机械设计及其自动化课件-轴

1、第10章竖井，王，合肥大学，10-1概论，1。轴的功能支撑和定位：支撑轴上的零件，使其有一个明确的工作位置来传递：传递运动和扭矩2。轴颈组成：支撑在轴上的轴头部分：用于安装轮毂的轴体部分：连接上述两部分的部分，10-1概述，3。轴1的分类。将轴压入减速器。心轴：用来支撑旋转部件的轴，只承受弯矩而不传递扭矩，称为心轴。当旋转心轴工作时，轴承受到弯矩，轴旋转。比如火车车轴。当固定心轴工作时，轴承受到弯矩，轴被固定。例如自行车轮轴。传动轴：用来传递扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。从汽车变速箱到后桥的传动轴。示例分析，10-1概述，2。根据结构形状，曲轴的柔性轴和空心轴在AB之间的任意截面上只有弯矩m

2、，所以只有弯曲应力。在BC之间的任何截面上，都有弯矩m和扭矩t，所以都有弯曲应力和扭转剪应力。在任意横截面上，只有扭矩t起作用，所以只存在扭转剪应力。10-1概述，iv。轴的应力、失效形式。以减速器输出轴为例，讨论轴的应力、应力和失效形式。1.应力和应力分析，当扭矩t按照脉动周期变化时，扭转剪应力也是脉动周期，其周期特性r=0(见图c)。当扭矩t的大小和方向不变时，扭转剪切应力为静态应力，其循环特性r=1(见图B)。图A、图B、图C、图D，当扭矩T为对称循环时，扭转剪应力也为对称循环，其循环特性r=-1(见图D)。弯曲应力是一个对称的循环变量应力，其循环特征为r=-1(见图A)。扭转剪应力的循

3、环特性r随扭矩的性质而变化。10-1概述；2.应力循环特征；10-1概述；3.轴疲劳断裂的一般失效形式：疲劳裂纹发展到一定程度后突然断裂。5.竖井的设计过程，设计计算，结构设计，竖井设计分为三个步骤：(1)竖井直径的初步确定；(2)绘制结构设计草图：确定轴的各截面尺寸，得到轴的跨度和力的作用点；(3)计算弯矩、弯曲应力和扭转剪应力，并进行验算。已知条件，轴材料的选择，轴直径的初步计算，结构设计，弯矩的计算，校核计算，设计的改进，直径的修改，轴设计的程序框图，轴设计主要解决两个问题，10-1概述，轴材料主要使用，常用的优质碳钢有30，40，45，常用的合金钢包括20Cr、40Cr、35SiMn和

4、35CrMo等。用类比法和经验公式计算了10-2轴的材料。高速输入轴的直径d可以根据与其连接的电机轴的直径d来估算，即(0.81.2) d，并且各级低速轴的直径d可以根据同一级来计算。作为结构设计的依据，对现有同类机器的轴结构和尺寸进行分析比较，初步估算出轴直径为10-3，或者，根据计算公式，最小直径截面上有一个键槽时增加5%，有两个键槽时增加10%，然后四舍五入到标准直径，初步估算出轴直径为10-3。第三，根据抗扭强度计算，进行10-4轴的结构设计。(制造和安装要求)，(2)轴和轴上的零件应有正确可靠的工作位置。(定位和固定要求)，(3)轴的应力合理，应力集中最小。以减速器低速轴为例进行说明

5、，10-4轴结构设计，10-4轴结构设计，减速器低速轴结构图，1。制造和安装要求，易于拆卸、安装和制造。阶梯轴应倒角，越程槽键应靠近末端，10-4轴结构设计，2。固定要求，1。轴上零件的轴向固定，(1)10-4轴的结构设计，(2)套筒固定，(3)圆螺母固定，10-4轴的结构设计，(4)轴端挡圈，(5)弹性挡圈，10-4轴的结构设计，(6)紧定螺钉，10-4轴的结构设计，为了传递运动和扭矩，或为了某些需要，10-4轴的结构设计，3。压力和压力要求1。传动轴上传动部件的合理布置，10-4轴的结构设计，3。轴上零件的合理设计，10-4轴的结构设计，3。降低应力集中，过渡肩环，轴肩过渡结构，凹圆角，轴

6、段4上匹配卸荷槽。提高轴的表面质量和疲劳强度，表面强化轧制、喷丸、表面淬火等。确定轴的径向尺寸，10-4轴的结构设计，1。确定箱体内壁位置，H=510mm毫米A=b 2H A应为圆形，轴的轴向尺寸，10-4轴的结构设计，2。确定轴承座的端面位置，C=c1 C2(510)mm-箱壁厚度C1，C2 -螺栓扳手空间b=a2c，10-4轴的结构设计，3。确定轴承在轴承座孔中的位置，并最小化支点与油润滑之间的距离=(38)毫米，脂润滑=(1015)毫米，10-4轴的结构设计。4.轴延伸长度的确定：(1)当弹性套销联轴器安装在重要的正式端时，K值由联轴器模型确定；(2)使用法兰轴承盖时，K值由连接螺栓的长

7、度决定；(3) K=5 mm一般取8 mm，当轴承盖和轴端部分不需要拆卸时，10-4轴的结构设计，10-5轴的强度校核计算，一、10-4轴的结构设计，2。根据弯曲和扭转的组合强度计算，强度条件(第三强度理论，等效应力)，弯曲应力b=M/W扭转剪应力=t/wt，10-4轴的结构设计，3。竖井安全系数验算，1。轴疲劳强度安全系数的验算，危险剖面：指破坏的可能性，危险剖面疲劳强度安全系数的验算公式如下：危险剖面的可能位置：小剖面，大应力，集中应力，弯曲应力的循环特性：扭转剪应力的循环特性：10-4轴结构设计，2。静强度安全系数的验算，静强度安全系数的条件3360，如果强度不够：更换材料，增加尺寸，热处理，修改结构；如果力量充足，减小尺寸等。考虑到刚度和结构的要求，10-4轴的结构设计允许安全系数：查表10-5，应力集中系数：影响因素：圆角半径键槽，孔过盈配合，10-4轴的结构设计，表面质量系数：影响因素：表面强化处理后的表面粗糙度腐蚀，尺寸系数：影响因素：尺寸，材料性能，10-6轴刚度计算，10-6轴设计时的刚度条件如下：10-6轴刚度计算，10-6轴刚度计算，1弯曲变形计算2。扭转变形计算，