轴结构设计与计算(1)

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1、轴的结构设计与计算实例第15章轴轴的结构练习15.2轴的结构设计5.提高轴的强度的措施(1)改善轴的受载情况为了减小轴所承受的弯矩，传动件应尽量靠近轴承，并尽可能不采用悬臂的支承形式，力求缩短支承跨距及悬臂长度。当轴上的转矩需由两轮输出时，输入轮宜置于两输出轮的中间，如图所示，设输入的转矩为T1＝T2＋T3，且T2＞T3，当输入轮置于轴的一端［左图］时，轴的最大转矩为T2＋T3。如改为右图所示的布置方式，则轴的最大转矩仅为T2。15.2轴的结构设计(2)减少应力集中的措施为了减少直径突变处的应力集中，提高轴的疲劳强度，应适当增大轴肩处的圆角半径。

2、为保证零件在轴肩处定位可靠，当加大圆角半径受到限制时，可用间隔环、凹切圆角、卸荷槽等结构。15.2轴的结构设计轴与轴上零件采用过盈配合时，轴上零件的边缘和轴过盈配合处将会引起应力集中。采用减小轮毂边缘处的刚度、将配合处的轴径略为加大(此时应注意过渡处的圆角半径)、或在配合处两端的轴上磨出卸载槽等都是降低应力集中的有效方法(下图所示）。(a)过盈配合处的应力集中；(b)轮毂上开卸载槽(应力集中系数Kσ约减小15%～25%)；(c)轴上开卸载槽［d1=(1.06～1.08)d(Kσ约减小40%)］；(d)增大配合处直径［r＞(0.1～0.2)d(Kσ约

3、减小30%～40%)］15.2轴的结构设计用圆盘铣刀加工的键槽比用端铣刀加工的键槽在键槽两端处所引起的应力集中小(图所示)。圆盘铣刀加工键槽端铣刀加工键槽轴上尽量避免开小孔、切口和凹槽。必须开小孔时，孔端要倒角。粗糙表面易引起疲劳裂纹，从而产生应力集中。对轴的表面进行辗压、喷丸等表面强化处理和降低表面粗糙度，可以显著提高轴的疲劳强度。15.2轴的结构设计15.2.4最小轴径的确定轴在进行结构设计之前，轴承间的距离尚未确定，还不知道支承反力的作用点，不能确定弯矩的大小及分布情况，所以设计时，只能先按转矩或用类比法、经验法来初步估算轴的直径(这样求出的

4、直径，只能作为仅受转矩的那一段轴的最小直径)，并以此为基础进行轴的结构设计，定出轴的全部几何尺寸，最后校核轴的强度。轴是传递运动和动力的重要零件，轴的失效会危及整部机器，所以要特别定期对轴的检查和维修。1、使用前，应注意轴和轴上零件固定连接要可靠，轴和轴上有相对移动和转动零件的间隙应适当；国颈润滑应符合要求，润滑不当是轴颈非正常磨损的重要原因。15.5轴的使用与维修2、轴在使用时，应避免突加、突减负载或超载，尤其对新配滑动轴瓦的轴和使用已久的轴更应注意，以防止疲劳断裂和变扭变形。3、在机器大修或中修时，通常应检查轴有无裂纹、弯曲、扭曲及轴颈磨损等，

5、如不合要求应进行修复和更换。1）裂纹常发生在应力集中处，易产生疲劳断裂。裂纹可用放大镜或磁力探伤器等检查。2）轴颈，应检查其圆度和圆柱度，因数失圆的轴颈运转时，会使油膜压力波动，既能加速轴瓦材料的疲劳损坏，也增加了轴瓦和轴颈的直接接触，使磨损加剧。轴上花键的磨损可通过检查配合的齿侧间隙或用标准花键套在花键轴上检查。轴的维修1、轴弯曲变形的校正：轴的变形过大时，可冷压校正或局部火焰加热校正。校正时的支承部位要正确，尤其应注意不要使阶梯轴拐角处因校正而产生应力集中。2、轴颈磨损的修复：通常先用磨削加工消除轴的几何形状误差，然后金属喷镀或刷镀，严重时可堆

6、煹或镶套修理。镶套时套与轴为过盈配合。3、花键、键槽、螺纹的修复：可用气焊或堆焊修复磨损的齿侧面，然后再以磨损的花键这基础，铣出花键。键槽损伤后，可适当加大键槽或将旧键槽焊堵，并配新键，如右图所示。轴上的螺纹损坏时，应进行堆焊，重车螺纹。1.计算法按转矩初步计算轴端直径的强度条件是：=则d.=Amm式中T——工作转矩，N·mm。P——轴传递的功率，kW。n——轴的转速，r/min。15.2轴的结构设计A——随材料而定的系数，其值见下表。当轴上弯矩较小时，取较小值，反之则取较大值。［τ］——考虑弯曲影响后的材料许用扭转剪应力，MPa；其值见

7、下表。若计算的截面上有键槽时，直径要适当增大。一个键槽时轴径增大4%～5%，若同一截面上有二个键槽时，轴径增大7％～10％，然后按表圆整至标准直径。15.3轴的强度校核当轴的结构设计完成以后，轴上零件的位置均已确定，外载荷和支承反力的作用点亦随之确定。这样，就可绘出轴的受力简图、弯矩图、转矩图和当量弯矩图，再按弯扭组合来校核轴的危险截面。弯扭组合强度计算，一般用第三强度理论，其强度条件为:或mm式中:σe——当量弯曲应力，MPa。Me——当量弯矩，N·mm。M——合成弯矩，M=N·mm。其中,MH为水平面上的弯矩，MV为垂直面上的弯矩。bW——

8、危险截面抗弯截面模量，mm3。对于实心轴段，W＝0.1d3，d为该轴段的直径，mm)；mm3对于具有一个平键键槽的轴段