機(jī)械設(shè)計(jì)課件viewfile8

1、1、概述2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3、軸的強(qiáng)度計(jì)算4、軸的剛度計(jì)算5、軸的臨界轉(zhuǎn)速6、提高軸的強(qiáng)度、剛度 和減輕重量的措施第八章 軸1 1、概述、概述一、主要功用一、主要功用二、分類二、分類1、按承載分：1、支承軸上回轉(zhuǎn)零件（如齒輪）：軸轉(zhuǎn)動(dòng)：軸固定2、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力問：火車輪軸屬于什么類型？問：自行車軸屬于什么類型？： 如：減速器中的軸。：如：汽車下的傳動(dòng)軸。問：根據(jù)承載情況下列各軸分別為哪種類型？0 軸：軸：軸：軸：軸：軸：傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸如何判斷軸是否傳遞轉(zhuǎn)矩：如何判斷軸是否承受彎矩：發(fā)動(dòng)機(jī)專用零件2、按軸線形狀分又可分為實(shí)心、空心（加工困難）：軸線可任意彎曲，傳動(dòng)靈活。動(dòng)力源被

2、驅(qū)動(dòng)裝置接頭接頭三、軸的材料三、軸的材料1、碳素鋼：30、35、45、50(正火或調(diào)質(zhì))，45應(yīng)用最廣。 價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中不敏感，良好的加工性。2、中、低碳合金鋼：強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)力集中敏感，用于重載、小尺寸的軸。鋼絲軟軸的繞制注意：鋼材種類熱處理對(duì)鋼材彈性模量E影響很小，3、合金鑄鐵、QT：鑄造成形，吸振，可靠性低，品質(zhì)難控制，常用于凸輪軸、曲軸。四、軸設(shè)計(jì)的主要問題四、軸設(shè)計(jì)的主要問題失效形式：1、疲勞破壞 疲勞強(qiáng)度校核。2、變形過大 剛度驗(yàn)算（如機(jī)床主軸）。問：當(dāng)軸的剛度不足時(shí)，如何提高軸的剛度？用熱處理3、振動(dòng)折斷 高速軸，自振頻率與軸轉(zhuǎn)速接近；4、塑性變形 短期尖峰載荷 驗(yàn)算屈服

3、強(qiáng)度。設(shè)計(jì)的主要問題：a、有足夠的強(qiáng)度 疲勞強(qiáng)度、靜強(qiáng)度；1、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 保證軸上零件有可靠的工作位置，裝配、拆卸方便，周向、軸向固定可靠，便于軸上零件的調(diào)整；b、有足夠的剛度 防止產(chǎn)生大的變形；c、有足夠的穩(wěn)定性 防止共振 穩(wěn)定性計(jì)算。2、工作能力計(jì)算二、要求二、要求1、軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的相對(duì)位置；2、受力合理軸結(jié)構(gòu)有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度；3、軸的加工、裝配有良好的工藝性、減少應(yīng)力集中；三、軸的毛坯三、軸的毛坯d小圓鋼（棒料）：車制；d大鍛造毛坯；空心軸：充分利用材料，質(zhì)量，但加工困難。2 2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、目的一、目的確定軸的尺寸、形狀：d、l；結(jié)構(gòu)復(fù)雜鑄造毛坯，

4、如曲軸；四、階梯軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)四、階梯軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)F等強(qiáng)度階梯軸1、擬定軸上零件裝配方案動(dòng)畫（平面flash、三維avi）組成：裝軸承處 ：裝輪轂處 直徑與輪轂內(nèi)徑相當(dāng)；：聯(lián)接和部分；裝配方案的比較：滾動(dòng)軸承齒輪套筒軸承端蓋半聯(lián)軸器軸端擋圈rRhrChb2-3mm2、零件在軸上的固定（1）a）借助軸本身形狀定位：軸肩、圓錐形軸頭；b）借助擋圈、圓螺母、套筒等定位；注意注意： 或 （2）鍵、花鍵、成形聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)接、過盈、銷等 軸轂聯(lián)接：h= (0.070.1)d d：軸頸尺寸；：h=(12)mm；五、軸段尺寸五、軸段尺寸1、d：由載荷dmin由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定各段的d。2、L：由軸上零件相對(duì)位

5、置及零件寬度決定，同時(shí)考慮：1）軸段長(zhǎng)比輪轂寬小23mm可靠定位。2）傳動(dòng)件、箱體、軸承、聯(lián)軸器等零件間距離(查手冊(cè))。注意：各軸段直徑d 和長(zhǎng)度L的確定。六、軸的結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)六、軸的結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)1、需磨削的軸段：砂輪越程槽。3、軸端應(yīng)有倒角：c45便于裝配。4、裝配段不宜過長(zhǎng)。5、固定不同零件的2、需切制螺紋的軸段：螺紋退刀槽。3 3、軸的強(qiáng)度計(jì)算、軸的強(qiáng)度計(jì)算一、按許用切應(yīng)力計(jì)算（按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算）一、按許用切應(yīng)力計(jì)算（按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算）強(qiáng)度條件： aTTTTMPWnPWT61055. 9mmnPCnPdT3336 2 . 01055. 9式中：WT抗扭截面系數(shù)，mm3T許用切應(yīng)力C與材料

6、有關(guān)的系數(shù)（表16.2）公式應(yīng)用：a）傳動(dòng)軸精確計(jì)算；b）轉(zhuǎn)軸的初估軸徑dmin結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，逐步階梯化di （ 支點(diǎn)、力作用點(diǎn)未知）；c）對(duì)于轉(zhuǎn)軸：算出dmin結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)彎矩圖彎扭 合成強(qiáng)度計(jì)算；d）有鍵槽處：d，單鍵3%；雙鍵7%。二、按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算（彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算）二、按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算（彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算）已知條件：作用力大小、位置、軸d、l、支點(diǎn)位置由dmin(扭轉(zhuǎn)初估)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)支點(diǎn)、力大小、作用點(diǎn)畫出M、T合成彎矩圖危險(xiǎn)截面計(jì)算。步驟：P3141、畫出軸的空間受力簡(jiǎn)圖：力分解到水平面、垂直面2、作水平面彎矩Mxy圖和垂直面彎矩Mxz圖22xzxyMMM3、作出合成彎矩圖4、繪轉(zhuǎn)矩T圖

7、5、求當(dāng)量彎矩22)( TMM，繪M 圖 根據(jù)而引入的。 一般為對(duì)稱循環(huán)變化（彎矩引起的彎曲應(yīng)力）（M）1）單向旋轉(zhuǎn)、載荷穩(wěn)定：切應(yīng)力接近不變r(jià)=+1，3 . 0/11bb2）單向旋轉(zhuǎn)、載荷不穩(wěn)定：切應(yīng)力接近脈動(dòng)循環(huán)r=0，6 . 0/01bb3）連續(xù)正反轉(zhuǎn)、載荷不穩(wěn)定：切應(yīng)力接近對(duì)稱循環(huán)，r= -1，1/11bbT 實(shí)際機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不可能完全均勻，且有扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的存在，為安全計(jì)，常。循環(huán)特性：maxminr靜應(yīng)力r=+1 0amaxminm（），脈動(dòng)循環(huán)r=0（2maxam，0min）對(duì)稱循環(huán)r=-1（0m，minmaxa ）6、強(qiáng)度條件：abbMPdTMWM1 . 0)(1322mmMdb31

8、1 . 0W軸的抗彎截面系數(shù)，P332 附錄表75、確定危險(xiǎn)截面。若軸上開鍵槽：d適當(dāng)單鍵：（35）%，雙鍵：（710）%花鍵：計(jì)算出的d為內(nèi)徑。三、軸的安全系數(shù)校核計(jì)算（精確計(jì)算）三、軸的安全系數(shù)校核計(jì)算（精確計(jì)算）1、疲勞強(qiáng)度校核1）按M 計(jì)算：尺寸系數(shù)（、）表面狀態(tài)應(yīng)力集中（k、k） 重要軸：需進(jìn)一步在軸結(jié)構(gòu)化后進(jìn)行精確計(jì)算。沒有精確計(jì)入影響疲勞強(qiáng)度的其它重要因素。2）方法：對(duì)軸上若干“危險(xiǎn)剖面”（實(shí)際應(yīng)力較大的剖面，如受力較大、截面較小及應(yīng)力集中較嚴(yán)重處）進(jìn)行安全系數(shù)校核。3）基本公式：mabNkkS1maNkkS1單純受彎：?jiǎn)渭兪芘ぃ簁、k有效應(yīng)力集中系數(shù)，P329、P330；表面狀

9、態(tài)系數(shù)P331；、尺寸系數(shù)P331；復(fù)合安全系數(shù)：22SSSSSS2、靜強(qiáng)度校核校核軸對(duì)塑性變形的抵抗能力（尖峰載荷）。maxsbSmaxTsSmax、Tmax尖峰載荷所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力、切應(yīng)力；sb、s材料的彎曲和剪切屈服極限；例16.24 4、軸的剛度計(jì)算（自學(xué)）、軸的剛度計(jì)算（自學(xué)）軸的變形：撓度、轉(zhuǎn)角、扭角5 5、軸的臨界轉(zhuǎn)速（略）、軸的臨界轉(zhuǎn)速（略）T1T2T3T4T4T3T1T2輸入輪輸入輪432431216 6、提高軸的強(qiáng)度、剛度和減輕重量的措施、提高軸的強(qiáng)度、剛度和減輕重量的措施1、合理布置軸上零件，軸受扭矩。a)不合理的布置b)合理的布置MmaxMmax2、改進(jìn)軸上零件結(jié)構(gòu)，軸彎矩。a)不合理的布置b)合理的布置3、載荷分擔(dān)，軸上載荷卸荷帶輪：ABBAa)分裝齒輪b)雙聯(lián)齒輪雙聯(lián)齒輪斜齒輪：4、采用力平衡或局部相互抵消的辦法減少軸的載荷。行星齒輪減速器：a)懸臂支承方案b)簡(jiǎn)支支承方案5、改變支點(diǎn)位置，改善軸的強(qiáng)度和剛度。c)懸臂支承方案(正安裝）錐齒輪減速器結(jié)構(gòu)圖6、改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu),減少應(yīng)力集中1）避免相鄰軸徑相差太