轴的设计及校核

1、课程：大山时间： 12月2日，1，轴的设计和验证，轴用于安装齿轮、凸轮、带轮等传动部件，具有一定的工作位置，实现运动和动力的传递，通过轴承支撑在框架和底盘上。 2、shafts轴的分类按轴线形状分为直轴、曲柄轴和软轴。straight shaft 3354，3，Crankshaft、flexible shaft 3354，4，根据所受的载荷的性质，分为的中心轴、旋转轴和传动轴。 另外，rottingshaft指的是同时承受弯曲力矩和扭矩的轴，旋转轴在各种机器中是最常见的。 Mandrel (心轴) 受到力矩，但没有受到扭矩的轴，例如自行车的车轴。 是否按轴旋转可以分为旋转轴和固定心轴。 “Tr

2、ansmitting Shaft”(传动轴) 是指仅靠扭矩而不受弯矩或受小弯矩的轴，如连接汽车发动机的输出轴和后桥的轴。5，6，7，1，Lifter，2，3，4，1传动轴： T 2传动轴： T M 4主轴： m，8，Stresses in shafts，脉动循环应力，对称循环应力，静应力旋转轴弯矩：对称循环应力扭矩：脉动循环应力，9，材料和空白，Shaft Materials ，碳钢、合金钢、球墨铸铁、高强度铸铁等热处理，化学处理，表面对于要求不高的轴或长轴，坯料直径不到150mm时，可轧制圆钢材的力强，生产批量大的重要轴的坯料可以锻造提供的直径大，零件数少的轴可以使用焊接材料。产量大，外形复

3、杂，尺寸大shaf troughs ，10，fulityforsanddesignrequirementsofshafts轴的故障形式和设计要求，疲劳强度不足引起的疲劳破坏静强度不足引起的塑性变形和脆性破坏，超过磨损允许范围的变形和振动等。 故障形式、11、轴和轴上的零件构成一个组合体称为轴系零件。 轴的设计必须与轴类零件整体的结构密切相关。 设计要求根据轴的工作条件、生产批量和经济性原则，选择合适的材料、材料形式和热处理方法。 根据轴受力情况、轴上零件的安装位置、配合尺寸和定位方式、轴的加工方法等具体要求，确定轴的合理结构形状和尺寸，进行轴的结构设计。 轴的强度计算或验证。 对于受到很大力的

4、细长轴(蜗杆轴等)和要求刚性的轴，也进行刚性的计算。 高速工作的轴有谐振的危险，因此要进行振动稳定性的计算。 12、轴结构设计任务在满足强度、刚性和振动稳定性的基础上，根据轴上零件的定位要求和轴的加工、组装技术要求，合理确定轴的结构形状和总尺寸。 安装有部分轴头轮毂的部分轴，该部分轴由轴的结构轴颈支撑，该部分轴连接轴颈和轴头的部分。 轴的结构设计主要解决了部件在轴上的配置这几个问题，解决了部件在轴上的轴向定位和固定，提高部件在轴上的周向定位轴结构的工艺性轴强度的措施。 13、arrangingschemeofelementsonshaft轴上部件的配置方案，轴上部件的配置决定了轴上部件的组装方

5、向、顺序和相互关系，决定了轴的结构形状。 组装方案以轴最大直径的轴环为边界，轴上的部件分别从两端组装。 可以按取序形成各轴段粗细和结构形式的初步配置方案。 在创建方案时，可以考虑一些方案以进行比较。、14，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，定位和固定部件在轴上的定位和固定，部件在轴上的轴向定位和固定，3 轴上零件的轴向定位和固定的常用方法轴肩和套环、凸台(套筒)、圆螺母、圆锥面、轴端挡板、弹性挡圈、止动环、止动螺钉等，16，轴向定位和固定，轴肩和套环，轴肩和套环与定位面和过度的圆角为了使部件端面能够与定位面密接，肩(环)的焊脚半径r必须小于部件轮毂孔的焊脚

6、半径r或倒角高度C1，轴肩(环)的高度h必须大于C1和r，具有足以承受轴力的强度，因此通常颜色宽度b1.4h。 17、轴向定位和固定、套筒(套筒)、套筒适用于轴上两个相对接近的零件间的定位，其两个端面在定位面上需要高平行度和直角度。 为了确保轴上零件的定位，轴段的长度应比零件轮毂的长度短23mm。 、1、2、3、4、18、轴向定位和固定、圆螺母、圆螺母和肩、轴环等的组合，能够实现零件在轴上的双向定位和固定。 圆螺母装卸容易，通常用细螺钉增强防松能力，减少轴的强度减弱和应力集中。1、2、19、轴向定位和固定、圆锥面、轴和部件的接合面加工成圆锥面，能够实现轴向定位。 圆锥面的锥形小时，必要的轴力小

7、，但难以脱落，因此通常取锥形1:301:8。紧固件、20、轴向定位和固定、轴端挡板、部件位于轴端时，可通过轴端挡板和肩、凸台、圆锥面等的组合，双向固定部件。 挡板用螺钉紧固在轴端，按压定位零件的端面。 该方法简单可靠，装卸容易，但需要在轴端加工螺孔。21、轴向定位和固定、弹性挡圈、轴上切出环状槽(手动)，将弹性挡圈嵌入槽中，在其侧面按压被定位部件的端面，图中并用轴肩和弹性挡圈时。 该定位方法工艺性好，装卸容易，但常用于轴的强度弱，轴力小的轴。22、轴向定位和固定、止动环、止动螺钉、止动环用止动螺钉固定在轴上，虽然装卸容易，但不能承受较大的轴向力。 23、部件在轴上的周向定位和固定、定位方式的选

8、择考虑了传递扭矩的大小和性质、部件对中精度的高低、加工容易度等。 常用周向定位方法键、花键、成形、销、铆接等，通称轮毂连接。 紧固螺钉也可以在周向定位，但仅在扭矩小的情况下使用。 运动精度要求高的情况(有运动协调性的要求等)，周向的定位可以精密调整，周向的定位比轴向的定位更重要。24、structructiontechnologyofshafts轴结构技术性，轴结构技术性，使轴结构尽可能简单，具有良好的加工和组装技术，减少工作量，提高劳动生产率，减少应力集中，减少轴的注意点是，为了减少加工时的换产调整时间和夹着工件的时间，同一轴上的所有的圆角半径、倒角尺寸、退避槽宽度必须尽可能统一的轴上有多个

9、键槽的情况下，可以放在轴的同一母线上，用一次卡盘进行加工哦如果需要磨削轴上的某个轴段，请留下砂轮的滚道槽和切削螺丝时，请留下退刀槽。 为了去除毛刺，组装容易，请在轴端实施45倒角。 在采用过盈配合连接的情况下，根据轴段的零件安装端，经常加工成引导锥面。 添加键连接时，请将键槽的长度延长到锥面，以便容易放入集线器上的键槽和键对中。如果需要从轴的一端安装两个铆接零件，则轴上的两个配合轴段的直径不要相等。 否则，第一个零件被压入后，第二个零件会拉动配合的表面，影响配合。26、measuresforimprovingstrengthofshafts提高轴强度的措施，改进轴的结构，减少应力集中，轴上相邻

10、轴段的直径不要有很大差异。 对于直径的变化，尽量用圆角过渡，尽量增大圆角半径。 在轴上与零件轮毂孔嵌合的轴段，在配合边缘会产生大的应力集中。 可以通过在轴或轮毂上开设卸载槽、增大卡合部的直径等对策来改善。 请不要在轴上开横孔、切口、槽。 盘形刀具加工的键槽与立铣刀铣削的键槽相比，用渐开线花键结构代替前者的槽底迁移缓慢的方形花键，可以减小应力集中。 将螺纹结构设计成轴不承载大的部分。 27 )为了改善轴上的零件的构造，减少轴的负荷，对比Example 1 起重机卷轴的两个不同的构造方案，用螺栓连接左图案3354齿轮2和卷轴3，在轴上打开间隙，固定主轴。 也可以连接齿轮2和轴用钥匙，使主轴旋转。

11、轴径小。 右图案齿轮2和卷筒3分别用键与轴连接，旋转轴。 轴径大。28、Example 2 比较两种不同的结构方案，29、Example 3 合理地布置了轴上载荷的传递路径，如果动力需要两个轮廓输出，则输入轮尽可能地布置在中间，以减小轴上的转矩(左图)。 输入扭矩为T1 T2时，左图轴上的最大扭矩为T1。 右图的结构中，轴上的最大扭矩为T1 T2。 30、改善轴表面质量提高疲劳强度、轴表面粗糙度对疲劳强度有很大影响。 疲劳裂纹经常发生在表面最粗糙的地方。 为了提高轴的疲劳强度，采用碾压、喷丸硬化、氮化、渗碳、淬火等表面强化处理，可显着提高轴的负荷能力。 31、根据轴的故障形式，轴的计算内容通常

12、为强度(strength ) ，刚性(stiffness ) 3354轴受到载荷后会发生弯曲、扭曲等变形。 变形过大时，如果超过允许变形范围，轴上的零件就不能正常工作，也会影响机械的性能。 因此，对于要求刚性的轴，需要进行刚性检查。 轴的刚性分为弯曲刚性和扭转刚性。 临界转速(critical rotating speed )在轴上施加载荷而引起的强制振动的频率与轴的固有频率相同或接近时，会发生共振现象，轴和轴上的零件，甚至机械整体都被破坏。 发生共振时轴的转速称为临界转速。 因此，对于重要的轴，特别是高速轴和周期性的外负荷作用的轴，必须计算其极限旋转速度，轴的工作旋转速度避免极限旋转速度。

13、32、Strength Calculation of Shafts轴的强度计算、三种方法扭转强度计算、扭转合成强度计算、安全系数检查计算。 根据扭转强度计算只知道扭矩的大小，方法虽然简单，但计算精度低。 这主要是在传递扭矩的情况下，或者在以扭矩为主的传动轴上使用。对于还没有确定弯曲力矩的旋转轴，初步估计轴径，将其作为最小直径，进行结构设计的非重要旋转轴的最终计算。33、实心圆轴、扭转强度条件、t轴传递扭矩(nmm) wt-轴的扭转截面系数(mm3 )、表2； p轴传递的功率(kW) n-轴的转速(r/min) T 容许剪应力(MPa )，表3。 剖面有键槽时，可以用圆轴计算，适当地增大轴径。

14、对于直径小于100的轴，单键为57%，双键增大1015%，对于直径超过100的轴，单键增大3%，双键增大7%。 根据34、扭转合成强度计算，应用前提在轴结构设计后，确定了轴的主要结构形状和尺寸、轴上零件的位置、外载荷和反作用力的作用位置。 适用对象同时承受弯曲力矩和扭矩的旋转轴，仅承受弯曲力矩的主轴。方法特征同时考虑弯曲、扭曲，根据强度理论进行合成，对轴的危险截面(弯曲力矩、扭矩大的截面)进行强度检查。 一般的轴用这个方法十分可靠。 根据第三强度理论，旋转轴计算截面扭转合成强度条件是m-轴受到的合成力矩(nmm )即t-轴传递的扭矩(nmm) w轴的耐弯曲截面系数(mm3 )、表2； wt-轴

15、的扭转截面系数(mm3 )，表2； c-当量弯曲应力(MPa) -1 对称循环状态下轴材料的容许弯曲应力(MPa )，表1。 上式中，对于弯矩产生的弯曲应力为对称循环应力，但由扭矩产生的扭转剪应力多数不是对称循环应力。 为了考虑两者循环特性的差异，导入换算系数，仅理论上认为称为应力校正系数的36、不变的扭矩、脉动的扭矩、对称循环的扭矩、不变的扭矩，实际上机械的运转并不完全均匀，而是扭转振动、当量的弯曲力矩相当于将扭矩换算成弯曲力矩，相对于实心圆轴，使用时弯曲应力对称地循环变化的旋转轴。 如果截面有键槽，可以用圆轴计算，请适当地增大轴径，使其与用扭转强度计算出的值相同。38、心轴仅受到弯矩而不受

16、扭矩时，适用上式时，请设T=0。 由于旋转轴的弯曲应力是对称循环应力，所以弯曲应力为-1； 固定心轴负荷变化的情况下(总是起动停车的情况下)，因为其弯曲应力可以看作是脉动应力，所以允许弯曲应力为0，但是对于负荷稳定的固定心轴，其弯曲应力可以看作是静应力，弯曲应力可以看作1 39、轴的一般设计过程：估计轴径的初步结构设计，用扭转合成强度计算修正结构设计，用疲劳强度精确绘制工作图。 由于d、m、t、安全系数检查计算，上述的扭转合成强度计算没有考虑应力集中、绝对尺寸和表面质量等因素对疲劳强度的影响，所以对重要的轴，需要用安全系数法正确地计算轴的危险截面来评价轴的安全度。 安全系数检定计算包括疲劳强度和静强度的检定计算。 40，(a )，(b )，(c )，(d )，Problem 1 图示了起重机的动滑车轴的4个结构方案，如果起重机的外载荷一定，则在4个方案中，(1)对施加在轴上的载荷的种类和轴的类型进行分析确定(2)施加在轴上的应