哈工大王黎钦机械设计第次课轴轴毂连接刘星斯维提收集PPT学习教案

1、会计学1哈工大王黎钦机械设计第次课轴轴毂连哈工大王黎钦机械设计第次课轴轴毂连接刘星斯维提收集接刘星斯维提收集载荷形式分类(Types): 法向力(Normal)、 剪切力(shear force)、弯矩(bending moment)和转矩/扭矩(torque)第1页/共47页minmaxr第2页/共47页/ minmax1,01,rrrr 静应，脉动应对称环应力力循力2minmaxa2minmaxm其中：r =1r =0r =-1/ / 第3页/共47页10.1 10.1 概述概述10.1.1 10.1.1 轴的分类轴的分类转转 轴轴: :心心 轴轴: :传动轴传动轴: :工作时既承受弯矩M

2、又承受转矩T只承受弯矩M，不传递转矩T或转矩很小传递转矩T而不承受弯矩M转动心轴固定心轴功用：支撑传动件、传递动力和运动按载荷分类第4页/共47页第5页/共47页直轴直轴: :曲轴曲轴: :软轴软轴: :轴线是直线轴线是平行线轴线可大幅度改变按轴线分类实心实心轴轴: :空心轴空心轴: :常用在航空、导弹、航天领域。为什么？按轴芯分类第6页/共47页10.1.2 转轴的受力、应力分析及失效形式以减速器的输出轴为例来讨论转轴的受力、应力及失效形式P1,n1P2,n2在AB之间的任意截面上，只有弯矩M，因此只有弯曲应力b在BC之间的任意截面上，既作用有弯矩M，又作用有转矩T，因此，即有弯曲应力 ，又

3、有扭转剪应力b而在CD之间的任意截面上，只作用有转矩T，因此只有扭转剪应力ABCD12F1F3F2TT第7页/共47页旋转输出轴上某点的应力循环特性：ABCD12F1F3F2TTr=-1r=0r=+1br=-1匀速转动频繁启停正反转动第8页/共47页 1）交变应力作用下，疲劳断裂； 2）应力集中产生断裂：如导弹发动机高速轴； 3）共振断裂：如台架是严重的柔性轴； 4）过载冲击断裂； 5）工作母机主轴刚度失效； 6）永久变形等。* 轴的失效形式包括第9页/共47页10.1.3 轴的设计（Shaft design）轴的设计主要解决两个方面的问题： 设计计算：保证危险截面不发生预期的失效 结构设计：

4、保证工艺性、装配性、维护性能等第10页/共47页 轴的设计流程（Shaft design procedure）1) 初定轴径：2)结构设计: 画草图, 确定轴的各段尺寸, 得到轴的跨距和力的作用点;3) 进行校核计算。转轴设计程序框图轴的设计分三步进行:已知条件选择轴的材料初算轴径结构设计计算弯矩转矩校核计算完善设计修改直径不满足第11页/共47页轴的材料主要采用常用的优质碳素钢有30、40、45、和50钢，其中45钢应用最多碳素钢合金钢常用的合金钢有20Cr、40Cr、35SiMn和35CrMo等 热处理 1）中碳钢：调质或者淬火 2）低碳钢：渗碳后淬火 3）重要的轴：深冷尺寸稳定、或高温回

5、火第12页/共47页10.3 轴径的初步估算10.3.1 类比法10.3.2 经验公式计算高速输入轴的直径d可按与其相联的电动机轴的直径D估算：d(0.81.2)D各级低速轴的直径d可按同级齿轮传动中心距a估算：d (0.30.4)a第13页/共47页10.3.3 按扭转强度估算2 . 01055. 936dnPWTT6339.55 100.2 PPndCn或者：* 一般情况下，最小轴径在轴端，当最小直径剖面上 有一个键槽时增大5%，当有两个键槽时增大10%，然 后圆整为标准直径ABCD12F1F3F2TT第14页/共47页 轴的结构设计的主要要求是：1) 轴应便于加工，轴上零件应便于装拆2)

6、 轴和轴上零件应有正确而可靠的工作位置3) 轴的受力合理，尽量减少应力集中等以减速器的低速轴减速器的低速轴为例加以说明第15页/共47页第16页/共47页第17页/共47页10.4.1 制造安装拆卸要求第18页/共47页10.4.2 固定要求1、轴上零件的轴向固定方法(1) 轴肩固定错误第19页/共47页11rChC轴肩圆角半径倒角轴肩高rRhR轴肩圆角半径圆角半径轴肩高第20页/共47页(2)套筒固定(3)圆螺母固定错误第21页/共47页(4) 轴端挡圈(5) 弹性挡圈不妥第22页/共47页(6)紧定螺钉为了传递运动和转矩,或因需要,轴上零件还需有周向固定：键、花键、销、型面等第23页/共4

7、7页1、合理布置传动零件的位置，使轴段受载合理第24页/共47页F1F1F1F1F12F1F1第25页/共47页过渡肩环内凹圆角P193改错第26页/共47页配合轴段上的卸载槽轮毂上的卸载槽提高轴的疲劳强度:表面强化碾碾压压、喷丸喷丸、表面淬火表面淬火等第27页/共47页1箱体内壁位置的确定2轴承座外端面位置的确定3轴承在轴承座孔中位置的确定di由外向内、Li由内向外逐段确定P193改错第28页/共47页当轴端安装弹性套柱销联轴器时K值由联轴器确定当使用凸缘式轴承盖时k值由联接螺栓长度确定当轴承盖与轴端零件都不需拆卸时,一般取K=5mm8mm第29页/共47页10.5.1 轴的计算简图轴的受力

8、和支点的简化第30页/共47页强度条件式:第三强度理论2214() ebb转环质数根据矩循性确定的折合系根据矩循性确定的折合系11 ,0.3 bb对于不变的转矩10 ,0.6 bb当转矩脉动变化时11 ,1 bb对于频繁正反转的轴第31页/共47页1、轴的疲劳强度安全系数的校核计算危险剖面危险剖面是指发生破坏可能性最大的截面:（1）M、T较大（2）尺寸较小或突变（3）应力集中 当难以确定时，校核所有可能的危险截面校核危险剖面疲劳强度安全系数的公式为2211 amamSSSSSSSKSK 第32页/共47页弯曲应力的循环特性:,0amMW对于一般转轴 弯曲应力按对称循环变化 故,2amMW当轴转

9、动载随轴转动时 弯应当脉动循环变化来考虑 即不或荷一起,曲力可作扭剪应力的循环特性:,2amTTW对一般单向转动的转轴通常当作脉动循环来考虑即,0amTTW当经常正反转时 则当作对称循环变化即改错P198第33页/共47页2、静强度的安全系数校核计算静强度安全系数条件:000022000max0max ssSSSSSSSS第34页/共47页轴的刚度条件为：yy 挠度偏转角扭转角许用值：P199表10.6改错第35页/共47页1、等直径轴的挠曲线近似微分方程EJMdxyd222、对于直径差较小的阶梯轴，其当量直径iiimlldd3、还可以采用有限差分法、有限元方法、 能量法等求挠度第36页/共4

10、7页10.6.2 扭转变形计算radGJTlp1、等直径轴的扭转角radJlTGpiii12、对于阶梯轴3、同样可以采用有限差分法、有限元方法、 能量法等转角4、如果强度和刚度满足不了要求怎么办？第37页/共47页6.1.1 平键联接 两侧面工作，键顶面与轮毂键槽底面间有间隙；传递转矩的传力过程目的：轴和轴上零件的周向固定,有时实现轴向固定形式：键、花键、胀紧、型面等连接第38页/共47页常用的平键有普通平键和导向平键1、普通平键，用于静连接A型：双圆头；B型：方头；C型：一头方一头圆第39页/共47页平键联接的受力分析主要失效形式：主要失效形式：强度条件为： 2ppTkld，MPa* 普通平

11、键的宽度b及高度h按轴径d从标准中查得,长度L按轮毂长度从标准中查得,但应比轮毂长度略短些。键、轴槽、和毂槽三者中强度最弱的工作面被压溃如果强度不够怎么办？第40页/共47页2、导向平键联接，用于轴向移动联接导向平键联接主要失效形式是工作面的磨损强度条件为: 2Tppkld，MPa第41页/共47页侧面工作，键的顶面与毂槽底面间有间隙自位对中性好，对强度削弱大，用于轻载、轴端、锥端第42页/共47页楔键的上下面工作，分别与毂和轴上的键槽的底面贴合；依靠上下面的摩擦力传递转矩；可传递小的轴向载荷；但破坏对中，用于平稳载荷、低速连接第43页/共47页第44页/共47页花键联接由具有多个沿周向均布的