第十一章_轴2

1、第一节第一节 概述概述第二节第二节 轴的结构设计轴的结构设计第三节第三节 轴的强度计算轴的强度计算第四节第四节 轴的刚度计算轴的刚度计算第五节第五节 轴的振动与临界转速轴的振动与临界转速第十一章第十一章 轴轴第一节第一节 概述概述一、主要功用一、主要功用二、分类二、分类1. 按按承载承载分分：1. 支承支承轴上回转零件轴上回转零件：轴转动：轴固定2. 传递传递运动和动力运动和动力问：火车轮轴问：火车轮轴属于什么类型？属于什么类型？问：问：自行车轴自行车轴属于什么类型？属于什么类型？： 如：如：减速器中的轴减速器中的轴。：如：汽车下的传动轴。如：汽车下的传动轴。下列各轴分别为哪种类型？下列各轴分

2、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？如何判断轴是否传递转矩？如何判断轴是否承受弯矩？如何判断轴是否承受弯矩？ ：发动机专用零件：发动机专用零件2、按轴线形状分、按轴线形状分又可分为实心、空心（加工困难）又可分为实心、空心（加工困难）：轴线可任意弯曲，传动灵活。：轴线可任意弯曲，传动灵活。动力源被驱动装置接头接头三、轴设计的主要内容三、轴设计的主要内容失效形式失效形式：1、疲劳破坏疲劳破坏 疲劳强度校核。疲劳强度校核。2、变形过大变形过大 刚度验算（如机床主轴）刚度验算（如机床主轴）。3、振动折断振动折断 高速轴，自振频率与轴转速接

3、近高速轴，自振频率与轴转速接近。4、塑性变形塑性变形 短期尖峰载荷短期尖峰载荷 验算屈服强度验算屈服强度。设计的主要内容设计的主要内容：1.合理的结构设计合理的结构设计零件定位、固定、装拆及调整零件定位、固定、装拆及调整a、有足够的、有足够的强度强度 疲劳强度、静强度；疲劳强度、静强度；b、有足够的、有足够的刚度刚度 防止产生大的变形；防止产生大的变形；c、有足够的、有足够的稳定性稳定性 防止共振防止共振 稳定性计算。稳定性计算。2.工作能力计算工作能力计算四、轴的材料四、轴的材料1. .材料要求材料要求1)足够的疲劳强度足够的疲劳强度2)较小的应力集中较小的应力集中3)良好的加工工艺性良好的

4、加工工艺性2. .常用材料常用材料优质中碳钢优质中碳钢: :45钢钢1) 一般情况一般情况调质处理调质处理2) 受力小或不重要受力小或不重要普通碳素钢普通碳素钢: :Q235,Q2753) 强度高、尺寸小或特殊要求强度高、尺寸小或特殊要求低碳合金钢低碳合金钢: :20Cr，20CrMnTi中碳合金钢中碳合金钢: :40Cr，40CrNi渗碳淬火渗碳淬火表面淬火表面淬火4) 结构形状复杂结构形状复杂高强度铸铁或球墨铸铁高强度铸铁或球墨铸铁注意：钢材种类热处理对钢材弹性模量弹性模量E E影响很小，问：当轴的刚度不足时，如何问：当轴的刚度不足时，如何提高轴的刚度提高轴的刚度？用热处理第二节第二节 轴

5、的结构设计轴的结构设计目的：目的：主要尺寸主要尺寸形状形状尺寸尺寸细节尺寸细节尺寸越程槽越程槽键槽键槽倒角倒角要求：要求： 1、轴与轴上零件要有、轴与轴上零件要有准确的相对位置准确的相对位置；2、受力合理受力合理轴结构有利于提高轴的强度和刚度轴结构有利于提高轴的强度和刚度；3、轴的、轴的加工、装配有良好的工艺性加工、装配有良好的工艺性、减少应力集中、减少应力集中；阶梯轴的结构：阶梯轴的结构：装轴承装轴承处处 ：装轮毂装轮毂处处：联接：联接和和部分部分一、制造、安装和结构工艺性：一、制造、安装和结构工艺性：1. 轴上零件的轴上零件的装拆与固定装拆与固定，且接近于，且接近于等强度梁等强度梁阶梯轴阶

6、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，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。以选择合适的圆钢，减少切削用量。 定位定位轴肩：轴肩：510mm；非定位非定位：23mm3.固定不同零件的各固定不同零件的各键槽键槽应布置在应布置在同一母线同一母线上，以减少装夹次数。上，以减少装夹次数。4.圆角半径、退刀槽宽度、倒角尺寸相同圆角半径、退刀槽宽度、倒角尺寸相同5. 需磨削的轴段：砂轮越程槽；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。需切削螺纹的轴段，应留有退刀槽。6. .为便于加工和检验，轴径应圆整；轴颈应等于轴承

7、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。内径；螺纹应符合螺纹标准。7.7.为便于装配，轴端应倒角；过盈配合零件装入端应为便于装配，轴端应倒角；过盈配合零件装入端应加工导向锥面。加工导向锥面。倒角倒角二、二、轴上零件的固定轴上零件的固定1. 轴向固定轴向固定1) 目的目的保证轴上零件工作位置的可靠。保证轴上零件工作位置的可靠。弹弹性性挡挡圈圈套套筒筒轴轴肩肩与与轴轴环环轴轴端端挡挡圈圈圆圆锥锥面面圆圆螺螺母母紧紧定定螺螺钉钉 分分 类类2) 方法方法(1) 轴肩与轴环轴肩与轴环RC轴肩轴肩轴环轴环rrd2d3特点特点简单可靠；应用广泛简单可靠；应用广泛应力集中；不利

8、加工应力集中；不利加工设计要点设计要点r R 或或 Ch=(0.070.1)db=1.4h(2) 套筒套筒特点特点简化轴的结构，不削弱强度；简化轴的结构，不削弱强度；近距离零件间的相对固定；近距离零件间的相对固定；不宜用于高速转轴。不宜用于高速转轴。注意注意间隙配合间隙配合(3) 轴端挡圈轴端挡圈特点特点工作可靠，承受较大轴向载荷。工作可靠，承受较大轴向载荷。注意注意只用于轴端，应采用止动垫圈。只用于轴端，应采用止动垫圈。2. 周周向固定向固定1)目的目的保证轴上零件与轴之间可靠传动。保证轴上零件与轴之间可靠传动。花键联接花键联接平键联接平键联接2)方法方法过盈配合联接过盈配合联接销钉联接销钉

9、联接三、三、提高轴的强度和刚度提高轴的强度和刚度1. 减小应力集中减小应力集中1)增大过渡圆角半径增大过渡圆角半径2)避免开设横孔、切口和凹槽避免开设横孔、切口和凹槽2. 改善轴的表面质量改善轴的表面质量1)合理选择表面粗糙度合理选择表面粗糙度2)采用表面强化处理采用表面强化处理3. 合理布置轴上零件以减少轴所受的载荷合理布置轴上零件以减少轴所受的载荷maxMmaxMFF心轴心轴4. 改善轴的受力状况改善轴的受力状况结构结构轴的载荷轴的载荷轴强度和刚度轴强度和刚度 轴毂配合轴毂配合两处两处转动转动不转动不转动注意：各轴段直径d 和长度L的确定。第三节第三节 轴的强度计算轴的强度计算一、轴的力学

10、计算简图一、轴的力学计算简图1）将轴简化成为一将轴简化成为一简支梁简支梁2）确定确定支点位置支点位置（P248：图：图11-16）3）确定力的大小、方向和作用点）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）确定转矩（从轮毂宽度的中点）二、轴的强度计算二、轴的强度计算 三种方法：转矩法、三种方法：转矩法、当量弯矩法当量弯矩法和安全系数校和安全系数校核法。核法。( (一一) )转矩法转矩法强度条件强度条件： aTTTTMPWnPWT61055. 9mmnPCnPdT3336 2 . 01055. 9式中：式中：WWT T 抗扭截面系数，抗扭截面系数，mmmm3 3 T T 许用切应力

11、许用切应力C C与材料有关的系数与材料有关的系数（二）当量弯矩法（二）当量弯矩法2. .弯矩图和转矩图弯矩图和转矩图4. . 危险剖面的强度验算危险剖面的强度验算轴上零件载荷轴上零件载荷轴的支点位置轴的支点位置1. .支反力支反力平衡方程平衡方程3. .当量应力当量应力第三强度理论第三强度理论步步骤骤第三强度理论第三强度理论22e)(TMM22e)(1TMW当量弯矩当量弯矩当量应力当量应力1 1）单向旋转、载荷稳定）单向旋转、载荷稳定：0.32 2）单向旋转、载荷不稳定）单向旋转、载荷不稳定：0.63 3）连续正反转、载荷不稳定）连续正反转、载荷不稳定：1（三）轴的安全系数校核计算（精确计算）（三）轴的安全系数校核计算（精确计算）1、疲劳强度校核、疲劳强度校核尺寸系数尺寸系数（、）表面状态表面状态应力集中应力集中（k、k） 当量弯矩法没有精确计入影响疲劳强度的当量弯矩法没有精确计入影响疲劳强度的其它重要因素。其它重要因素。1NamkSk单纯受弯单纯受弯：maNkkS1单纯受