CH7_轴系结构设计2ppt课件

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思索题P113提高轴的强度、提高轴的强度、刚度和减轻分量的措施刚度和减轻分量的措施1 1 轴的构造设计概述轴的构造设计概述一一. . 主要功用主要功用二二. . 分类分类1. 按承载分心轴：只接受弯曲心轴：只接受弯曲M M ，不传送转矩，不传送转矩T = 0T = 01. 支承轴上回转零件如齿轮转动心轴：轴转动转动心轴：轴转动固定心轴：轴固定固定心轴：轴固定2. 传送运动和动力 轴主要用于支承转动零件，传送运动和动力，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：自行车轴属于什

2、么类型？转轴：既传送转矩转轴：既传送转矩T T、又接受弯矩、又接受弯矩MM 如：减速器中的轴。如：减速器中的轴。传动轴：只受转矩传动轴：只受转矩T T ，不受弯矩，不受弯矩M = 0M = 0 如：汽车下面的传动轴。如：汽车下面的传动轴。讨论：根据承载情况以下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别轴能否传送转矩：如何判别轴能否接受弯矩：2. 按轴线外形分又可分为实心、空心加工困难动力源被驱动安装接头接头三三. . 轴的资料轴的资料1. 碳素钢：30、35、45、50(正火或调质)，45运用最广。 价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。钢丝软轴

3、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。留意：钢材种类热处置对钢材弹性模量E影响很小3. 合金铸铁、QT：铸呵斥形，吸振，可靠性低，质量难控制。 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方式：2. 变形过大问：当轴的刚度缺乏时，如何提高轴的刚度？用用热处置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. 合理的构造设计 保证轴上零件有可靠的任务位置，装配、 装配方便，周向、轴向固定可

4、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. 任务才干计算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 轴的构造设计概述轴的构造设计概述一一. . 主要功用主要功用二二. . 分类分类三三. . 轴的资料轴的资料四四. . 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. 受力合理轴构造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小小圆钢棒料：车制；圆钢棒料：车制；d大大锻造毛坯；锻造毛

5、坯；空心轴：充分利用资料，质量，但加工困难。2 2 轴的构造设计轴的构造设计一一. . 目的目的确定轴的尺寸、外形：d、l；构造复杂铸造毛坯，如曲轴；四四. . 阶梯轴的构造设计阶梯轴的构造设计F等强度阶梯轴1. 拟定轴上零件装配方案组成装配方案的比较：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轴向固定a借助轴本身外形定位：轴肩、圆锥形轴头；b借助挡圈、圆螺母、套筒等定位；留意：防止过定位留意：防止过定位 L L轴段长度轴段长度 = B= B轮毂宽轮毂宽 - (23) mm- (23) 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

6、角半径r r轴上零件倒角尺寸轴上零件倒角尺寸c c轴肩高度轴肩高度h h 或 轴圆角半径r 轴上零件圆角半径R轴肩高度h2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 h = (0.070.1)d ； d d：轴颈尺寸；：轴颈尺寸；非定位轴肩：非定位轴肩：h =(12) mmh =(12) mm；轴环直径最大的轴段称为轴环：轴环直径最大的轴段称为轴环：b 1.4hb 1.4h；四处错误正确答案三处错误正确答案轴系构造改错轴系构造改错两处错误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由构造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议，同时思索：1轴段长比轮毂宽小23 mm可靠定位。2传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间间隔(查手册)。各轴段直径d 和长度L确实定例如六六. . 轴的构造工艺性设计轴的构造工艺性设计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。2. 需切制螺纹的轴段：螺纹退刀槽。3 3 轴的最小直径确实定轴的最小直径确实定按许用切应力计算按改动强度计算按许用切应力计算按改动强度计算强度条件： aTTTTMPWnPWT610

8、55. 9mmnPCnPdT3336 2 . 01055. 9式中：WT 抗扭截面系数，mm3 T许用切应力C与资料有关的系数表与资料有关的系数表16.2公式运用：a传动轴准确计算；b转轴的初估轴径dmin构造设计，逐渐阶梯化di 支点、力作用点未知；c对于转轴：算出dmin构造设计弯矩图弯扭 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改动强度计算见构造设计按许用切应力计算按改动强度计算见构造设计二二. . 按许用弯曲应力计算弯扭合成强度计算按许用弯曲应力计算弯扭合成强度计算知条件：作用力大小、位置、轴d、l、支点位置由dm

9、in(改动初估)构造设计支点、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：力分解到程度面、垂直面画出轴的空间受力简图： 力分解到程度面、垂直面2. 作程度面弯矩Mxy图 3. 垂直面弯矩Mxz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 根据转矩性质不同而引入的应力校正系数。根据转矩性质不同而引入的应力校正系数。 普通为对称循环变化弯矩引起的弯曲应力普通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 . 0/11bb2单向旋转、载荷不稳定：切应力接近脉动

10、循环 r = 0；6 .0/01bb3延续正反转、载荷不稳定：切应力接近对称循环，r = -1；1/11bbT： 实践机器运转不能够完全均匀，且有改动振动的存在，为平安计，常按脉动转矩计算。循环特性：maxminr静应力r = +1 0amaxminm，脉动循环r = 02maxam，0min对称循环r = -10m，minmaxa6. 强度条件：abbMPdTMWM1 .0)(1322mmMdb31 1 . 0W 轴的抗弯截面系数，轴的抗弯截面系数，P332 附录表附录表75. 确定危险截面。假设轴上开键槽：d适当单键：35%，双键：710%花键：计算出的d为内径。 回 顾1 1 轴的构造设

11、计概述轴的构造设计概述2 2 轴的构造设计轴的构造设计3 3 轴的最小直径确实定轴的最小直径确实定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改动强度计算按许用切应力计算按改动强度计算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. 轴的平安系数校核计算准确计算轴的平安系数校核计算准确计算三三. . 轴的平安系数校核计算准确计算轴的平安系数校核计算准确计算1. 疲劳强度校核1按M 计算：应力集中k、k 重要轴：需进一步在轴构造化后进展准确计算。重要轴：需进一步在轴构造化后进展准确计算。没有准确计入影响疲劳强度的其它重要要素。尺寸系数、

12、外表形状 2方法：对轴上假设干“危险剖面(实践应力较大的剖面，如受力较 大、截面较小及应力集中较严重处)进展平安系数校核。3根本公式：mabNkkS1maNkkS1单纯受弯：单纯受扭：kk、kk有效应力集中系数，有效应力集中系数，P329P329、P330P330； 外表形状系数外表形状系数P331P331；、尺寸系数尺寸系数P331P331；22SSSSSS2 2 轴的刚度计算轴的刚度计算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改动变形：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.改动变形的计算改动变形的计算1等直径轴：432dGTlGIT

13、lp2阶梯轴：)(11radIlTGnipiii3 3 轴的临界转速轴的临界转速 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：在于使任务转速n避开轴的临界转速。刚性轴n工ncr1n工0.750.8ncr1挠性轴超越第一阶临界转速的轴1.4ncr1n0.7ncr2提高轴的强度、提高轴的强度、刚度和减轻分量的措施刚度和减轻分量的措施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. 改良轴上零件构造，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：两斜齿轮旋向应一样两斜齿轮旋向应一样4. 采用力平衡或部分相互抵消的方法减少轴的载荷。5. 改良轴的构造，减少应力集中1防止相邻轴径相差太