机械设计中轴的详解.ppt

15-1 概述,15-2 轴的结构设计,15-3 轴的强度计算,第十五章 轴,15-4 轴的刚度计算,15-5 轴的振动及临界转速,15-1轴的概述1,一、轴的用途及分类,15-1 概 述,轴的功用：1）支承回转件； 2）传递运动和动力。,按所受载荷的不同，分为：,按轴线形状的不同，轴可分：,图例,可以随意弯曲，把回转运动灵活地传到任意空间位置。,有特殊要求时，如航空发动机的主轴。,合金钢比碳钢有更高的强度和更好的淬火性能。一般情况下用碳钢，重要的轴用合金钢。,轴的概述2,轴的概述,二、轴的材料,毛坯多用圆钢或锻件。,轴的常用材料及其主要力学特性表,合金钢代替碳钢并不能提高轴的刚度。,用于外形复杂的轴。价廉、吸振性和耐磨性好，对应力集中的敏感性较低，但是质较脆。,（见表121）,轴的概述3,三、轴设计的主要内容,轴的设计过程：,根据轴上零件的安装、固定及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构和尺寸。,校核轴的强度、刚度和振动稳定性等。,轴的概述,15-2轴的结构设计1,轴的结构设计：即确定轴的合理形状和全部结构尺寸。,15-2 轴的结构设计,轴的结构设计应该保证： 轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；, 便于轴上零件的装拆和调整；, 轴应具有良好的制造工艺性等。,一、轴的各部名称及其功能,轴上安装轮毂的轴段。,轴上安装轴承的轴段。,图例,用于确定轴上零件位置的轴肩。,为便于安装零件而设计的轴肩。,二、拟定轴上零件的装配方案,轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。,5）为便于零件的装拆而设计的非定位轴肩高度（半径差）h 12mm。,2）与标准件配合的轴径应根据标准件的尺寸设计。,1）估算的轴径作为轴上最细处的直径。,轴的结构设计2,三、轴上零件的固定,轴向固定方法：,详细介绍,四、各轴段直径和长度的确定,4） 滚动轴承的定位轴肩，应小于轴承内圈的厚度。,1. 直径的确定原则,3） 定位轴肩的高度（半径差） h（0.07 0.1）d12mm 。,轴的结构设计,（见图128）,轴的结构设计,五、提高轴的强度的常用措施,合理布置轴上零件以减小轴的载荷 改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 改进轴的结构以减小应力集中 改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度,详细说明,轴的结构设计3,六、轴的结构工艺性,在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单越好。,轴上应设计加工和装配所需要的倒角、螺纹退刀槽和砂轮越程槽等。,不同轴段的键槽应设计在同一母线上。,详细说明,1） 轴头的长度应比轮毂的宽度小23mm ，以保证固定可靠。,2） 轴颈的长度一般等于轴承的宽度。,2. 长度的确定原则,15-3轴的强度计算1,15-3 轴的强度计算,1转矩法,这种方法用于只受转矩或主要受转矩作用轴的强度计算。通常按这种方法估算转轴的直径。,实心轴的直径为：,扭转强度条件为：,考虑到键槽的影响，应适当加大轴径：,结构设计结束之后，对轴进行适当简化，并进行受力分析，计算出轴所受的载荷，即可对轴进行校核计算。,式中：C计算常数，见表122。,许用扭应力，见表122。,轴的强度计算2,轴强度的计算,2当量弯矩法,这种方法适用于转轴的计算。计算步骤如下：,1） 轴的弯矩与扭矩分析,轴的强度计算3,用应力校正系数 a 考虑扭切应力与弯曲应力循环特性不同的影响。,2） 校核轴的强度,式中：-1b对称循环应力下轴的许用弯曲应力（可查表123选取）；,详细内容,根据弯矩图和转矩图（或当量弯矩图）确定可能的危险截面。可按第三强度理论计算危险截面的弯扭合成强度。,强度条件：,当量应力：,W轴的抗弯截面系数（mm3）。,（ 的值见 P240）,轴强度的计算,（WT= d 316； W d 332）,轴的强度计算4,3安全系数法,根据轴上危险截面的循环应力，计算疲劳强度安全系数：,详细内容,1）轴的疲劳强度校核,安全条件：,式中各参数的选取见表125。,轴强度的计算,轴的强度计算5,2）轴的静强度校核,对于瞬时过载很大的轴，应进行静强度校核。,详细内容,强度条件为：,峰值载荷产生的弯曲应力,峰值载荷产生的扭切应力,许用安全系数Ss的选取见表126。,轴强度的计算,15-4轴的刚度计算1,15-4 轴的刚度计算,1轴的扭转刚度计算,扭转刚度条件：,更多内容,扭角, 为轴的许用扭角，见表127。,详细说明,光轴,阶梯轴,对刚度有要求的轴，需进行刚度计算。例如：电动机的转子轴、内燃机的凸轮轴等。,轴的刚度计算2,2. 轴的弯曲刚度校核计算,y和 分别为轴的许用挠度及许用偏转角，见表127 。,对于阶梯轴，可用当量轴径法转化为当量光轴计算其挠度和偏转角。,详细说明,对于光轴，可直接用材料力学中的公式计算其挠度或偏转角。,当量轴径：,式中：di、li第 i 个轴段的轴径和长度。,轴的刚度计算,12-5 轴的振动及临界转速,15-5 轴的振动及临界转速,一般通用机械中的轴很少发生共振。高速轴易共振，多为弯曲共振。,1. 单圆盘轴的一阶临界转速 nc1,满足上述条件的轴就是具有了弯曲振动的稳定性。,详细推导,（rad/s）；,（r/min）,要求： n 0.75nc1,要求：1.4 nc1 n 0.7nc2,2. 多圆盘轴的一阶临界转速 见教材P253。, 轴是一弹性体，旋转时，会产生弯曲振动、扭转振动及纵向振动。, 当轴的振动频率与轴的自振频率相同时，就会发生共振。, 共振时轴的转速称为临界转速。, 临界转速有多个，其中一阶临界转速（其转速最低）下的共振最激烈。,轴的设计实例,轴的结构分析,装配过程演示,轴的设计实例,一、轴的结构分析,轴的结构应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上 的零件应便于装拆和调整，轴应具有良好的制造工艺性等。下面通过一 具体轴系结构的改错加以说明。,二、装配顺序演示