《轴设计N》PPT课件.ppt

第六章 轴设计,内容 轴的功用及分类 轴的结构设计 轴的强度计算,1. 轴的功用及分类,功用,支撑回转零件,传递运动和转矩,分类,心轴：只承受弯矩、不承受转矩，又可分为,传动轴：主要承受转矩、不承受或承受很小弯矩,转轴：既承受弯矩、又承受转矩,转动心轴,固定心轴,按载荷分类,一、轴设计概述,2. 轴的材料,碳素钢 优质碳素钢：35、45、50等 45钢使用最广泛 普通碳素钢：Q235A等 特点 强度、刚度、塑性和韧性等综合机械性能好 应力集中敏感性小 热处理后提高耐磨性、疲劳强度,2. 轴的材料（续）,合金钢 用于高速、重载、较重要的轴常用40Cr、40MnB、20CrMnTi等 特点 强度和淬火性比碳素钢好 热处理后提高耐磨性、疲劳强度 对应力集中敏感性较大价格比碳素钢贵 注意 刚度与碳素钢相同 (两者弹性模量 E 相近) 我国Cr、Ni 资源少，尽量用代用钢种(如40MnB机械性能接近40Cr),2. 轴的材料（续）,球墨铸铁 以铁代钢 特点: 吸振性、耐磨性好对应力集中敏感性较小可以做成复杂形状 价廉冲击韧性低、质量不易控制 毛坯 圆钢棒料 尺寸小的轴 锻造毛坯 尺寸较大或为提高强度的轴 焊接毛坯 大件锻造困难 铸造毛坯 形状复杂的轴、空心轴等,二、轴的结构设计,1、轴的结构设计原则 满足强度、刚度、防振的要求，并通过结构设计提高这些方面的性能 保证轴上零件定位且固定可靠 便于轴上零件装拆和调整 轴的加工工艺性好,阶梯轴,光轴,等强度轴,轴肩与轴环,2. 轴上零件的轴向定位和固定,轴肩与轴环,螺纹应力集中严重、 不宜在轴的中间部位,用于轴向力较小 的场合,弹性档圈,翅片,圆螺母,(2) 圆螺母和弹性档圈,不宜用于较高转速的轴,不能有“过定位”,套筒,1,2,3,(3)套筒,(4) 轴端档圈,用螺钉将档圈固定在轴的端面 与轴肩或锥面配合、固定轴端零件,兼作周向固定,受力较小、不宜于高速轴,紧定螺钉,(5) 紧定螺钉,(1) 键,平键 使用最为广泛,花键 承载能力较大,3. 轴上零件的周向固定,(2)过盈连接,4. 轴的加工和装配工艺性,阶梯轴 从装配观点 两头小中间粗 从承载观点 中间受弯矩大,不同轴段的各键槽方向应一致,砂轮越程槽,螺纹退刀槽,直径相近的轴段，其过渡圆角、倒角、键槽、退刀槽等结构尺寸尽量统一 轴的配合直径应圆整为标准值,倒角,与零件过盈配合的轴端应有导向锥面,同一轴段采用不同的尺寸公差,(1) 减小轴的应力集中,避免轴的剖面尺寸剧变，过渡圆角半径不宜过小,减小过盈处应力集中开减载槽,凹切圆角,过渡肩环,5. 提高轴强度与刚度的结构措施,轮毂上开卸载槽,轴上开卸载槽,增大配合处直径,应力集中系数减小15%-25%,应力集中系数减小40%,应力集中系数减小30%- 40%,d1=(1.061.08)d,r(0.10.2)d,合理布置零件位置,改变零件结构,改善轴的受力,(2) 改善轴的受力状况,压轴力的传递过程：作用在V带轮上的压轴力经过滚动轴承后，传递到轴承座上，再经过连接螺栓传递给箱体,转矩的传递过程：转矩由连接螺栓传递到法兰盘上，再经过花键传递到花键轴上,改善结构,有特殊要求时,轴设计时所要解决的问题： 结构问题 确定轴的形状和尺寸 强度问题 防止轴发生疲劳断裂 刚度问题 防止轴发生过大的弹性变形 振动稳定性问题 防止轴发生共振,6. 轴的设计步骤,确定各零件位置,初估最小轴径dmin =28mm,零件的轴向定位与固定确定各段直径,零件的周向固定,键槽、过定位、密封,举例,7. 轴的结构设计举例,三、轴的强度计算,脉动循环应力,对称循环应力,（）,t,o, （）, （）,t,t,o,o,转轴 弯矩：对称循环应力 扭矩：脉动循环应力(常见),t,静应力,1.轴的应力分为三类,对于转轴,由轴的结构而定,解决办法：,转矩,弯矩,适于初估直径,( 跨距？力作用点？),2. 按扭转强度计算(初算轴径),对于一定的材料为常数,d也可以按经验公式估算,（高速轴C取大值）,强度条件为：,对于直径 d 的实心轴,齿轮在上部啮合,3. 按弯扭合成强度计算 (一般轴),产生的弯曲应力,对称循环变应力,大小和方向不变,大小经常变化,大小和方向经常变化,静应力,脉动循环变应力,对称循环变应力,折算系数,材料力学中：,校核式：,危险截面,最大处,设计式：,截面若有键槽，算出直径加大5,提高轴的强度的常用措施,增大轴径 改变材料及热处理 改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 改进轴的结构设计,实例,设计一单级斜齿圆柱齿轮减速器中的低速轴 （包括选择两端轴承及外伸端的联轴器）。 已知：低速轴传递功率 P=3.88kW，转速n2=130r/min， 大齿轮分度圆直径 = 300mm，轮毂宽度b2=90 mm 斜齿轮螺旋角=12，法面压力角 。,解题步骤,解题步骤,1选择材料、确定许用应力 2估算最小轴径 3进行轴的结构设计 4计算齿轮受力 5. 按弯扭合成强度计算法（或安全系数法）校核轴的强度 计算简图 求支座反力 弯矩图 合成弯矩M 转矩 当量弯矩 按弯扭合成法校核轴的强度,解答 1 2 3 4 5 ,有一个键槽，加大35%， 则 dmin=34.1（1+0.03）=35.1mm。取dmin=35mm 3进行轴的结构设计 装联轴器： 选YL7的凸缘联轴器（GB/T 5831986），,1选择材料、确定许用应力 选用45钢，调质。许用弯曲应力为 2估算最小轴径,轴承：7208AC，轴承宽度B=23mm。 dmin=35mm ，d2=40mm， d3=41mm ，d4=47mm， d5= 40mm 齿轮和联轴器与轴用键周向固定,4计算齿轮受力,转矩,圆周力,径向力,轴向力,Nmm,5、按弯扭合成强度计算法校核轴的强度 计算简图 求支座反力 水平面支反力 垂直面支反力,垂直面弯矩 图。 C点左边,转矩,当量弯矩, 弯矩图 水平面弯矩,C点右边,轴结构,校核危险断面强度(略),按弯扭合成法校核轴的强度,危险断面C和E点。,小结,根据载荷的不同，轴可分为哪几类？ 按扭转强度设计轴时，系数C的含义是什么？按弯扭合成强度设计轴时，系数的含义是什么？ 轴的结构设计。 便于轴上零件装拆 阶梯轴