第三章,軸的功用與分類 軸的設(shè)計(jì)步驟 軸的材料及其選擇 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的計(jì)算,軸,重點(diǎn)及難點(diǎn) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的強(qiáng)度計(jì)算校核,基本要求 了解轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸的載荷特點(diǎn) 掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及相關(guān)注意事項(xiàng) 掌握軸的三種強(qiáng)度計(jì)算方法 了解軸的剛度計(jì)算方法,本章要求及重點(diǎn)難點(diǎn),1、軸的功用與分類,支承旋轉(zhuǎn)零件并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 軸向/周向定位軸上零件,軸,持輪也。說文 服重任,行遠(yuǎn)道,正直而固者,軸也。列女傳母儀,功用,軸,1、軸的功用與分類,心軸：主要承受彎矩 傳動(dòng)軸：主要承受轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)軸：既承受彎矩，又承受轉(zhuǎn)矩,分類（1）,載荷性質(zhì),直軸（光軸、階梯軸）,曲軸,軟軸（撓性軸）,1、軸的功用與分類,分類（2）,軸線形狀,空心軸,實(shí)心軸,1、軸的功用與分類,分類（3）,截面形狀,4、結(jié)構(gòu)問題 確定軸的形狀和尺寸,2、軸的設(shè)計(jì)步驟,主要問題,軸的工作能力設(shè)計(jì),1、強(qiáng)度問題 防止軸發(fā)生疲勞斷裂 2、剛度問題 防止軸發(fā)生過大的彈性變形 3、振動(dòng)穩(wěn)定性問題 防止軸發(fā)生共振,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),1.擬定軸上零件裝配方案 2.估算軸的最小直徑min 3.確定各段直徑及長度 4.確定軸的結(jié)構(gòu)要素,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),軸的強(qiáng)度計(jì)算,其它計(jì)算,8.剛度計(jì)算 9.振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算( 臨界轉(zhuǎn)速),5.許用切應(yīng)力法(扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度) 6.許用彎曲應(yīng)力法( 彎扭合成強(qiáng)度 ) 7.安全系數(shù)計(jì)算法：疲勞強(qiáng)度計(jì)算、 靜強(qiáng)度計(jì)算,2、軸的設(shè)計(jì)步驟,基本步驟,材料選擇,三邊：邊計(jì)算、邊畫圖、邊修改,2、軸的設(shè)計(jì)步驟,基本特點(diǎn),三與：估算與精算、計(jì)算與畫圖、 軸的設(shè)計(jì)與軸上零件的設(shè)計(jì),3、軸的材料及其選擇,2. 球墨鑄鐵 QT500-5、QT600-2,1. 鋼 碳素鋼 ：優(yōu)質(zhì)碳素鋼:35、 50 、 45 軸鋼 普通碳素鋼Q235、Q255、Q275 合金鋼：20Cr、20CrMnTi、40Cr、35SiMn、35CrMo,廉價(jià)、應(yīng)力集中敏度小,強(qiáng)度高、耐磨性好,成形性好、吸振性高,參照教材p184-185表26-2,4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),軸身：連接軸頸與軸頭部分 軸肩：軸的直徑變化所形成的階梯處,軸頭：軸和回轉(zhuǎn)零件的配合部 軸頸：軸和軸承的配合部,結(jié)構(gòu)組成,4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)例,4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在初步估算軸徑的基礎(chǔ)上，根據(jù)軸的具體使用狀況，確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸（長度、直徑）,內(nèi)容與要求,滿足強(qiáng)度、剛度的要求 滿足工藝性要求： （1）易加工； （2）應(yīng)力集中少； （3）軸上零件準(zhǔn)確定位； （4）易裝拆和調(diào)整； （5）軸的受力狀態(tài)好。,內(nèi)容,要求,4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),步驟1,1.擬定軸上零件裝配方案 2.估算最小軸徑 3.確定各段尺寸 4.確定軸的結(jié)構(gòu)要素,易裝拆易調(diào)整,4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),步驟1,改善軸的受力狀態(tài),4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),步驟2,1.擬定軸上零件裝配方案 2.估算最小軸徑 3.確定各段尺寸 4.確定軸的結(jié)構(gòu)要素,根據(jù)已知軸上近似載荷（取決于功率和轉(zhuǎn)速），初步估算基本軸徑或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定軸的某個(gè)徑向尺寸,4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),步驟2,估算軸徑時(shí)，因軸承等位置尚未確定，彎矩未知，故只能考慮扭矩。, WT抗扭截面模量（系數(shù)），參照教材p425附錄A表A-7； P傳遞的功率(kw)；n軸的轉(zhuǎn)速(r/min)； d最小軸徑(mm) ；C材料相關(guān)系數(shù)教材p189表(26-3) 軸上有單鍵，直徑增大3-4 %；有雙鍵,直徑增大7-10 %,扭剪應(yīng)力,設(shè)計(jì)公式,4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),步驟3,1.擬定軸上零件裝配方案 2.估算最小軸徑 3.確定各段尺寸 4.確定軸的結(jié)構(gòu)要素,4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),步驟3,根據(jù)軸上零件受力情況及安裝固定對(duì)軸表面的要求，由外向內(nèi)確定各段直徑,根據(jù)軸上零件的位置、配合長度、支承結(jié)構(gòu)和形式，由內(nèi)向外確定各段長度,4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),步驟4,1.擬定軸上零件裝配方案 2.估算最小軸徑 3.確定各段尺寸 4.確定軸的結(jié)構(gòu)要素,（1） 制造工藝性要求,軸應(yīng)有良好的制造工藝，便于加工,加工方法不同，軸的結(jié)構(gòu)也可能不同 鍵槽應(yīng)位于同一母線上；螺紋退刀槽；砂輪越程槽,（2） 裝拆要求,階梯軸軸端應(yīng)設(shè)計(jì)45倒角 鍵槽應(yīng)置于軸與輪轂先接觸的直徑變化處 過盈配合采用錐面直徑過渡 合理設(shè)計(jì)非定位軸肩，減少不必要的配合面 軸承定位軸肩(或套筒)不能過高(以便拆卸) 軸肩圓角輪轂孔圓角(倒角),軸上零件要易于裝拆、調(diào)整 不同的裝拆方案，得到不同結(jié)構(gòu) 軸的直徑應(yīng)圓整成標(biāo)準(zhǔn)值,（3） 定位和固定要求,軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置 定位：零件有準(zhǔn)確的工作位置 固定：零件在軸上的位置牢固可靠,周向定位和固定,常用的周向固定方法： 鍵、花鍵、緊定螺釘、過盈配合等,防止軸上零件與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以傳遞轉(zhuǎn)矩,軸向定位和固定,常用的軸向定位和固定方法： 軸肩、套筒、螺母、軸端擋圈等 軸頭長度 < 輪轂的軸向長度 定位軸肩高度一般取36mm,防止軸上零件工作時(shí)發(fā)生軸向躥動(dòng),（4） 盡量減少應(yīng)力集中, 改善軸的受力狀態(tài),軸肩處要有過渡圓角 相鄰軸徑的變化不宜太大 改善零件位置及結(jié)構(gòu), 以改善軸的受力狀態(tài),4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),找錯(cuò)練習(xí), 軸承沒定位 軸向定位不確定 軸承用錯(cuò)或裝錯(cuò) 無調(diào)整墊片 端蓋端面無凹坑加工量大, 無定位軸肩 端蓋無密封 鍵槽太長 無非定位軸肩 套筒太高,5、軸的強(qiáng)度計(jì)算,在完成軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，針對(duì)不同情況，采用不同強(qiáng)度校核計(jì)算方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證。,內(nèi)容,5、軸的強(qiáng)度計(jì)算,方法1,5.許用切應(yīng)力法(扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度) 6.許用彎曲應(yīng)力法( 彎扭合成強(qiáng)度 ) 7.安全系數(shù)計(jì)算法：疲勞強(qiáng)度計(jì)算、 靜強(qiáng)度計(jì)算,適用情況： (1)軸只傳遞轉(zhuǎn)矩，不承受彎矩（或很小的彎矩） (2)彎矩未知，按扭距作初步計(jì)算,5、軸的強(qiáng)度計(jì)算,方法1, WT抗扭截面模量（系數(shù)），參照教材p425附錄A表A-7； P傳遞的功率(kw)；n軸的轉(zhuǎn)速(r/min)； d最小軸徑(mm) ；T、C材料相關(guān)系數(shù)教材p189表(26-3) 軸上有單鍵，直徑增大3-4 %；有雙鍵,直徑增大7-10 %,扭剪應(yīng)力,設(shè)計(jì)公式,5、軸的強(qiáng)度計(jì)算,方法2,5.許用切應(yīng)力法(扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度) 6.許用彎曲應(yīng)力法( 彎扭合成強(qiáng)度 ) 7.安全系數(shù)計(jì)算法：疲勞強(qiáng)度計(jì)算、 靜強(qiáng)度計(jì)算,T,適用情況： (1)一般精度情況的軸計(jì)算 (2)支撐點(diǎn)、載荷均已知,F,5、軸的強(qiáng)度計(jì)算,步驟： 繪制受力計(jì)算簡(jiǎn)圖 計(jì)算所有力引起的彎矩 合成彎矩M 計(jì)算扭矩 合成當(dāng)量彎矩M 強(qiáng)度條件：,為扭-彎應(yīng)力性質(zhì)折合（校正）系數(shù) 含義：將扭剪應(yīng)力的循環(huán)特性轉(zhuǎn)換 成與彎曲應(yīng)力的循環(huán)特性一致,方法2,對(duì)只承受彎矩的心軸 對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)心軸： 對(duì)不轉(zhuǎn)動(dòng)心軸：,設(shè)計(jì)校核公式,危險(xiǎn)截面的確定： 承受當(dāng)量彎矩最大的截面 承受當(dāng)量彎矩較大且?guī)缀纬叽巛^小的截面 23個(gè)截面,5、軸的強(qiáng)度計(jì)算,方法2,5、軸的強(qiáng)度計(jì)算,方法3,5.許用切應(yīng)力法(扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度) 6.許用彎曲應(yīng)力法( 彎扭合成強(qiáng)度 ) 7.安全系數(shù)計(jì)算法：疲勞強(qiáng)度計(jì)算、 靜強(qiáng)度計(jì)算,T,適用情況： (1)針對(duì)重要軸的精確計(jì)算 (2)同時(shí)考慮應(yīng)力集中等多種因素,F,5、軸的強(qiáng)度計(jì)算,方法3,KN：壽命系數(shù) -1, -1：對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力時(shí)材料彎曲和扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度 k，k：彎曲與扭轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)力集中系數(shù)，教材p424表A-4,5 ：表面質(zhì)量系數(shù)，教材p422、423表A-1,2,3 ，：尺寸系數(shù)，教材p424表A-6,S S,教材192表26-5,疲勞強(qiáng)度精確計(jì)算,5、軸的強(qiáng)度計(jì)算,方法3,靜強(qiáng)度精確計(jì)算,見教材p192193,6、軸的其它計(jì)算,T,F,8.剛度計(jì)算 9.振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算( 臨界轉(zhuǎn)速),扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算 扭角條件：,彎曲剛度計(jì)算 撓度條件： 傾角條件：,剛度計(jì)算,6、軸的其它計(jì)算,7、軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算,教材p198-200,作業(yè)：教材p201 習(xí)題26-7,