第14章 机械设计基础答案及课件.ppt

第14章轴 14 1轴的功用和类型 一 轴的功用 1 支承轴上零件 齿轮 带轮 飞轮等 二 轴的类型 2 传递运动和动力 n rpm T N mm 3 保持轴上零件的相对位置 1 按承受载荷不同 1 转轴 既传递转矩T又承受弯矩M的轴 2 心轴 只承受弯矩M不传递转矩T的轴 固定心轴 自行车前轮轴转动心轴 火车轮轴 3 传动轴 只传递转矩T而不承受弯矩M的轴 2 按轴线的形状分 1 直轴 阶梯轴 光轴 形状简单 加工容易 应力集中源少 但轴上的零件不易装配及固定 形状复杂 加工困难 应力集中源多 轴上的零件容易装配及固定 2 曲轴 3 钢丝软轴 挠性钢丝轴 三 轴的应力性质 1 转轴 承受转矩T和弯矩M 弯扭组合变形 应力复杂 3 心轴 承受弯矩M不变 2 传动轴 传递转矩T 1 固定心轴 r 12 转动心轴 r 1 1 转矩T不变 静应力 r 1 2 转矩T 0 Tmax 0 r 0 脉动循环变应力 3 转矩Tmax大小不变 方向改变 r 1 对称循环变应力 设计轴所考虑的问题及步骤 一 所考虑的问题 1 结构合理 2 强度足够 3 刚度足够 4 避免共振 二 设计步骤 1 选择材料 2 初步确定最小轴径 3 结构设计 4 轴的强度计算 5 轴的刚度计算 14 2轴的材料 一 材料要求 足够的疲劳强度 对应力集中敏感性低 足够的刚度 二 常用材料 1 碳素钢 价廉 性优 可采用热处理方式提高轴的强度和耐磨性 应用广泛 优质碳素钢 35 45 50 具有较高的综合力学性能 普通碳素钢 Q235 Q275 2 合金钢 价贵 性优 应力敏感性高 应用于特殊要求的场合 耐磨性 20Cr 20CrMnTi 耐高温 40CrNi 38CrMOAlA 钢材的种类和热处理对其弹性模量的影响很小 3 球墨铸铁及高强度铸铁 铸铁流动性好 易做成复杂零件 具有价廉 良好的吸振性和耐磨性 对应力敏感性低 可用于制造外形复杂的轴 14 3轴的结构设计 结构设计的主要要求 一 制造安装要求 便于加工 轴上零件易于装拆 二 定位要求 轴和轴上零件要有准确的工作位置 三 固定要求 各零件要牢固而可靠的相对固定 四 改善受力状况 减少应力集中和提高疲劳强度 结构设计目的 使轴各部分具有合理的形状和尺寸 一 制造安装要求 1 为便于轴上零件装拆 轴做成阶梯形 2 轴上磨削的轴段 应有砂轮越程槽 3 车削螺纹的轴段 应有螺纹退刀槽 在满足使用要求的情况下 轴的形状和尺寸力求简单 便于加工 二 轴上零件的定位 轴肩 轴上截面变化处称为轴肩 定位轴肩 非定位轴肩 安装在轴上的零件 必须有确定的轴向定位 三 轴上零件的固定 1 轴向固定 轴肩 套筒 螺母 弹性挡圈 套筒 轴用圆螺母 轴肩 轴端挡圈 四 轴的各段直径和长度的确定 1 有配合要求的轴段 应尽量采用标准直径 2 安装滚动轴承 联轴器 密封圈等标准件的轴径 应符合标准件内径系列的规定 3 套筒的内径 应与相配的轴径相同并采用过渡配合 4 当用轴肩 轴环 套筒 圆螺母 轴端挡圈进行零件的轴向定位时 为保证轴向定位可靠 要求L轴 L毂 五 改善轴的受力状况 减小应力集中 合理布置轴上的零件可以改善轴的受力状况 减小应力集中 轴系结构改错 四处错误 正确答案 三处错误 正确答案 两处错误 1 左侧键太长 套筒无法装入2 多个键应位于同一母线上 14 4轴的强度计算 一 按扭转强度条件计算 用于 只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算 结构设计前按扭矩初估轴的直径dmin 强度条件 设计公式 放大轴径 轴上有键槽时 d 100mm 一个键槽 3 二个键槽 7 d 100mm 一个键槽 5 7 二个键槽 10 15 第三强度理论 二 按弯扭合成强度条件计算 步骤 1 作轴的空间受力简图 2 求水平面支反力FH1 FH2 作水平面弯矩图 3 求垂直平面内支反力FV1 FV2 作垂直平面内的弯矩图 4 作合成弯矩图 5 作扭