机械设计基础之轴课件.ppt

1、12.3 V带传动的设计与计算一、V带的规格 二、V带传动的主要失效形式、计算准则及单根V带的许用功率三、v带传动的设计与计算 14-1 概述 14-2 轴的材料 14-3 轴的结构设计 14-4 轴的强度计算 14-4 轴的刚度计算1、熟悉轴的类型2、熟练掌握轴和轴上零件的轴向或周向的轴向或周向的 定位与固定定位与固定方法3、掌握轴的强度设计（设计原理、方法与设计原理、方法与步骤步骤）难点是基本要求基本要求:n知道知道转轴、心轴和传动轴转轴、心轴和传动轴n掌握掌握轴的结构设计轴的结构设计原则，熟悉轴上零件的原则，熟悉轴上零件的轴向和周向固定定位方法，明确轴的结构轴向和周向固定定位方法，明确轴

2、的结构设计中应注意的问题设计中应注意的问题n掌握轴的三种掌握轴的三种强度计算强度计算方法方法n了解轴的刚度计算方法了解轴的刚度计算方法本章特点：本章特点：n轴的设计过程是结构设计与强度轴的设计过程是结构设计与强度(或刚度或刚度)校核计算交替进行，逐步完善的校核计算交替进行，逐步完善的二、轴的分类二、轴的分类1 按载荷性质分类按载荷性质分类2 按形状分类按形状分类 一、轴的功用一、轴的功用 支承回转零件，传递运动、动力支承回转零件，传递运动、动力 是一切回转件的支承中心，也是动力传递的枢纽。是一切回转件的支承中心，也是动力传递的枢纽。1 按按载荷性质分类载荷性质分类n心轴：心轴：只承受弯矩，不传

3、递转矩只承受弯矩，不传递转矩n传动轴：传动轴：主要传递转矩主要传递转矩n转轴：转轴：既承受弯矩，又传递转矩既承受弯矩，又传递转矩固定心轴固定心轴转动心轴转动心轴2 按按形状分类形状分类n直轴、曲轴、软轴直轴、曲轴、软轴三、轴设计解决的问题三、轴设计解决的问题n1、结构问题、结构问题 确定轴的形状和尺寸确定轴的形状和尺寸n2、强度问题、强度问题 防止轴发生疲劳断裂防止轴发生疲劳断裂n3、刚度问题、刚度问题 防止轴发生过大的弹性变形防止轴发生过大的弹性变形n4、振动稳定性问题、振动稳定性问题 防止轴发生共振防止轴发生共振1.拟定轴上零件装配方案拟定轴上零件装配方案2.估算轴的最小直径估算轴的最小直

4、径min3.确定各段直径及长度确定各段直径及长度4.确定轴的结构要素确定轴的结构要素轴的结构设计轴的结构设计轴的强度计算轴的强度计算其它计算其它计算1.刚度计算刚度计算2.振动稳定性计算振动稳定性计算(临界转速临界转速)1.按扭转强度初算轴的直径按扭转强度初算轴的直径2.按弯扭合成强度计算轴径按弯扭合成强度计算轴径n轴的材料，见表轴的材料，见表14-11.钢：钢：n优质碳素钢优质碳素钢:35、45、50号钢号钢n普通碳素钢普通碳素钢Q235、Q255、Q275n合金钢：合金钢：20Cr、20CrMnTi、40Cr、35SiMn、35CrMo2.球墨铸铁球墨铸铁:n QT500-5、QT600-

5、2n轴肩轴肩(轴环轴环)：轴的直径变化所形成轴的直径变化所形成的阶梯处的阶梯处轴颈轴颈 轴头轴头 轴身轴身 n轴头：轴头：轴和旋转零件的配合部分轴和旋转零件的配合部分n轴颈：轴颈：轴和轴承配合的部分轴和轴承配合的部分n轴身轴身：连接连接轴颈与轴轴颈与轴头部头部分分轴肩轴肩 轴的结构设计的要求轴的结构设计的要求3.定位和固定要求：定位和固定要求：n轴与轴上零件要有准确的工作位置，并牢固地保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持这一位置1.制造工艺性要求：制造工艺性要求：n轴应有良好的制造工艺，便于加工轴应有良好的制造工艺，便于加工2.装拆要求：装拆要求：n轴上零件要易于装拆、调整

6、轴上零件要易于装拆、调整4.尽量减少应力集中尽量减少应力集中,改善轴的受力状态改善轴的受力状态1 制造工艺制造工艺性性要求要求n轴应有良好的制造工艺，便于加工轴应有良好的制造工艺，便于加工n加工方法不同，轴的结构也可能不同加工方法不同，轴的结构也可能不同n键槽应位于同一母线上；螺纹退刀槽；砂轮越程槽键槽应位于同一母线上；螺纹退刀槽；砂轮越程槽光轴光轴 等强度轴等强度轴 阶梯轴阶梯轴 车削车削 倒角倒角 磨削磨削 砂轮越程槽砂轮越程槽 2 装拆装拆要求要求n轴上零件要易于装拆、调整轴上零件要易于装拆、调整n不同的装拆方案，得到不同结构不同的装拆方案，得到不同结构n阶梯状轴阶梯状轴轴端应有轴端应有

7、45倒角倒角n轴的直径应圆整成标准值轴的直径应圆整成标准值n非定位轴肩非定位轴肩(便于装配便于装配)、定位轴肩、定位轴肩(零件零件定位定位)设计轴肩时应注意设计轴肩时应注意:n轴承定位轴肩轴承定位轴肩(套筒套筒)不能过高不能过高(以便拆卸以便拆卸)n轴长应略短于轮毂宽度轴长应略短于轮毂宽度(保证零件固定保证零件固定)n轴肩圆角轮毂孔圆角轴肩圆角轮毂孔圆角(倒角倒角)3 定位定位和和固定要求固定要求n周向、周向、轴向定位轴向定位和固定和固定n轴与轴上零件要有准确的工作位置轴与轴上零件要有准确的工作位置n定位：定位：零件有准确的工作位置零件有准确的工作位置n固定：固定：零件在轴上的位置牢固可靠零件

8、在轴上的位置牢固可靠周向定位和固定周向定位和固定常用的周向固定方法：常用的周向固定方法：n键、花键、紧定螺钉、过盈配合等键、花键、紧定螺钉、过盈配合等n防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩弹性挡圈紧定螺钉轴端挡圈双圆螺母轴向定位和固定轴向定位和固定n防止轴上零件工作时发生轴向蹿动防止轴上零件工作时发生轴向蹿动常用的轴向定位和固定方法：常用的轴向定位和固定方法：n轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈等轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈等n轴头长度轴头长度 轮毂的轴向长度轮毂的轴向长度4 尽量减少应力集中尽量减少应力集中,改善改善轴的受力状态轴的受力状态尽量减少应力集中：

9、尽量减少应力集中：n轴肩处要有过渡圆角轴肩处要有过渡圆角n相邻轴径的变化不宜太大相邻轴径的变化不宜太大4 尽量减少应力集中尽量减少应力集中,改善改善轴的受力状态轴的受力状态n改变零件位置及结构改变零件位置及结构,以改善轴的受力状态以改善轴的受力状态心轴转轴结构示例结构示例1结构示例结构示例2：结构改错：结构改错n 轴承没定位轴承没定位n 轴向定位不确定轴向定位不确定n 轴承用错或装错轴承用错或装错n 无调整垫片无调整垫片n 端盖端面无凹坑加工量大端盖端面无凹坑加工量大n 无定位轴肩无定位轴肩n 端盖无密封端盖无密封n 键槽太长键槽太长n无非定位轴肩无非定位轴肩n套筒太高套筒太高轴的工作能力主要

10、取决与强度和刚度，高速轴的工作能力主要取决与强度和刚度，高速轴还要校核振动稳定性轴还要校核振动稳定性轴的强度计算轴的强度计算n轴的计算流程：轴的计算流程：机器的结构机器的结构轴的长度轴的长度轴上零件的位置轴上零件的位置载荷计算简图载荷计算简图力学分析力学分析简简 化化强度计算强度计算轴径轴径轴的结构设计轴的结构设计F计算方法：计算方法：v按扭转强度计算按扭转强度计算v按弯扭合成强度计算按弯扭合成强度计算T T1 按扭转强度计算按扭转强度计算扭扭转强度转强度条件条件:适用状况：适用状况：(1)轴只传递转矩，不承受弯矩（或很小的弯矩）轴只传递转矩，不承受弯矩（或很小的弯矩）(2)弯矩未知，按扭矩作

11、初步计算弯矩未知，按扭矩作初步计算ndPdT3632.01055.916/设计公式设计公式:系数系数 C 与轴的材料和承载情况有关，查表与轴的材料和承载情况有关，查表14-2注意注意:若该轴段有一个键槽，若该轴段有一个键槽，d 值增大值增大4%;有两个键槽，增大有两个键槽，增大7-10%63339.55 100.2 0.2 TPPdCnn2 按弯扭合成强度计算按弯扭合成强度计算适用状况：适用状况：n轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大小、方向和作用点已知大小、方向和作用点已知准确计算准确计算n弯、扭联合作用时，采用第三强度理论弯、扭联合作用时，采用第三强度理论

12、n绘制受力计算简图绘制受力计算简图n计算所有力引起的弯矩计算所有力引起的弯矩n合成弯矩合成弯矩Mn计算扭矩计算扭矩n合成当量弯矩合成当量弯矩Men强度条件：强度条件：22HVMMM 为扭为扭-弯应力性质折合系数弯应力性质折合系数3.011 bb 6.001 bb 0.111 bb 静应力静应力对称循环变应力对称循环变应力脉动循环变应脉动循环变应力力,不明确不明确步骤：步骤：弯扭合成设计公式弯扭合成设计公式n对只承受弯矩的心轴对只承受弯矩的心轴设计公式：设计公式：1bb or 10bbb 危险截面的确定：危险截面的确定：综合轴上弯扭矩和轴直径选择一两个截面综合轴上弯扭矩和轴直径选择一两个截面对转

13、动心轴对转动心轴对不转动心轴对不转动心轴 310.1ebMd30.1bMd例题例题14-1 1.作计算简图作计算简图2.求作支反力及弯矩图求作支反力及弯矩图 F1H=F2H=Ft/2=17400/2 =8700N F1VL FrL/2Fad2/2=0 F1V=(FrL/2Fad2/2)/L =2123 N F2V=FrF1V=64102123 =4287 NMaH=F1HL/2=8700193/2 =840000 NmmFrFtFaFFtF1HF2H H面面V面面MaHMaVMaVF面面MaV=F2VL/2=4287193/2=414000 NmmMaV=F1VL/2=2123193/2=20

14、5000 NmmFaFrF2VF1VMaHMHVMV 考虑最不利情况，F与H、V面的合力共面F1F=FK/L=4500206/193=4803NF2F=F1FF=48034500=9303NMaF=F1FL/2=4803193/2 =463000 NmmM2F=FK=4500206 =927000 NmmF2F FF1FF面面:M合合:mmNMMMMaFaHaVa622104.1mmNMMMMaFaHaVa62210328.1mmNMMF92700022M2FMaFMaHMHMaVMaVMVFMFMaMaM2M合合T=Ftd2/2=17400146/2 =1.27106NmmmmNTMMmmN

15、MTMMmmNTMMeaaaeaae6222262622102.1)(10328.1)(106.1)(5.求危险截面处轴的直径：求危险截面处轴的直径：a-ammMdbae4.64)1.0/(31T4.求作当量弯矩图：求作当量弯矩图：3.作转矩图作转矩图 考虑键:d=64.41.0467MaMaM2M合合TMe表(14-1):B=650Mpa;表(14-3):-1=60Mpa取45钢,调质装齿轮d=72mmMaeMaeM2e例例141结构设计结构设计1.拟定轴上零件装配方案 L=193mm,k=206mm mmTd6.56352.01027.12.0363min2.估算估算dmin:考虑键 dm

16、in=56.61.04=58.9mmT=Ftd2/2=17400146/2 =1.27106 Nmm 取45钢,调质 表14-1 =25 45Mpa 取=35Mpa1)圆锥滚子轴承应正装2)轴承组合应采用两端固定LL/2k3.取d1=60mm 带轮定位 d2=68mm 装轴承 d3=70mm 装齿轮d4=72mm 齿轮定位d5=82mm初选一对30214圆锥滚子 轴承(正装)。d2d3d4d1d5二、二、扭转刚度计算扭转刚度计算n扭角条件扭角条件：一、弯曲刚度计算一、弯曲刚度计算n挠度条件：挠度条件：n转角条件：转角条件：yy 小结：1.轴的功用及分类（按载荷性质）（会判断）2.轴结构设计的要求（会设计、改错）3.轴的强度计算（传动轴、转轴）1.拟定轴上零件装配方案2.估算轴的最小直径min3.确定各段直径及长度4.确定轴的结构要素 轴的设计步骤:结构设计强度计算其它计算轴的结构设计轴的强度计算其它计算1.刚度计算2.振动稳定性计算(临界转速)1.许用切应力法(扭转强度)2.许用弯曲应力法(弯扭合成强度)指出下图结构错误