大理工机械设计课件第15章 轴

第15章轴

§15—1概述

一、轴的用途与分类(p40)1、功用：1）支承回转零件；2）传递运动和动力

2、分类：按承载情况分：

转轴——扭矩和弯矩心轴——只受弯矩，分为转动心轴和不转动心轴（图2－23）传动轴——主要受扭矩

按轴线形状分

直轴：阶梯轴

光轴曲轴：

空心轴和钢丝软轴

二、轴的材料及其选择

碳素钢——常用45#，正火调质合金钢——对应力集中较敏感。

注意：①采用合金钢并不能提高轴的刚度。

②轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度。

表2-5

轴的常用材料及其主要力学性能三、轴设计的主要内容

结构设计

工作能力计算

钢轴毛坯：轧制圆钢和锻钢或直接用圆钢铸钢、合金铸铁或球墨铸铁轴的材料

不知轴直径，先进行初步计算，估算出轴径，初步确定各部分的形状和尺寸轴在机器中的位置，轴上零件定位，工艺要求，热处理，运转维护要求疲劳强度、静强度、轴的刚度和振动稳定性

§15—2轴的结构设计

要求：

①轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置

②轴上零件装拆、调整方便

③轴应具有良好的制造工艺性等

④尽量避免应力集中

一、拟定轴上零件的装配方案

原则：1）轴的结构越简单越合理2）装配越简单、方便越合理二、轴上零件的定位1、零件的轴向定位

1）轴肩和轴环

要求r轴<R孔或r轴<C孔

错误

正确2）套筒

3）轴用圆螺母

错误

正确要求轴肩高度<滚动轴承内圈高度注意：当用轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈进行零件的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，要求L轴<L毂4）轴端挡圈

错误

正确正确5）轴承端盖

6）弹性挡圈

7）紧定螺钉或销

轴承端盖与机座间加垫片，以调整轴的位置

8）圆锥面（挡圈+螺母）

2、零件的周向定位

1）键2）花键3）紧定螺钉、销

4）过盈配合三、各轴段的直径和长度的确定1、各轴段直径确定

a)按扭矩估算轴段直径dmin

，用公式计算b)按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径，经验值

②同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。

注意：①与标准零件相配合轴径应取标准植2、各轴段长度

②转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。

①各轴段与其上相配合零件宽度相对应四、轴的结构工艺性

1）轴肩圆角r

2）轴端倒角

3）砂轮越程槽

4）螺纹退刀槽

5）同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同尺寸轴系结构改错四处错误正确答案三处错误正确答案两处错误1.左侧键太长，套筒无法装入2.多个键应位于同一母线上§15—3轴的强度计算

一、按许用切应力－－扭转强度条件计算用于：①只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算

②结构设计前按扭矩初估轴的直径dmin

实心轴强度条件

设计公式

当直径<=100mm时一个键槽：5~7%，二个键槽：10~15%当直径>100mm时一个键槽：3%，二个键槽：7%轴上有键槽时，放大轴径：Ａ0：与轴材料有关的系数，见表2－6取标准植二、按许用弯曲应力－－弯扭合成强度条件计算条件：已知支点、扭距，弯矩

步骤：

1、作轴的空间受力简图2、求水平面支反力RH1、RH2作水平面弯矩图

3、求垂直平面内支反力RV1、RV2，作垂直平面内的弯矩图

4、作合成弯矩图

5、作扭矩图

6、作当量弯矩图

—为将扭矩折算为等效弯矩的折算系数

对于扭转切应力为静应力，取

对于扭转切应力为脉动循环变应力，取

对于扭转切应力为对称循环变应力，取

7、校核

危险截面轴的强度设计公式

三、轴的安全系数校核计算轴的安全系数校核计算是在轴的结构设计完成以后进行，目的是计入应力集中、尺寸效应和表面状态等各种因素后，精度地确定各危险截面的安全程度用于重要的轴，当轴的安全系数校核计算后，不必再用许用弯曲应力法计算轴的安全系数校核计算内容：疲劳强度校核和静强度校核1、疲劳强度校核

如前所述，作出轴的弯曲图和转矩图，确定应校核的危险截面，按截面上所受的弯矩和转矩求出弯曲应力和切应力，将两项循环应力分解为各自的平均应力和应力幅，按下式计算2、静强度校核——校核轴对塑性变形的抵抗能力

有效应力集中系数，尺寸系数和表面状态系数见第二章附录；等效系数见表2－2，许用安全系数见表2－3§15—4轴的刚度及振动稳定性

一、轴的刚度计算

1、弯曲刚度

挠曲线方程：

挠度：

偏转角：

2、扭转刚度

二、轴的振动稳定性及临界转速

弯曲振动（横向）

扭转振动

轴向振动（纵向）临界转速——轴引起共振时的转速轴的振动类型：

弯曲临界转速的计算

轴的临界角速度

k=mg/y0

刚性轴：

挠性轴：

§15—5提高轴的强度和刚度的措施（p478)一、改进轴的结构，减少应力集中

避免多个应力集中的结构出现在同一截面处，如键槽通常不加工到台阶P479图15－35§15—5-1提高轴的强度的措施（p478)二、合理布置轴上零件以减少轴的载荷

三、改进轴上零件的结构，减小轴的载荷四、选择受力方式以减小轴的载荷，改善轴的强度和刚度

五、改进表面质量提高轴的疲劳强度轴的最大应力通常出现在轴径表面§15—5-2提高轴的刚度的措施（p480)1、合理选择轴载面的形状（实心轴与几种不同参数空心轴的强度及刚度的比较）2、改善支承正安装（面对面）§15—5-3改善轴的结构工艺性1、如果轴上有多个键槽，应设计在同一母线上2、同一轴上的圆角应尽可能取相同的数值