、按許用切應力－－扭轉強度條件計算用于：①只受扭矩或主要承受扭矩的傳動軸的強度計算

②結構設計前按扭矩初估軸的直徑dmin

實心軸強度條件

設計公式

當直徑<=100mm時一個鍵槽：5~7%，二個鍵槽：10~15%當直徑>100mm時一個鍵槽：3%，二個鍵槽：7%軸上有鍵槽時，放大軸徑：Ａ0：與軸材料有關的系數，見表2－6取標準植二、按許用彎曲應力－－彎扭合成強度條件計算條件：已知支點、扭距，彎矩

步驟：

1、作軸的空間受力簡圖2、求水平面支反力RH1、RH2作水平面彎矩圖

3、求垂直平面內支反力RV1、RV2，作垂直平面內的彎矩圖

4、作合成彎矩圖

5、作扭矩圖

6、作當量彎矩圖

—為將扭矩折算為等效彎矩的折算系數

對于扭轉切應力為靜應力，取

對于扭轉切應力為脈動循環變應力，取

對于扭轉切應力為對稱循環變應力，取

7、校核

危險截面軸的強度設計公式

三、軸的安全系數校核計算軸的安全系數校核計算是在軸的結構設計完成以后進行，目的是計入應力集中、尺寸效應和表面狀態等各種因素后，精度地確定各危險截面的安全程度用于重要的軸，當軸的安全系數校核計算后，不必再用許用彎曲應力法計算軸的安全系數校核計算內容：疲勞強度校核和靜強度校核1、疲勞強度校核

如前所述，作出軸的彎曲圖和轉矩圖，確定應校核的危險截面，按截面上所受的彎矩和轉矩求出彎曲應力和切應力，將兩項循環應力分解為各自的平均應力和應力幅，按下式計算2、靜強度校核——校核軸對塑性變形的抵抗能力

有效應力集中系數，尺寸系數和表面狀態系數見第二章附錄；等效系數見表2－2，許用安全系數見表2－3§15—4軸的剛度及振動穩定性

一、軸的剛度計算

1、彎曲剛度

撓曲線方程：

撓度：

偏轉角：

2、扭轉剛度

二、軸的振動穩定性及臨界轉速

彎曲振動（橫向）

扭轉振動

軸向振動（縱向）臨界轉速——軸引起共振時的轉速軸的振動類型：

彎曲臨界轉速的計算

軸的臨界角速度

k=mg/y0

剛性軸：

撓性軸：

§15—5提高軸的強度和剛度的措施（p478)一、改進軸的結構，減少應力集中

避免多個應力集中的結構出現在同一截面處，如鍵槽通常不加工到臺階P479圖15－35§15—5-1提高軸的強度的措施（p478)二、合理布置軸上零件以減少軸的載荷

三、改進軸上零件的結構，減小軸的載荷四、選擇受力方式以減小軸的載荷，改善軸的強度和剛度

五、改進表面質量提高軸的疲勞強度軸的最大應力通常出現在軸徑表面§15—5-2提高軸的剛度的措施（p480)1、合理選擇軸載面的形狀（實心軸與幾種不同參數空心軸的強度及剛度的比較）2、改善支承正安裝（面對面）§15—5-3改善軸的結構工藝性1、如果軸上有多個鍵槽，應設計在同一母線上2、同一軸上的圓角應盡可能取相同的數值