第十一章_轴2

1、第十一章,轴,第一节,概述,第二节,轴的结构设计,第三节,轴的强度计算,第四节,轴的刚度计算,第五节,轴的振动与临界转速,机械设计,一、主要功用,第十一章,轴,2,第一节,概述,1,支承,轴上回转零件,2,传递,运动和动力,二、分类,1,按,承载,分,心轴,只承受弯曲,M,，不传递转矩,T=0,转动心轴,轴转动,固定心轴,轴固定,机械设计,第十一章,轴,3,问：火车轮轴,属于什么类型,问,自行车轴,属于什么类型,第十一章,轴,传动轴,只受转矩，不受弯矩,M=0,T0,如：汽车下的传动轴,机械设计,4,转轴,既传递转矩,T,又承受弯矩,M,如,减速器中的轴,机械设计,第十一章,轴,0,轴,传动轴

2、,轴,转轴,轴,转动心轴,5,下列各轴分别为哪种类型,轴,转轴,轴,转轴,轴,转动心轴,如何判断轴是否传递转矩,传动路线,沿该轴轴线,走过的距离,如何判断轴是否承受弯矩,该轴上,除联轴器外,是否还有,其它传动零件,机械设计,2,按轴线形状分,直轴,光轴,阶梯轴,第十一章,轴,6,又可分为实心、空心（加工困难,曲轴,发动机专用零件,机械设计,第十一章,轴,7,钢丝软轴,轴线可任意弯曲，传动灵活,接头,动力源,被驱动装置,钢丝软轴,接头,机械设计,第十一章,轴,8,三、轴设计的主要内容,失效形式,1,疲劳破坏,疲劳强度校核,2,变形过大,刚度验算（如机床主轴,3,振动折断,高速轴，自振频率与轴转速

3、接近,4,塑性变形,短期尖峰载荷,验算屈服强度,设计的主要内容,1,合理的结构设计,零件定位、固定、装拆及调整,2,工作能力计算,a,有足够的,强度,疲劳强度、静强度,b,有足够的,刚度,防止产生大的变形,c,有足够的,稳定性,防止共振,稳定性计算,机械设计,第十一章,轴,9,四、轴的材料,1,足够的疲劳强度,1,材料要求,2,常用材料,1,一般情况,优质中碳钢,45,钢,调质处理,2,较小的应力集中,3,良好的加工工艺性,机械设计,第十一章,轴,10,2,受力小或不重要,普通碳素钢,Q235,Q275,3,强度高、尺寸小或特殊要求,低碳合金钢,20Cr,20CrMnTi,渗碳淬火,中碳合金钢

4、,40Cr,40CrNi,4,结构形状复杂,表面淬火,高强度铸铁或球墨铸铁,机械设计,第十一章,轴,11,注意：钢材,种类,热处理,对钢材,弹性模量,E,影响很小,用,热处理,合金钢,不能提高轴的刚度,问：当轴的刚度不足时，如何,提高轴的刚度,机械设计,目的,第十一章,轴,主要尺寸,12,第二节,轴的结构设计,形状,尺寸,细节尺寸,越程槽,键槽,倒角,机械设计,第十一章,轴,13,要求,1,轴与轴上零件要有,准确的相对位置,2,受力合理,轴结构有利于提高轴的强度和刚度,3,轴的,加工、装配有良好的工艺性,减少应力集中,阶梯轴的结构,轴颈,装轴承,处,轴头,装轮毂,处,轴身,联接,轴颈,和,轴头

5、,部分,机械设计,第十一章,轴,14,一、制造、安装和结构工艺性,1,轴上零件的,装拆与固定,且接近于,等强度梁,阶梯轴,2,结构力求简单，轴肩尽可能少，相邻轴段直径相差不宜过大,以选择合适的圆钢，减少切削用量,定位,轴肩,510mm,非定位,23mm,4,圆角半径、退刀槽宽度、倒角尺寸相同,3,固定不同零件的各,键槽,应布置在,同一母线,上，以减少装夹次数,机械设计,第十一章,轴,15,5,需磨削的轴段：砂轮越程槽,需切削螺纹的轴段，应留有退刀槽,机械设计,第十一章,轴,16,机械设计,第十一章,轴,17,6,为便于加工和检验，轴径应圆整；轴颈应等于轴承,内径；螺纹应符合螺纹标准,7,为便于

6、装配，轴端应倒角；过盈配合零件装入端应,加工导向锥面,倒角,机械设计,第十一章,轴,18,机械设计,第十一章,轴,19,二、轴上零件的固定,1,轴向固定,1,目的,保证轴上零件工作位置的可靠,2,方法,轴,肩,与,轴,环,分,类,套,轴,圆,筒,端,锥,挡,面,圈,圆,螺,母,弹,性,挡,圈,紧,定,螺,钉,机械设计,第十一章,轴,20,1,轴肩与轴环,r,d,2,r,R,C,d,3,轴肩,轴环,机械设计,第十一章,轴,21,特点,简单可靠；应用广泛,应力集中；不利加工,设计要点,r R,或,C,h,0.070.1,d,b,1.4,h,机械设计,第十一章,轴,22,2,套筒,特点,注意,简化轴

7、的结构，不削弱强度,近距离零件间的相对固定,不宜用于高速转轴,间隙配合,机械设计,第十一章,轴,23,3,轴端挡圈,特点,工作可靠，承受较大轴向载荷,注意,只用于轴端，应采用止动垫圈,机械设计,第十一章,轴,24,2,周向固定,1,目的,保证轴上零件与轴之间可靠传动,平键联接,花键联接,2,方法,过盈配合联接,销钉联接,机械设计,第十一章,轴,25,三、提高轴的强度和刚度,1,减小应力集中,1,增大过渡圆角半径,2,避免开设横孔、切口和凹槽,2,改善轴的表面质量,1,合理选择表面粗糙度,2,采用表面强化处理,3,合理布置轴上零件以减少轴所受的载荷,机械设计,第十一章,轴,26,4,改善轴的受力

8、状况,结构,轴的载荷,轴毂配合,两处,转动,不转动,心轴,轴强度和刚度,F,F,M,max,M,max,机械设计,第十一章,轴,27,机械设计,第十一章,轴,28,注意：各轴段直径,d,和长度,L,的确定,机械设计,第十一章,轴,29,第三节,轴的强度计算,一、轴的力学计算简图,1,将轴简化成为一,简支梁,2,确定,支点位置,P248,图,11-16,3,确定力的大小、方向和作用点,4,确定转矩（从轮毂宽度的中点,二、轴的强度计算,三种方法：转矩法,当量弯矩法,和安全系数校,核法,机械设计,一,转矩法,第十一章,轴,30,T,9,55,10,P,强度条件,T,T,MP,a,W,T,n,W,T,

9、9,55,10,3,P,P,d,3,C,3,mm,0,2,T,n,n,式中,W,T,抗扭截面系数,mm,3,T,许用切应力,C,与材料有关的系数,6,6,机械设计,二）当量弯矩法,第十一章,轴,31,步,骤,轴上零件载荷,轴的支点位置,平衡方程,1,支反力,2,弯矩图和转矩图,第三强度理论,3,当量应力,4,危险剖面的强度验算,机械设计,第十一章,轴,32,第三强度理论,当量弯矩,当量应力,M,e,M,T,1,e,W,M,T,2,2,2,2,1,单向旋转、载荷稳定,2,单向旋转、载荷不稳定,0.3,0.6,3,连续正反转、载荷不稳定,1,机械设计,第十一章,轴,33,三）轴的安全系数校核计算（精确计算,1,疲劳强度校核,当量弯矩法没有精确计入影响疲劳强度的,其它重要因素,应力集中,k,k,尺寸系数,表面状态,k,N,1,k,单纯受弯,S,a,m,单纯受扭,S,k,N,1,k,a,m,机械设计,复合安全系数,第十一章,轴,34,S,S,S,S,S,2,2,S,2,静