CH7轴系结构设计2

1、直轴（光轴）直轴（阶梯）曲轴ch7 轴（轴（shafts)习 题二-14三-4、四-4作业题p114思考题p113提高轴的强度、提高轴的强度、刚度和减轻重量的措施刚度和减轻重量的措施1 1 轴的结构设计概述轴的结构设计概述一一. . 主要功用主要功用二二. . 分类分类1. 按承载分心轴心轴：只承受弯曲（只承受弯曲（m m ），不传递转矩（），不传递转矩（t t = 0= 0）1. 支承轴上回转零件（如齿轮）转动心轴转动心轴：轴转动固定心轴固定心轴：轴固定2. 传递运动和动力 主要用于支承转动零件，传递运动和动力，同时又受轴承支承，是机械中必不可少的重要零件。问：火车轮轴属于什么类型？问：自行

2、车轴属于什么类型？转轴转轴：既传递转矩（既传递转矩（t t）、又承受弯矩（）、又承受弯矩（mm） 如：减速器中的轴。传动轴传动轴：只受转矩（只受转矩（t t ），不受弯矩（），不受弯矩（m m = 0= 0） 如：汽车下面的传动轴。讨论：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？0 轴：轴：轴：轴：轴：轴：传动轴转轴转动心轴转轴转轴转动心轴如何判断轴是否传递转矩：如何判断轴是否承受弯矩：发动机专用零件2. 按轴线形状分又可分为实心、空心（加工困难）：轴线可任意弯曲，传动灵活。动力源被驱动装置接头接头：三三. . 轴的材料轴的材料1. 碳素钢：30、35、45、50(正火或调质)，45应用最广。 价廉

3、，对应力集中不敏感，良好的加工性。钢丝软轴的绕制2. 中、低碳合金钢：20cr、35simn、40cr、40mnb等。 强度高、寿命长，对应力集中敏感，用于重载、 小尺寸的轴。注意：钢材种类热处理对钢材弹性模量e影响很小3. 合金铸铁、qt：铸造成形，吸振，可靠性低，品质难控制。 常用于凸轮轴、曲轴。四四. . 轴设计的主要问题轴设计的主要问题失效形式：2. 变形过大问：当轴的刚度不足时，如何提高轴的刚度？用热处理合金钢不能提高轴的刚度。1. 疲劳破坏疲劳强度校核刚度验算（如机床主轴）4. 塑性变形设计的主要问题：a. 有足够的强度 疲劳强度、静强度；1. 合理的结构设计 保证轴上零件有可靠的

4、工作位置，装配、 拆卸方便，周向、轴向固定可靠，便于轴上零件的调整；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。2. 工作能力计算3. 振动折断高速轴，自振频率与轴转速接近短期尖峰载荷验算屈服强度 回 顾1 1 轴的结构设计概述轴的结构设计概述一一. . 主要功用主要功用二二. . 分类分类三三. . 轴的材料轴的材料四四. . 轴设计的主要问题轴设计的主要问题二二. . 要求要求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；三三. . 轴的毛坯轴的毛坯d小圆钢（棒料）

5、：车制；d大锻造毛坯；空心轴：充分利用材料，质量，但加工困难。2 2 轴的结构设计轴的结构设计一一. . 目的目的确定轴的尺寸、形状：d、l；结构复杂铸造毛坯，如曲轴；四四. . 阶梯轴的结构设计阶梯轴的结构设计f等强度阶梯轴1. 拟定轴上零件装配方案组成：装轴承处 ：装轮毂处 直径与轮毂内径相当；：联接和部分；装配方案的比较：滚动轴承齿轮套筒轴承端盖半联轴器轴端挡圈rrhrchb2-3mm2. 零件在轴上的固定（1）a）借助轴本身形状定位：轴肩、圆锥形轴头；b）借助挡圈、圆螺母、套筒等定位；注意注意：防止过定位防止过定位 l轴段长度轴段长度 = = b轮毂宽轮毂宽 - (23) mm- (2

6、3) mm保证轴上零件可靠定位：保证轴上零件可靠定位：轴圆角半径轴圆角半径r轴上零件倒角尺寸轴上零件倒角尺寸c轴肩高度轴肩高度h 或 轴圆角半径轴圆角半径r 轴上零件圆角半径轴上零件圆角半径r轴肩高度轴肩高度h（2）周向固定周向固定键、花键、成形联接、弹性环联接、过盈、销等 轴毂联接定位轴肩定位轴肩：h = (0.070.1)d ； d：轴颈尺寸；非定位轴肩非定位轴肩：h =(12) mm；轴环轴环（直径最大的轴段称为轴环）：b 1.4h；四处错误正确答案三处错误正确答案轴系结构改错轴系结构改错两处错误1.左侧键太长，套筒无法装入2.多个键应位于同一母线上五五. . 轴段尺寸轴段尺寸1. d：

7、由载荷dmin由结构设计要求确定各段的d。2. l：由轴上零件相对位置及零件宽度决定，同时考虑：1）轴段长比轮毂宽小23 mm可靠定位。2）传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离(查手册)。各轴段直径d 和长度l的确定示例六六. . 轴的结构工艺性设计轴的结构工艺性设计1. 需磨削的轴段：砂轮越程槽。3. 轴端应有倒角：c45便于装配。4. 装配段不宜过长。5. 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。各键槽应布置在同一母线上，以减少装夹次数。2. 需切制螺纹的轴段：螺纹退刀槽。3 3 轴的最小直径的确定轴的最小直径的确定按许用切应力计算（按扭转强度计算）按许用切应力计算（按扭

8、转强度计算）强度条件： attttmpwnpwt61055. 9mmnpcnpdt3336 2 . 01055. 9式中：wt 抗扭截面系数，mm3 t许用切应力c与材料有关的系数（表16.2）公式应用：a）传动轴精确计算；b）转轴的初估轴径dmin结构设计，逐步阶梯化di （ 支点、力作用点未知）；c）对于转轴：算出dmin结构设计弯矩图弯扭 合成强度计算；d）有键槽处：d，单键3%；双键7%。1 1 轴的强度计算轴的强度计算一一. . 按许用切应力计算（按扭转强度计算）（见结构设计）按许用切应力计算（按扭转强度计算）（见结构设计）二二. . 按许用弯曲应力计算（弯扭合成强度计算）按许用弯曲

9、应力计算（弯扭合成强度计算）已知条件：作用力大小、位置、轴d、l、支点位置由dmin(扭转初估)结构设计支点、力大小、作用点画出m、t 合成弯矩图危险截面计算。步骤：p3141. 画出轴的空间受力简图：力分解到水平面、垂直面1.画出轴的空间受力简图： 力分解到水平面、垂直面2. 作水平面弯矩mxy图 3. 垂直面弯矩mmxz图22xzxymmm4. 作出合成弯矩图5. 绘转矩t 图6. 求当量弯矩22)( tmm绘m 图 根据转矩性质不同转矩性质不同而引入的应力校正系数应力校正系数。 一般为对称循环变化（弯矩引起的弯曲应力）1）单向旋转、载荷稳定：切应力接近不变 r = +1；3 . 0/11

10、bb2）单向旋转、载荷不稳定：切应力接近脉动循环 r = 0；6 .0/01bb3）连续正反转、载荷不稳定：切应力接近对称循环，r = -1；1/11bbt： 实际机器运转不可能完全均匀，且有扭转振动的存在，为安全计，常按脉动转矩计算按脉动转矩计算。循环特性：maxminr静应力r = +1 0amaxminm（），脉动循环r = 0（2maxam，0min）对称循环r = -1（0m，minmaxa）6. 强度条件：abbmpdtmwm1 .0)(1322mmmdb31 1 . 0w 轴的抗弯截面系数，p332 附录表75. 确定危险截面。若轴上开键槽：d适当单键：（35）%，双键：（710

11、）%花键：计算出的d为内径。 回 顾1 1 轴的结构设计概述轴的结构设计概述2 2 轴的结构设计轴的结构设计3 3 轴的最小直径的确定轴的最小直径的确定1 1 轴的强度计算轴的强度计算1. 1. 按许用切应力计算（按扭转强度计算按许用切应力计算（按扭转强度计算2. 2. 按许用弯曲应力计算（弯扭合成强度计算）按许用弯曲应力计算（弯扭合成强度计算）3. 3. 轴的安全系数校核计算（精确计算）轴的安全系数校核计算（精确计算）三三. . 轴的安全系数校核计算（精确计算）轴的安全系数校核计算（精确计算）1. 疲劳强度校核1）按m 计算：应力集中（k、k） 重要轴：需进一步在轴结构化后进行精确计算。没有

12、精确计入影响疲劳强度的其它重要因素。尺寸系数（ 、 ）表面状态 2）方法：对轴上若干“危险剖面”(实际应力较大的剖面，如受力较 大、截面较小及应力集中较严重处)进行安全系数校核。3）基本公式：mabnkks1mankks1单纯受弯：单纯受扭：k k、k k有效应力集中系数，p329、p330； 表面状态系数p331； 、 尺寸系数p331；22ssssss2 2 轴受弯矩作用会产生弯曲变形：挠度、转角轴受扭矩作用会产生扭转变形：扭角1.弯曲变形计算弯曲变形计算按挠度曲线的近似微分方程式积分求解按变形能法2.扭转变形的计算扭转变形的计算1）等直径轴：432dgtlgitlp2）阶梯轴：)(11r

13、adiltgnipiii3 3 轴发生显著变形的转速ncr n工ncr 共振计算临界转速的目的：在于使工作转速n避开轴的临界转速。刚性轴n工ncr1n工（0.750.8）ncr1挠性轴超过第一阶临界转速的轴1.4ncr1n0.7ncr2提高轴的强度、提高轴的强度、刚度和减轻重量的措施刚度和减轻重量的措施t1t2t3t4t4t3t1t2输入轮输入轮432431211. 合理布置轴上零件，轴受扭矩。a) 不合理的布置b) 合理的布置mmaxmmax2. 改进轴上零件结构，轴弯矩。a) 不合理的布置b) 合理的布置3. 载荷分担，轴上载荷卸荷带轮：abbaa)分装齿轮b)双联齿轮双联齿轮斜齿轮：两斜齿轮旋向应相同两斜齿轮旋向应相同4. 采用力平衡或局部相互抵消的办法减少轴的载荷。5. 改进轴的结构，减少应力集中1）避免相邻轴径相差太大；3