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1、第九章 軸重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是要合理地確定軸各部分的幾何形狀和尺寸。包括各軸段的直徑、長(zhǎng)度、各個(gè)軸肩、圓角和倒角的大小、鍵槽的位置等等。軸的結(jié)構(gòu)沒有標(biāo)準(zhǔn)形式,應(yīng)根據(jù)具體的情況而定。一般要考慮以下幾個(gè)方面的問題:1)軸上零件的布置;2)軸上零件的定位和固定;3)軸上零件的裝拆工藝性;4)軸的疲勞強(qiáng)度和剛度要求;5)軸的加工工藝性等。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求:1)軸上零件的布置除了達(dá)到工作要求外,要使軸受力最小;2)軸上的零件要定位準(zhǔn)確、固定可靠;3)軸上的零件能方便地裝配和拆卸;4)軸的加工工藝性要好;5)要應(yīng)力集中小、疲勞強(qiáng)度要高。2軸的強(qiáng)度計(jì)算彎扭合成強(qiáng)度條件: MP
2、a是根據(jù)扭剪應(yīng)力的變化性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)。用來考慮扭矩T產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力與彎距M產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力的性質(zhì)不同。對(duì)軸受轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律未知時(shí),一般將按脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力處理。疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)的強(qiáng)度條件: S 如同一截面有幾個(gè)應(yīng)力集中源,則取其中最大的一個(gè)應(yīng)力集中系數(shù)用于計(jì)算該截面的疲勞強(qiáng)度。重要基本概念1直軸按承受載荷的性質(zhì)分為三類傳動(dòng)軸:在工作中主要承受轉(zhuǎn)矩,不承受彎矩或承受彎矩很小。心軸:在工作中只承受彎矩,不承受轉(zhuǎn)矩。心軸又分為固定心軸和轉(zhuǎn)動(dòng)心軸。轉(zhuǎn)軸:在工作中既承受彎矩,又承受轉(zhuǎn)矩。2軸的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則因軸在彎矩和轉(zhuǎn)矩作用下承受變應(yīng)力,軸肩處有應(yīng)力集中,因此軸的主要失效形式是疲勞斷裂。設(shè)計(jì)準(zhǔn)
3、則:一般進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算。對(duì)瞬時(shí)過載很大的軸,還應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度校核。對(duì)于有剛度要求的軸,要進(jìn)行剛度計(jì)算。對(duì)轉(zhuǎn)速高或載荷周期性變化的軸,要進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算。3軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和軸的設(shè)計(jì)步驟軸的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)主要內(nèi)容:軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軸的強(qiáng)度計(jì)算。軸的設(shè)計(jì)步驟:1)選擇軸的材料;2)估算軸的最小直徑;3)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);4)軸的強(qiáng)度校核;5)必要時(shí)進(jìn)行軸的剛度計(jì)算和振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算。4提高軸的疲勞強(qiáng)度的措施減小應(yīng)力集中;降低表面粗糙度;強(qiáng)化軸的表面,如碾壓、噴丸、表面淬火、滲碳、滲氮、碳氮共滲等。5軸的剛度條件指標(biāo)和提高剛度的措施軸的剛度條件為:撓 度: y y偏轉(zhuǎn)角: 扭轉(zhuǎn)角: 提高軸剛度的措施:增
4、大軸的直徑。注意,用合金鋼代替碳素鋼不能提高軸的剛度。精選例題與解析例9-3 例9-3圖1為軸上零件的兩種布置方案,功率由齒輪A輸入,齒輪1輸出扭矩T1,齒輪2輸出扭矩T2,且T1T2。試比較兩種布置方案各段軸所受的扭矩是否相同?a b例9-3 圖1答:各軸段所受轉(zhuǎn)矩不同,如例9-3圖2所示。方案a:Tmax = T1,方案b:Tmax = T1+ T2 。a b例9-3 圖2自測(cè)題與答案一、選擇題9-1下列各軸中,屬于轉(zhuǎn)軸的是_。A減速器中的齒輪軸 B. 自行車的前、后軸C鐵路機(jī)車的輪軸 D. 滑輪軸9-2對(duì)于既承受轉(zhuǎn)矩又承受彎矩作用的直軸,一般稱為_。A傳動(dòng)軸 B. 固定心軸C. 轉(zhuǎn)動(dòng)心軸
5、 D. 轉(zhuǎn)軸9-3對(duì)于只承受轉(zhuǎn)矩作用的直軸,一般稱為_。A傳動(dòng)軸 B. 固定心軸C. 轉(zhuǎn)動(dòng)心軸 D. 轉(zhuǎn)軸9-4按照軸的分類方法,自行車的中軸屬于_。A傳動(dòng)軸 B固定心軸C轉(zhuǎn)動(dòng)心軸 D轉(zhuǎn)軸9-5一般二級(jí)齒輪減速器的中間軸是_。A傳動(dòng)軸 B固定心軸C轉(zhuǎn)動(dòng)心軸 D轉(zhuǎn)軸9-6減速器中,齒輪軸的承載能力主要受到_的限制。A短期過載下的靜強(qiáng)度 B疲勞強(qiáng)度C脆性破壞 D剛度9-7在下述材料中,不宜用于制造軸的是_。A45鋼 B40CrCQT500 DZcuSn10-19-8軸環(huán)的用途是_。A作為加工時(shí)的軸向定位 B使軸上零件獲得軸向定位C提高軸的強(qiáng)度 D 提高軸的剛度9-9當(dāng)采用軸肩定位軸上零件時(shí),零件軸
6、孔的倒角應(yīng)_軸肩的過渡圓角半徑。A大于 B小于C大于或等于 D小于或等于9-10. 定位滾動(dòng)軸承的軸肩高度應(yīng)_滾動(dòng)軸承內(nèi)圈厚度,以便于拆卸軸承。A大于 B小于C大于或等于 D等于9-11為了保證軸上零件的定位可靠,應(yīng)使其輪轂長(zhǎng)度_安裝輪轂的軸頭長(zhǎng)度。A大于 B小于C等于 D大于或等于9-12軸所受的載荷類型與載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力類型_。A一定相同 B一定不相同C可能相同也可能不同9-13在進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算時(shí),對(duì)單向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸,一般將彎曲應(yīng)力考慮為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力,將扭剪應(yīng)力考慮為_。A靜應(yīng)力 B對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力C. 脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力 D. 非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力9-14用安全系數(shù)法精確校核軸的疲勞強(qiáng)度時(shí),其危
7、險(xiǎn)剖面的位置取決于_。A軸的彎矩圖和扭矩圖 B軸的彎矩圖和軸的結(jié)構(gòu)C. 軸的扭矩圖和軸的結(jié)構(gòu) D. 軸的彎矩圖、扭矩圖和軸的結(jié)構(gòu)9-15為提高軸的疲勞強(qiáng)度,應(yīng)優(yōu)先采用 的方法。A選擇好的材料 B.提高表面質(zhì)量C減小應(yīng)力集中 D增大軸的直徑9-16材料為45鋼調(diào)質(zhì)處理的軸剛度不足,應(yīng)采取的措施是_。A采用合金鋼 B減小應(yīng)力集中C采用等直徑的空心軸 D增大軸的直徑9-17材料為45鋼調(diào)質(zhì)處理的軸強(qiáng)度不足,不應(yīng)采取的措施是_ 。A采用合金鋼 B減小應(yīng)力集中C提高表面硬度 D增大軸的直徑9-18在用當(dāng)量彎矩法計(jì)算轉(zhuǎn)軸時(shí),采用應(yīng)力校正系數(shù)是考慮到_。A. 彎曲應(yīng)力可能不是對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力 B. 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力可
8、能不是對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力C. 軸上有應(yīng)力集中 D. 軸的表面粗糙度不同9-19試比較圖示兩軸的疲勞強(qiáng)度高低:_。Aa 圖的強(qiáng)度低 Bb圖的強(qiáng)度低C二者強(qiáng)度相同 D按b圖中圓角大小而定題9-19 圖題9-20 圖9-20在下圖的齒輪傳動(dòng)中,功率(P = 10 kW)從中間軸軸輸入,從、軸輸出,則軸上的轉(zhuǎn)矩_。A. 為T2,且T2 = 0B. 為T2,且T2 = T1 +T3C. 為T2,但T2T1 +T3,因T3T2D. 為T2 +T3二、填空題9-21根據(jù)軸的承載情況,工作時(shí)既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸稱為_;主要承受轉(zhuǎn)矩的軸稱為_;只承受彎矩的軸稱為_。9-22根據(jù)軸的承載情況,自行車的前后軸屬于_。
9、9-23在進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算時(shí),對(duì)單向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸,一般將彎曲應(yīng)力考慮為_變應(yīng)力,將扭剪應(yīng)力考慮為_變應(yīng)力。9-24如果軸的同一截面有幾個(gè)應(yīng)力集中源,則應(yīng)取其中_應(yīng)力集中系數(shù)來計(jì)算該截面的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。9-25軸在引起共振時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為_。工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速的軸稱為_軸。工作轉(zhuǎn)速高于一階臨界轉(zhuǎn)速的軸稱為_軸。三、簡(jiǎn)答題9-26進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),主要考慮哪些方面的問題?9-27為提高軸的剛度,欲把軸的材料由45鋼改為合金鋼40Cr是否合適?為什么?9-28用合金鋼代替碳素鋼一定能提高軸的疲勞強(qiáng)度嗎?為什么?那么設(shè)計(jì)軸時(shí),若采用合金鋼應(yīng)注意什么問題?9-29影響軸疲勞強(qiáng)度的因素有哪些?在設(shè)計(jì)
10、軸的過程中,如疲勞強(qiáng)度不夠時(shí)應(yīng)采取哪些措施?9-30在多級(jí)齒輪傳動(dòng)中,為什么低速軸的直徑要比高速軸的直徑粗得多。四、分析計(jì)算題9-31分析圖a)所示傳動(dòng)裝置中各軸所受的載荷(軸的自重不計(jì)),并說明各軸的類型。若將卷筒結(jié)構(gòu)改為圖b)、c)所示,分析其卷筒軸的類型。 題9-31圖9-32圖示帶式輸送機(jī)有兩種傳動(dòng)方案,若工作情況相同,傳遞功率一樣,試分析比較:1按方案a)設(shè)計(jì)的單級(jí)齒輪減速器,如果改用方案b),減速器的哪根軸的強(qiáng)度要重新驗(yàn)算?為什么?2若方案a)中的V帶傳動(dòng)和方案b)中的開式齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比相等,兩方案中電動(dòng)機(jī)軸所受的載荷是否相同?為什么。a) b)題9-32圖9-33一單向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)
11、軸,危險(xiǎn)剖面上所受的載荷為水平面彎矩MH = 4×105 Nmm,垂直面彎矩MV = 1×105 Nmm,轉(zhuǎn)矩T = 6×105 Nmm,軸的直徑d =50 mm,試求:1危險(xiǎn)剖面上的的合成彎矩M、計(jì)算彎矩Mca和計(jì)算應(yīng)力。2.危險(xiǎn)剖面上彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力:、。五、結(jié)構(gòu)分析題9-34 指出圖中軸系的結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤,并改正。題9-34 圖1六、參考答案1選擇題9-1 A; 9-2 D; 9-3 A; 9-4 D; 9-5 D;9-6 B; 9-7 D; 9-8 B; 9-9 A; 9-10 B;9-11 A; 9-12 C; 9-13 C; 9-14 D;
12、 9-15 C;9-16 D; 9-17 C; 9-18 B; 9-19 B; 9-20 D;2填空題9-21 轉(zhuǎn)軸 傳動(dòng)軸 心軸9-22 固定心軸9-23 對(duì)稱循環(huán) 脈動(dòng)循環(huán)9-24 一個(gè)最大的9-25 臨界轉(zhuǎn)速 剛性軸 撓性軸3簡(jiǎn)答題 (參考答案從略)4分析計(jì)算題9-31 答題要點(diǎn):軸:只受轉(zhuǎn)矩,為傳動(dòng)軸;軸:除受轉(zhuǎn)矩外,因齒輪上有徑向力、圓周力等,還受彎矩,是轉(zhuǎn)軸;軸:不受轉(zhuǎn)矩,只受彎矩,是轉(zhuǎn)動(dòng)心軸;軸:轉(zhuǎn)矩由卷筒承受,軸不受轉(zhuǎn)矩,只受彎矩,是轉(zhuǎn)動(dòng)心軸;卷筒結(jié)構(gòu)改為圖b,軸仍不受轉(zhuǎn)矩,只受彎矩,軸不轉(zhuǎn)動(dòng),是固定心軸;卷筒結(jié)構(gòu)改為圖c,軸除了受彎矩外,在齒輪和卷筒之間軸受轉(zhuǎn)矩,是轉(zhuǎn)軸;9-32 答題要點(diǎn):1方案b)減速器中大齒輪軸需要重新驗(yàn)算。因?yàn)榕c方案a)相比,雖然減速器布置在高速級(jí),此軸所受的轉(zhuǎn)矩減小了。但軸的外伸端不再是聯(lián)軸器,而是一個(gè)懸臂布置的齒輪,齒輪上一定作用有圓周力和徑向力。因此,此軸所受的彎曲應(yīng)力增大了。2若不計(jì)摩擦,電機(jī)軸所受的扭矩應(yīng)為相同,因?yàn)閭鬟f功率和轉(zhuǎn)速都相同。但是在方案b)中不再受彎矩了,因?yàn)閹鲃?dòng)有壓軸力,而聯(lián)軸器沒有。9-33 解題要點(diǎn): Nmm對(duì)單向工作的轉(zhuǎn)軸,取= 0.6,則 Nmm N/mm2 N/mm2 N/mm2 , N/mm2 N/mm25結(jié)構(gòu)分析題9-34 存在
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