北科大机械设计基础学习指导第10章 轴及轴毂连接设计

机械设计基础(近机类学习指导返回目录2.了解轴及轴毂连接设计的基本概念、设计方法及一般设计过程,初步具1.在学习轴的相关内容时,要抓住两个环节,一是轴的结构设计,二是轴的强度计算轴的结构设计要着重从实例中学习分析问题和解决问题的方法,从而掌握在考虑轴的结构设计时应注意满足的要求平时要注意观察和分析实物及轴部件装配图,以不断增加感性认识轴的强度计算的理论基础是工程力学中的扭转"和扭转与弯曲的组合变形"两部分,因此,在学习本章前应2.在学习键连接时,一是要多看结构图,抓本章的重点是轴的结构设计、轴的强度及刚度计算,难点是轴的结构设计·轴的结构设计轴的结构设计就是使轴的各部分具有合理的形状和尺寸轴的结构是由许多因素决定的,实际设计中应满足的主要要求是:从轴的左端装入,也可以从右端装入,不同的装配方案将导致不同的轴的结构形式,选择何种装配方案应经过仔细的分析与对比才能最终确定,并要注意倒(2)定位和固定要求,即轴和轴上零件定位准确,轴向和周向固定可靠。轴上零件的定位是指轴上零件应有准确的装配和工作位置满足定位要求的结构有轴肩、轴环和套筒等。轴上零件的轴向固定,常采用轴肩、轴环、套筒、螺母或轴端挡圈(又称压板)等。当轴向力较小时,亦可采用弹性挡圈或紧定螺钉等。轴上零件的周向固定常采用键、花键、紧定螺钉和过盈配合等连接形式,后三种连接还具有轴向定位作用,其中紧定螺钉只用于传力不大处。另外,当采用套筒、螺母、轴端挡圈作轴向固定时,应把与安装零件轮毂相对应的轴段长度做得比零件轮毂短23mm,以确保轴端挡圈、套筒或螺母能靠紧零件端面而不是靠在轴肩上。为了保证轴上零件紧靠轴肩(定位面),轴肩的圆角布置轴上的零件,从而尽可能地改善轴的受力状况。另外,减小应力集中也是改善轴受力状况的另一重要方面,合金钢轴对应力集中尤其敏感。在轴的结构设计时,应尽量避免两相邻轴段直径差过大,对阶梯轴来说,在截面尺寸变化处应尽可能用较大的圆角过渡,并尽量避免在轴上(特别是应力大的部位)开横孔、切口或凹槽必须开横孔时,孔边要倒圆。在重要的结构中,可采用卸载槽、过渡肩环、凹切圆角或在轮毂上开卸载槽等,这些结构可以减小局部应力集中,提高轴的承载能力。在进行强度计算时,首先应分析轴上载荷的大小、方向和作用位置,绘制轴的计算简图。绘制简图时,通常可把轴视为铰链支承的梁,然后运用材料力学中的公式进行计算通常将安装在轴上的传动零件传给轴的载荷都简化为作用在轮毂宽度中点的集中载荷;将支承反力作用点假设在轴承宽度的中点上;将作用在轴上的扭矩假设从轮毂中点算起等常见的轴的强度计算方法有以下两种:(1)按扭转强度计算这种方法适用于只承受转矩的传动轴的精确计算,对于同时传递转矩和弯矩但弯矩很小的轴,可只按转矩估算轴的强度,也可用对于只传递转矩的圆截面轴,其强度条件为式中,τ和[τ]分别为轴的切应力和相应的许用切应力,MPa;T为轴传递的转为轴的直径,mm;P为轴传递的功率,kW;n为轴的转速rmin。对于既传递转矩又承受弯矩的轴,可用上式初步估算轴的直径,但必须把轴的许用切应力[τ]值适当降低,将降低后的许用切应力[τ]代入上式,并改写为个键槽)或8%(两个键槽),并圆整成标准直径在此基础上就可以根据结构要求进行轴的结构设计。此外,也可采用经验公式来估算轴的直径。如在一般1.2)D;各级低速轴的轴径可按同级齿轮中心距a估算,d=(0.30.4)a。常用材(2)按弯扭合成强度计算对于同时承受弯矩和转矩的轴,应根据在弯矩和转矩同时作用下所产生的合成应力来计算轴的强度,即须按弯扭合成强度计算,因此必须知道轴上的载荷性质、大小方向作用位置和支承点位置,以便求出支反力,画弯矩图。按弯扭合成强度计算之前,应初步完成轴的结构设按弯扭合成强度计算轴径的一般步骤为:面内的支承反力RH和垂直面内的支承反力RV;3)计算并绘制合成弯矩M图,M5)进行弯扭合成,计算并绘制当量弯矩Me图,Meα为根据转矩性质而定的折合系数·对不变的转矩当转矩脉动变化时·对于频繁正反转的轴·通常对于不是频繁正反转的转轴,而转矩变化规律又不能确切判定时,一般也按脉动循环6)根据当量弯矩Me计算危险截面处的当量弯曲应力σe或其相应的轴径,当轴上开有键槽时,轴径还应增大4%(一个键槽)或8%(两个键槽),并圆整成标准直径。若计算出的轴径大于结构设计初步估算的轴径,则表明结构图中轴的强度不够,必须修改结构设计;若计算出的轴径小于结构设计的估算轴径,且相差不很大,一般就以结构设计的轴径为准。对于一般用途的轴,按上述方法设计计算即可。对于重要的轴,尚须作进一步的精确计算和强度校核,如有需要可参阅有关机械设计书籍及机械设计手册。轴受弯矩作用会产生弯曲变形,轴受转矩作用会产生扭转变形轴的刚度分弯曲刚度和扭转刚度,弯曲刚度以挠度y或转角θ度量,扭转刚度以扭角φ度量。如果轴的刚度不够,就会影响轴的正常工作,它们对轴的振动也有影响,所以为了使轴不致因刚度不够而失效,必要时应进行轴的刚度计算,根据轴的工作条件限制其变形量,即(1弯曲变形的计算计算轴在弯矩作用下所产生的挠度y和转角θ的方法很多。可用材料力学课程中已学过的两种方轴,用后一种方法较适宜。轴的挠度主要与作用在轴上载荷的数值及作用点的位置有关,为了减小挠度,应将安装在轴上的零件尽可能地(2)扭转变形的计算等直径的轴受转矩T作用时,其扭角φ可按材料力学中的扭转变形公式求出,即质处理,217~255HBS。设已知l1=110mm,解:·计算齿轮上的作用力traFa=Fttanβ=10517×tan12o15'N=2283N2·绘制计算简图并求出支承反力(RAV3N.mm机械设计基础(近机类学习指导MA=MC=0(一般减速器轴的转矩变化不大,轴的切应力可按脉动循环变应力处理,取4·计算危险截面处轴的直径[σ-1b]=60Nmm2将MeB值代入下式得因此,该轴是安全的机械设计基础(近机类学习指导b)轴的计算简图f垂直面弯矩图h)转矩图机械设计基础(近机类学习指导2.工作时只承受弯矩,不传递转矩的轴,称为4.工作时以传递转矩为主,不承受弯矩或弯矩很小的轴,称为(1)作为轴加工时的定位面;6.当轴上安装的零件要承受轴向力时,采用来进行轴向固定,所能7.增大轴在截面变化处的过渡圆角半(2)降低应力集中,提高轴的疲劳强度;(3)使轴的加工方便。(4)轴端上零件的孔径。9.转轴上载荷和支点位置都已确定后,轴的直径可以根据来进行计(2)沿轴向可作相对滑动并具有导向作用;(3)沿周向固定并传递转矩;(4)安装与拆卸方便。11.设计键连接的几项主要内容是:1)按要求选择键的主要类型;3)按轴的直径选择键的剖面尺寸;4)对联接进行必要(4)3→4→2寸1。(1)轮毂的挤压强度;(2)键的剪切强度;(2)前者多用来传递较小转矩,后者多用来传递较大转矩;(3)两者都用来传递较小转矩;(4)两者都用来传递较大转矩。(2)键安装时易损坏;(4)轴和轴上的零件对中性差。2.在同一工作条件下,若不改变轴的结构和尺寸,仅将轴的材料由碳钢改机械设计基础(近机类学习指导为合金钢,为什么只提高了轴的强度而不能提高轴的刚度?3.轴的设计应考虑哪些方面的问题?其中哪些问题是必须考虑的?哪些问题有特殊要求时才需考虑?试简述轴的设计步骤。4.轴结构设计的主要内容有哪些?7.为什么转轴常设计成阶梯形结构?8.利用公式