机械设计基础-轴课件.ppt

1、 第十一章 轴11.1 概述 一、轴的用途与分类一、轴的用途与分类 1、功用：1）支承回转零件；2）传递运动和动力 2、分类：按承载情况分：(1)转轴扭矩和弯矩(2)心轴只受弯矩(3)传动轴主要受扭矩 按轴线形状分(1)直轴：(2)阶梯轴 光轴(3)曲轴：空心轴和钢丝软轴 二、轴设计的主要内容二、轴设计的主要内容 1、结构设计 2、工作能力计算 11.2 轴的材料及选择 轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件。锻件的内部组织均匀，强度较好，重要的轴、大尺寸或阶梯尺寸变化较大的轴，应采用锻制毛坯。对直径较小的轴，可直接用圆钢加工。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，

2、同时也可以用热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故轴采用碳钢制造最广泛，其中最常用的是45号钢。不重要或低速轻载的轴以及一般传动的轴也可以使用Q235、Q275等普通碳钢制造。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴的耐磨性，以及处于高温条件下工作的轴，常采用合金钢。高强度铸铁和球墨铸铁由于容易作成复杂的形状，而且价廉，吸振性和耐磨性好，对应力集中的敏感性较低，故常用于制造外形复杂的轴。11.3最小轴径的估算 TWT nd362.01055.91传递转矩的圆截面轴，其强度条件为 =（MPa）2既传递转矩又承受弯矩的轴，按扭转强度条件估算

3、轴径的设计公式为 33362.01055.9npCnpd（mm）11.4 轴的结构设计要求：轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置 轴上零件装拆、调整方便 轴应具有良好的制造工艺性等 尽量避免应力集中 轴上零件的轴向定位及固定轴上零件的轴向定位及固定.轴向固定(轴肩、轴环、螺母、套筒及轴端挡圈定位等)要求r轴R孔或r轴C孔 错误 正确1）轴肩和轴环 要求轴肩高度滚动轴承内圈高度错误 正确2）套筒 3）轴用圆螺母 当用轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈进行零件的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，要求L轴L毂4）轴端挡圈 正确正确轴上零件的周向定位及固定轴上零件的周向定位及固定 为了满足机器传递运动和

4、转矩的要求，轴上零件除了需要轴向定位外，还必须有可靠的周向定位。常用的周向定位及固定方法有键、花键、销、过盈配合及紧定螺钉等。1）键）键2）花键）花键3）紧定螺钉、销）紧定螺钉、销 4）过盈配合）过盈配合轴的结构工艺性轴的结构工艺性 （）轴的结构应便于加工与装配。形状力求简单，阶梯轴的级数尽可能少，而且各段直径不易相差太大。（）轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退刀槽。（）轴上各圆角、倒角、砂轮越程槽及退刀槽等尺寸尽可能统一，同一轴上的各个键槽应开在同一母线位置上。（）为便于装配，轴端应有倒角。轴肩高度不能妨碍零件的拆卸。（）对于阶梯轴一般设计成两端小中间大的形 状，以便

5、于零件从两端装拆。注意：注意：（2）同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。（1）与标准零件相配合轴径应取标准值。（4）转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。（3）各轴段与其上相配合零件宽度相对应。（5）同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同 尺寸。11.5 轴的强度和刚度校核计算一、按扭转强度条件计算用于：只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算 结构设计前按扭矩初估轴的直径dmin 强度条件 2.01055.936TTTdnPWT设计公式 30361055.95nPAnPdT放大轴径：一个键槽：35%二个键槽：710%取标准值轴上有键槽时：二、按弯扭合成强度条件计算条件：已知支点、扭距，弯

6、矩 步骤：1、作轴的空间受力简图L1ATRv1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrRv1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMcaMca1Mca2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)2、求水平面支反力RH1、RH2作水平面弯矩图 L1ATRv1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrRv1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMcaMca1Mca2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)3、求垂直平面内支反力RV1、RV2，作垂直平面内的弯矩图 4、作合成弯矩图

7、 22VHMMML1ATRv1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrRv1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMcaMca1Mca2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)L1ATR v1Rv1RH 1BCFtFrFaDRH 2Rv2L2L3FtRH 1MHRH 2MHFrR v1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMc aMc a1Mc a2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)5、作扭矩图 6、作当量弯矩图 22)(TMMca为将扭矩折算为等效弯矩的折算系数 L1ATRv1Rv1RH1BCFtFr

8、FaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrRv1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMc aMc a1Mc a2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)L1ATR v1Rv1RH 1BCFtFrFaDRH 2Rv2L2L3FtRH 1MHRH 2MHFrR v1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMc aMc a1Mc a2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)7、校核 危险截面轴的强度bcacacacadMdMWM1.0321133311.0bcaMd设计公式 三、轴的安全系数校核计算1、疲劳强度校核 SSSSSSca22)(

9、1maKS)(1maKS2、静强度校核校核轴对塑性变形的抵抗能力 四、轴的刚度计算 1、弯曲刚度 挠曲线方程：EIXMdxyd)(22挠 度：yy 偏转角：cmrey2、扭转刚度 M PGITL11.6 轴的设计计算设计轴的一般步骤为：1）选材2）按扭转强度估算轴的最小直径3）设计轴的结构，绘出轴的结构草图（确定轴上零 件的位置和固定方法；确定各轴段直径、长度。）4）按弯扭合成进行轴的强度校核。一般选23个危 险截面进行校核。若危险截面强度不够或强度裕 度太大，则必须重新修改轴的结构。例：图示为一电动机通过一级直齿圆柱齿轮减速器带 动带传动的简图。已知电动机功率为30KW,转速 n=970r/min,减速器效率为0.92，传动比i=4,单向 传动，从动齿轮分度圆直径d2=410mm,轮毂长度 105mm,采用深沟球轴承。试设计从动齿轮轴的结 构和尺寸。解：（1）求输出轴的转速与输出功率。n2=n1/i=970/4=242.5r/min P2=0.92*P1=0.92*30=27.6KW（2）选择轴的材料和热处理方法。轴采用45钢正火处理。查表b=600MPa。（3）估算轴的最小直径（4）轴的结构设计及绘制结构草图(5)按弯、扭组合作用验算轴的强度(6)键槽设计及其公差(7)确定轴的各处倒角、圆角，公差(8)绘制轴的工作图