机械设计基础 教学课件 作者 樊智敏_ 第11章 轴.ppt

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1、11-1轴的分类及材料11-2轴的结构设计11-3轴的强度计算11-4轴的刚度计算11-5轴的振动及稳定性了解转轴、心轴和传动轴的载荷的特点掌握轴的结构设计的方法，熟悉轴上零件的轴向和周向定位方法，明确轴的结构设计中应注意的问题掌握轴的三种强度计算方法了解轴的刚度计算方法第十一章轴本章教学内容本章基本要求1主要功用2轴的分类(1)按承载分心轴：只承受弯曲（M），不传递转矩（T=0）(1)支承轴上回转零件（如齿轮）转动心轴：轴转动固定心轴：轴固定(2)传递运动和动力11-1轴的分类和材料转轴：既传递转矩（T）、又承受弯矩（M）如：减速器中的轴。传动轴：只受转矩，不受弯矩M=

2、0，T≠0如：汽车下的传动轴。曲轴：发动机专用零件(2)按轴线形状分直轴又可分为实心、空心（加工困难）光轴阶梯轴3轴的材料轴的材料，见表11-1(1)钢：碳素钢：优质碳素钢:35、50、45轴钢普通碳素钢Q235、Q255、Q275合金钢：20Cr、20CrMnTi、40Cr、35SiMn、35CrMo(2)球墨铸铁:QT500-5、QT600-2一、设计要求二、结构设计11-2轴的结构设计一、设计要求1.定位和固定要求：轴与轴上零件要有准确的工作位置，并牢固地保持这一位置2.装拆要求：轴上零件要易于装拆、调整3.制造工艺性要求：轴应有良好的制造工艺，便于加工4.轴的受力

3、要均匀利于提高轴的强度和刚度F等强度阶梯轴1.便于制造安装轴上零件要易于装拆、调整不同的装配方案，得到不同结构轴的直径应圆整成标准值二、结构设计a装配要求1）需磨削的轴段：砂轮越程槽。3）轴端应有倒角：C1——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。b工艺性要求轴向定位的方法轴肩定位：多用于轴向力较大的场合套筒定位：多用于两个零件之间的定位。圆螺母定位：可承受大的轴向力，一般用于轴端零件的固定。（注意：防松结构）轴端挡圈：用于轴端零件的固定。其它：用于较小轴向力的场合。如：弹性挡圈、紧定螺

4、钉、锁紧挡圈、圆锥面定位等。轴承端盖定位：一般也用于整个轴系的轴向定位2.轴上零件的固定轴与轴上零件要有准确的工作位置定位：零件有准确的工作位置固定：零件在轴上的位置牢固可靠轴肩、轴环、套筒非定位轴肩(便于装配)、定位轴肩(零件定位)设计轴肩时应注意:轴承定位轴肩(套筒)不能过高(以便拆卸)轴长应略短于轮毂宽度(保证零件固定)轴肩圆角ｒ＜轮毂孔圆角Ｒ(倒角Ｃ)圆螺母轴端挡圈端盖弹性挡圈紧定螺钉常用的周向固定方法：目的：防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩平键、花键3.轴上零件的周向固定销紧定螺钉过盈配合4轴段尺寸1、d：由载荷→dmin→由结构设计要求确定各段的d。2

5、、L：由轴上零件相对位置及零件宽度决定，同时考虑：1）轴段长比轮毂宽小2~3mm——可靠定位。2）传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离(查手册)。一、按转矩初估轴径强度条件：式中：WT——抗扭截面系数，mm3[τT]——许用切应力A——与材料有关的系数（表11-2）11-3轴的强度计算公式应用：a）传动轴精确计算；b）转轴的初估轴径dmin——结构设计，逐步阶梯化di（∵支点、力作用点未知）；c）对于转轴：算出dmin→结构设计→弯矩图→弯扭合成强度计算；d）有键槽处：↑d，单键——↑5%；双键——↑7~10%。一、按转矩初估轴径二、按当量弯矩校核轴径已知条件：作用力大

6、小、位置、轴d、支点位置由dmin(扭转初估)→结构设计→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：1、画出轴的空间受力简图：力分解到水平面、垂直面2、作水平面弯矩Mxy图和垂直面弯矩Mxz图3、作出合成弯矩图4、绘转矩T图二、按当量弯矩校核轴径5、求当量弯矩，绘图α——根据转矩性质不同而引入的应力校正系数。σ——一般为对称循环变化（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=+1，2）单向旋转、载荷不稳定：切应力接近脉动循环r=0，3）连续正反转、载荷不稳定：切应力接近对称循环，r=-1，T二、按当量弯矩校核轴径※实际机器运转不

7、可能完全均匀，且有扭转振动的存在，为安全计，常按脉动转矩计算。循环特性：静应力r=+1（），脉动循环r=0(，）对称循环r=-1（）7、强度条件：W——轴的抗弯截面系数，6、确定危险截面。二、按当量弯矩校核轴径（按许用弯曲应力计算）若轴上开键槽：d适当↑单键：↑（3~5）%，双键：↑（7~10）%花键：计算出的d为内径。二、按当量弯矩校核轴径一、弯曲刚度计算挠度条件：倾角条件：二、扭转刚度计算扭角条件：11-4轴的刚度计算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：11-5轴的振动及稳定性