軸的設(shè)計(jì)方案計(jì)算

1、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算水平目標(biāo)1.了解軸的功用、分類、常用材料及熱處理.2,能合理地進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).【二】知識(shí)目標(biāo)1,了解軸的分類,掌握軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).2,掌握軸的強(qiáng)度計(jì)算方法.3,了解軸的疲勞強(qiáng)度計(jì)算和振動(dòng).【三】教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)：彎扭合成法計(jì)算軸的強(qiáng)度【四】教學(xué)方法與手段采用多媒體教學(xué)加動(dòng)畫演示,結(jié)合教具,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.【五】教學(xué)任務(wù)及內(nèi)容任務(wù)知識(shí)點(diǎn)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1 .軸的分類、材料及熱處理2 .軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3 .軸的設(shè)計(jì)計(jì)算-、軸的分類一根據(jù)承受載荷的情況,軸可分為三類1、心軸工作時(shí)只受彎矩的軸,稱為心軸.心軸又分為轉(zhuǎn)動(dòng)心軸a和固定心軸b.2、傳動(dòng)軸工作時(shí)主要承受轉(zhuǎn)矩,不承

2、受或承受很小彎矩的軸,稱為傳動(dòng)軸.3、轉(zhuǎn)軸工作時(shí)既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸,稱為轉(zhuǎn)軸.二按軸線形狀分：1、直軸1光軸作傳動(dòng)軸應(yīng)力集中小2階梯軸優(yōu)點(diǎn)：1便于軸上零件定位；2便于實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)度2、曲軸另外還有空心軸機(jī)床主軸和鋼絲軟軸撓性軸一一它可將運(yùn)動(dòng)靈活地傳到狹窄的空間位置.如牙鋁的傳動(dòng)軸.二、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是確定軸的外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸.但軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原那么上應(yīng)滿足如下要求：1軸上零件有準(zhǔn)確的位置和可靠的相對(duì)固定；2良好的制造和安裝工藝性；3形狀、尺寸應(yīng)有利于減少應(yīng)力集中；4尺寸要求.一軸上零件的定位和固定軸上零件的定位是為了保證傳動(dòng)件在軸上有準(zhǔn)確的安裝位置；固定那么是為了保證軸上零件在運(yùn)

3、轉(zhuǎn)中保持原位不變.作為軸的具體結(jié)構(gòu),既起定位作用又起固定作用.1、軸上零件的軸向定位和固定：軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母和止退墊圈、彈性擋圈、螺釘鎖緊擋圈、軸端擋圈以及圓錐面和軸端擋圈等.2、軸上零件的周向固定：銷、鍵、花鍵、過盈配合和成形聯(lián)接等,其中以鍵和花鍵聯(lián)接應(yīng)用最廣.二軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸應(yīng)盡量滿足加工、裝配和維修的要求.為此,常采用以下舉措：1、當(dāng)某一軸段需車制螺紋或磨削加工時(shí),應(yīng)留有退刀槽或砂輪越程槽.2、軸上所有鍵槽應(yīng)沿軸的同一母線布置.3、為了便于軸上零件的裝配和去除毛刺,軸及軸肩端部一般均應(yīng)制出45o的倒角.過盈配合軸段的裝入端常加工出帶錐角為30o的導(dǎo)向錐面.4、為

4、便于加工,應(yīng)使軸上直徑相近處的圓角、倒角、鍵槽、退刀槽和越程槽等尺寸一致.三提升軸的疲勞強(qiáng)度軸大多在變應(yīng)力下工作,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中,以提升其疲勞強(qiáng)度.1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面軸截面尺寸突變處會(huì)造成應(yīng)力集中,所以對(duì)階梯軸相鄰軸段直徑不宜相差太大,在軸徑變化處的過渡圓角半徑不宜過小.盡量預(yù)防在軸上開橫孔、凹槽和加工螺紋.在重要結(jié)構(gòu)中可采用凹切圓角、過渡肩環(huán),以增加軸肩處過渡圓角半徑和減小應(yīng)力集中.為減小輪轂的軸壓配合引起的應(yīng)力集中,可開減載槽.2、制造工藝方面提升軸的外表質(zhì)量,降低外表粗糙度,對(duì)軸外表采用碾壓、噴丸和外表熱處理等強(qiáng)化方法,均可顯著提升軸的疲勞強(qiáng)度.四各軸段的直徑和長度確實(shí)定1、

5、各軸段直徑確定a按扭矩估算所需的軸段直徑dmin；b按軸上零件安裝、定位要求確定各段軸徑.注意：與標(biāo)準(zhǔn)零件相配合軸徑應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)植；同一軸徑軸段上不能安裝三個(gè)以上零件.2、各軸段長度與各軸段上相配合零件寬度相對(duì)應(yīng)；考慮零件間的適當(dāng)間距一一特另IJ是轉(zhuǎn)動(dòng)零件與靜止零件之間必須有一定的間隙.三、軸的強(qiáng)度計(jì)算一軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件為6PT9.55106Wp0.2d由上式可得軸的直徑計(jì)算公式：d39.55106P:0.2n式中A一計(jì)算常數(shù),與軸的材料和承載情況有關(guān)上式計(jì)算求得的軸頸,對(duì)有一個(gè)鍵槽的軸段應(yīng)增大3%,對(duì)有兩個(gè)鍵槽的軸段應(yīng)增大7%.二按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步完成后,通常

6、要對(duì)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行彎扭合成強(qiáng)度校核.對(duì)于鋼制軸可按第三強(qiáng)度理論計(jì)算,強(qiáng)度條件為：1bMeM2aT2eW0.1d3由上式可推得軸設(shè)計(jì)公式為：Me3,0.11b(mm)e一當(dāng)量應(yīng)力N/mm2；22M當(dāng)量彎矩Nmni,Me%MaT;M為危險(xiǎn)截面上的合成彎矩,22/M,MhMVN?mm,其中m、MV分別為水平面上、垂直面上的彎矩.M軸危險(xiǎn)截面彎曲截面系數(shù),對(duì)圓截面W0.1d3.a3折合系數(shù).對(duì)于不變的扭矩,.0.3;對(duì)于脈動(dòng)循環(huán)扭矩,ibrri70.59二1.假設(shè)扭矩變;對(duì)于頻繁正反轉(zhuǎn)的軸,.可視為對(duì)稱循環(huán)交變應(yīng)力,取化規(guī)律不清,一般也按脈動(dòng)循環(huán)處理;、lb.b、lb分別為對(duì)稱循環(huán)、脈動(dòng)循環(huán)及靜應(yīng)力狀態(tài)下材

7、料的許用彎曲應(yīng)力當(dāng)危險(xiǎn)截面有鍵槽時(shí),應(yīng)將計(jì)算得軸徑增大4%-7%三軸的剛度計(jì)算預(yù)防軸過大的彈性變莆而影響軸上零件的正常工作,要求限制其受載后的變形量不超過最大允許變形量.1、彎曲剛度按材料力學(xué)公式計(jì)算出軸的撓度y和偏轉(zhuǎn)角2dyMXF撓曲線萬程：dxEI撓度：yy積分二次偏轉(zhuǎn)角：積分一次y軸的允許撓度,mm軸的允許偏轉(zhuǎn)角mmrad2-扭轉(zhuǎn)剛度一一每米長的扭轉(zhuǎn)角度TL扭轉(zhuǎn)角0/mGIp一般傳動(dòng)軸,許用扭轉(zhuǎn)角S5T精密傳動(dòng)軸：0250.5/m四軸的振動(dòng)穩(wěn)定性及臨界轉(zhuǎn)速軸由于組織不均勻,加工誤差等原因,質(zhì)心會(huì)偏離軸線產(chǎn)生離心力,隨著軸的旋轉(zhuǎn)離心力方向會(huì)產(chǎn)生周期性變化一周期性的干擾力一彎曲振動(dòng)橫向一當(dāng)振

8、動(dòng)頻率與軸本身的彎曲自振頻一致時(shí)一產(chǎn)生彎曲共振現(xiàn)象.一一較常見另外,當(dāng)軸傳遞的功率有周期性變化時(shí)一扭轉(zhuǎn)振動(dòng)一扭轉(zhuǎn)共振.臨界轉(zhuǎn)速nc軸引起共振時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速,在臨界轉(zhuǎn)速附近,軸將產(chǎn)生顯著變形.同型振動(dòng)有多個(gè)臨界轉(zhuǎn)速,其中最低的叫一階臨界轉(zhuǎn)速,其余的叫二、三階臨界轉(zhuǎn)速.工作轉(zhuǎn)速n低于一介臨界轉(zhuǎn)速nci稱為剛性軸工作轉(zhuǎn)速n高于一介臨界轉(zhuǎn)速nci稱為撓性軸般：剛性軸:n0.85ncici、nc2分別為一階和二階臨界轉(zhuǎn)速撓性軸：乃加n0.85nc2高速軸應(yīng)使其工作轉(zhuǎn)速避開相應(yīng)的高階臨界轉(zhuǎn)速.提升軸的強(qiáng)度、剛度和減輕軸的重量的舉措補(bǔ)充四、軸的材料及選擇軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼.碳素鋼比合金鋼價(jià)廉

9、,對(duì)應(yīng)力集中敏感性較小,應(yīng)用較為廣泛.常用的碳素鋼有30、40、45和50鋼,其中以45鋼應(yīng)用最廣.為改善其機(jī)械性能,可進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理.合金鋼具有較好的機(jī)械性能,但價(jià)格較貴.當(dāng)載荷大,要求尺寸小,重量輕或有其它特殊要求的軸,可采用合金鋼.球墨鑄鐵容易獲得復(fù)雜的形狀,而且吸振性好,對(duì)應(yīng)力集中敏感性低,適用于制造外形復(fù)雜的軸,如曲軸和凸輪軸等.注意：由于碳素鋼與合金鋼的彈性模量根本相同,所以采用合金鋼并不能提升軸的剛度.軸的各種熱處理如高頻淬火、滲碳、氮化、氧化等以及外表強(qiáng)化處理噴丸、滾壓對(duì)提升軸的疲勞強(qiáng)度有顯著效果.軸的常用材料及力學(xué)性能見表13.4五、軸的設(shè)計(jì)1、選擇軸的材料根據(jù)軸的工作要

10、求,并考慮工藝性和經(jīng)濟(jì)性,選擇適宜的材料.2、初步確定軸的直徑可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算軸最細(xì)局部的直徑,也可用類比法確定.3、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)軸上零件的數(shù)量、工作情況及裝配方案,畫出階梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖.由軸最細(xì)局部的直徑遞推各段軸直徑,相鄰兩段軸直徑之差通常可取為510mm.各段軸的長度由軸上各零件的寬度及裝配空間確定.4、軸的強(qiáng)度校核首先對(duì)軸上傳動(dòng)零件進(jìn)行受力分析,畫出軸彎矩圖和扭矩圖,判斷危險(xiǎn)截面,然后對(duì)軸危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核.當(dāng)校核不合格時(shí),還要改變危險(xiǎn)截面尺寸,進(jìn)而修改軸的結(jié)構(gòu),直至校核合格為止.因此,軸的設(shè)計(jì)過程是反復(fù)、交叉進(jìn)行的.小結(jié)：1、軸的分類,軸的常用材料及熱處理.2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

11、3、軸的強(qiáng)度計(jì)算.作業(yè)與思考：1、軸按功用與所受載荷的不同分哪幾種？常見的軸大多屬于哪一種?2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)從哪幾個(gè)方面考慮？3、軸上零件的周向固定有哪些方法？采用鍵固定時(shí)應(yīng)注意什么？2.1.1概述軸是機(jī)械中非常重要的零件,用來支承回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)零件,如帶輪、齒輪、蝸輪等,同時(shí)實(shí)現(xiàn)同一軸上不同零件間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞.1 .軸的分類根據(jù)工作過程中軸的中央線形狀的不同,軸可以分為：直軸和曲軸.根據(jù)工作過程中的承載不同,可以將軸分為：?傳動(dòng)軸：指主要受扭矩作用的軸,如汽車的傳動(dòng)軸.?心軸：指主要受彎矩作用的軸.心軸可以是轉(zhuǎn)動(dòng)的,也可以是不轉(zhuǎn)動(dòng)的.?轉(zhuǎn)軸：指既受扭矩,又受彎矩作用的軸.轉(zhuǎn)軸是機(jī)器中最

12、常見的軸.根據(jù)軸的外形,可以將直軸分為光軸和階梯軸；根據(jù)軸內(nèi)部狀況,又可以將直軸分為實(shí)心軸和空.2 .軸的設(shè)計(jì)軸的工作水平設(shè)計(jì).主要進(jìn)行軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、剛度設(shè)計(jì),對(duì)于轉(zhuǎn)速較高的軸還要進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性的計(jì)算.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).根據(jù)軸的功能,軸必須保證軸上零件的安裝固定和保證軸系在機(jī)器中的支撐要求,同時(shí)應(yīng)具有良好的工藝性.一般的設(shè)計(jì)步驟為：選擇材料,初估軸徑,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),強(qiáng)度校核,必要時(shí)要進(jìn)行剛度校核和穩(wěn)定性計(jì)算.校核結(jié)果如不滿足承載要求時(shí),那么必須修改原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果,再重新校核.3 .軸的材料軸是主要的支承件,常采用機(jī)械性能較好的材料.常用材料包括：?碳素鋼：該類材料對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較小,價(jià)格較低,是軸

13、類零件最常用的材料.常用牌號(hào)有：30、35、40、45、50.采用優(yōu)質(zhì)碳鋼時(shí),一般應(yīng)進(jìn)行熱處理以改善其性能.受力較小或不重要的軸,也可以選用Q235Q25算普通碳鋼?合金鋼：對(duì)于要求重載、高溫、結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕等使用場合的軸,可以選用合金綱.合金鋼具有更好的機(jī)械性能和熱處理性能,但對(duì)應(yīng)力集中較敏感,價(jià)格也較高.設(shè)計(jì)中尤其要注意從結(jié)構(gòu)上減小應(yīng)力集中,并提升其外表質(zhì)量.?鑄鐵：對(duì)于形狀比擬復(fù)雜的軸,可以選用球墨鑄鐵和高強(qiáng)度的鑄鐵.它們具有較好的加工性和吸振性,經(jīng)濟(jì)性好且對(duì)應(yīng)力集中不敏感,但鑄造質(zhì)量不易保證.2.1.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)軸在工作中的作用,軸的結(jié)構(gòu)取決于：軸在機(jī)器中的安裝位置和形式,軸

14、上零件的類型和尺寸,載荷的性質(zhì)、大小、方向和分布狀況,軸的加工工藝等多個(gè)因素.合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：軸上零件布置合理,從而軸受力合理有利于提升強(qiáng)度和剛度；軸和軸上零件必須有準(zhǔn)確的工作位置；軸上零件裝拆調(diào)整方便；軸具有良好的加工工藝性；節(jié)省材料等.1 .軸的組成軸的毛坯一般采用圓鋼、鍛造或焊接獲得,由于鑄造品質(zhì)不易保證,較少選用鑄造毛坯.軸主要由三局部組成.軸上被支承,安裝軸承的局部稱為軸頸；支承軸上零件,安裝輪轂的局部稱為軸頭；聯(lián)結(jié)軸頭和軸頸的局部稱為軸身.軸頸上安裝滾動(dòng)軸承時(shí),直徑尺寸必須按滾動(dòng)軸承的國標(biāo)尺寸選擇,尺寸公差和外表粗糙度須按規(guī)定選擇；軸頭的尺寸要參考輪轂的尺寸進(jìn)行選擇,軸身尺寸

15、確定時(shí)應(yīng)盡量使軸頸與軸頭的過渡合理,避免截面尺寸變化過大,同時(shí)具有較好的工藝性.2 .結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)中常采用以下的設(shè)計(jì)步驟：分析所設(shè)計(jì)軸的工作狀況,擬定軸上零件的裝配方案和軸在機(jī)器中的安裝情況.根據(jù)的軸上近似載荷,初估軸的直徑或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定軸的某徑向尺寸.根據(jù)軸上零件受力情況、安裝、固定及裝配時(shí)對(duì)軸的外表要求等確定軸的徑向直徑尺寸.根據(jù)軸上零件的位置、配合長度、支承結(jié)構(gòu)和形式確定軸的軸向尺寸.考慮加工和裝配的工藝性,使軸的結(jié)構(gòu)更合理.3 .零件在軸上的安裝保證軸上零件可靠工作,需要零件在工作過程中有準(zhǔn)確的位置,即零件在軸上必須有準(zhǔn)確的定位和固定.零件在軸上的準(zhǔn)確位置包括軸向和周向兩個(gè)方面.零

16、件在軸上的軸向定位和固定常見的軸向定位和固定的方法采用軸肩、各種擋圈、套筒、圓螺母、錐端軸頭等的多種組合結(jié)構(gòu).?軸肩分為定位軸肩和非定位軸肩兩種.利用軸肩定位結(jié)構(gòu)簡單、可靠,但軸的直徑加大,軸肩處出現(xiàn)應(yīng)力集中；軸肩過多也不利于加工.因此,定位軸肩多在不致過多地增加軸的階梯數(shù)和軸向力較大的情況下使用,定位軸肩的高度一般取36mm滾動(dòng)軸承定位軸肩的高度需根據(jù)滾動(dòng)軸承的安裝尺寸確定.非定位軸肩多是為了裝配合理方便和徑向尺寸過度時(shí)采用,軸肩高度無嚴(yán)格限制,一般取為12mm?套筒定位可以預(yù)防軸肩定位引起的軸徑增大和應(yīng)力集中,但受到套筒長度和與軸的配合因素的影響,不宜用在使套筒過長和高速旋轉(zhuǎn)的場合.?擋圈

17、的種類較多,且多為標(biāo)準(zhǔn)件,設(shè)計(jì)中需根據(jù)各種擋圈的用途和國標(biāo)來選用.零件在軸上的周向定位和固定常見的周向定位和固定的方法采用鍵、花鍵、過盈配合、成形聯(lián)結(jié)、銷等多種結(jié)構(gòu).鍵是采用最多的方法.同一軸上的鍵梢設(shè)計(jì)中應(yīng)布置在一條直線上,如軸徑尺寸相差不過大時(shí),同一軸上的鍵最好選用相同的鍵寬.4 .軸的結(jié)構(gòu)工藝性從裝配來考慮：應(yīng)合理的設(shè)計(jì)非定位軸肩,使軸上不同零件在安裝過程中盡量減少不必要的配合面；為了裝配方便,軸端應(yīng)設(shè)計(jì)45°的倒角；在裝鍵的軸段,應(yīng)使鍵梢靠近軸與輪轂先接觸的直徑變化處,便于在安裝時(shí)零件上的鍵梢與軸上的鍵容易對(duì)準(zhǔn)；采用過盈配合時(shí),為了便于裝配,直徑變化可用錐面過渡等.從加工來考

18、慮：當(dāng)軸的某段須磨削加工或有螺紋時(shí),須設(shè)計(jì)砂輪越程梢或退刀梢；根據(jù)外表安裝零件的配合需要,合理確定外表粗糙度和加工方法；為改善軸的抗疲勞強(qiáng)度,減小軸徑變化處的應(yīng)力集中,應(yīng)適當(dāng)增大其過渡圓角半徑,但同時(shí)要保證零件的可靠定位,過渡圓角半徑又必須小于與之相配的零件的圓角半徑或倒角尺寸.2.1.3軸的強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí),應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況,采取相應(yīng)的計(jì)算方法.?對(duì)于只傳遞扭矩的軸傳動(dòng)軸,按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算；?對(duì)于只承受轉(zhuǎn)矩的軸心軸,按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì)于既受到轉(zhuǎn)矩的作用,又受到彎矩作用的軸轉(zhuǎn)軸,應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算；?重要的軸還需按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核.對(duì)于瞬時(shí)過載很大

19、或應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性較為嚴(yán)重的軸,還應(yīng)校核靜強(qiáng)度.1 .扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)軸的轉(zhuǎn)矩的大小,通過計(jì)算切應(yīng)力來建立軸的強(qiáng)度條件.這種方法計(jì)算簡便,但計(jì)算精度較低,主要用于初步估算軸徑以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和以傳遞轉(zhuǎn)矩為主的傳動(dòng)軸.強(qiáng)度條件為：?T軸所傳遞的扭矩,?Wr軸抗扭截面模量,對(duì)實(shí)心軸mm?P軸所傳遞的功率kw?n軸的轉(zhuǎn)速r/min;C值宜取較大3%雙鍵軸?t許用扭車切應(yīng)力Mp3.?C與材料有關(guān)的系數(shù).當(dāng)軸所受彎矩較大時(shí),值,反之相反.最小直徑處有鍵梢時(shí),單鍵軸徑需增加徑需增加7%2 .彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)軸在工作中的受力狀況,常見的軸既要受到扭矩的作用又要受到彎矩的作用.根據(jù)強(qiáng)度理論,對(duì)軸所受到的彎

20、矩和扭矩進(jìn)行合成,用合成后的當(dāng)量彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力作為軸所受到的應(yīng)力,對(duì)影響軸疲勞強(qiáng)度的其它因素,采用降低需用應(yīng)力的方法來考慮,建立軸的強(qiáng)度分析條件,即為按彎扭合成計(jì)算軸的強(qiáng)度.具體計(jì)算步驟為：根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果,確定外載荷作用點(diǎn)、大小、方向和支點(diǎn)位置,繪制軸的受力計(jì)算簡圖；確定坐標(biāo)系,將外載荷分解為水平面和垂直面內(nèi)分力,求出水平、垂直兩平面支反力；繪制水平面、垂直平面的彎矩MXMY®計(jì)算合成彎矩,繪制合成彎矩圖繪制轉(zhuǎn)矩圖;根據(jù)強(qiáng)度理論求出當(dāng)量彎矩M0繪制當(dāng)量彎矩圖；式中0c是根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù).對(duì)于不變的轉(zhuǎn)矩,取于脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩,??；對(duì)于對(duì)稱循環(huán)的轉(zhuǎn)矩,取x=1.(T+1b、(T

21、0b、(r-1b分別為材料在靜應(yīng)力、脈動(dòng)應(yīng)力和對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力.實(shí)際設(shè)計(jì)中,常按脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算.確定危險(xiǎn)截面,校核危險(xiǎn)截面軸徑.?W軸的抗彎截面模量；?T-1b許用彎曲應(yīng)力3 .疲勞強(qiáng)度精確平安系數(shù)強(qiáng)度校核計(jì)算對(duì)于使用場合重要,要求計(jì)算精度較高的重要軸,按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算時(shí),未考慮軸的細(xì)部結(jié)構(gòu),需進(jìn)行更準(zhǔn)確的計(jì)算,通常采用平安系數(shù)法.具體計(jì)算步驟為：同彎扭合成步驟1;繪制彎矩圖和扭矩圖；確定危險(xiǎn)截面,求出截面上的彎曲應(yīng)力T和切應(yīng)力T及應(yīng)力變化情況；計(jì)算疲勞強(qiáng)度的平安系數(shù)S彎矩作用下的平安系數(shù)為S(T:轉(zhuǎn)矩作用下的平安系數(shù)為S?kN壽命系數(shù);?(T-1>T-1對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力時(shí)材

22、料的彎曲疲勞限和扭轉(zhuǎn)疲勞限；?k(T、k彎曲和扭轉(zhuǎn)式的應(yīng)力集中系數(shù)；?為外表質(zhì)量系數(shù)；?&G、8T尺寸系數(shù)；?.m.m平均應(yīng)力；乎0、.一一平均應(yīng)力折合為應(yīng)力幅的等效系數(shù)?(T0>T0脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力時(shí)材料的彎曲疲勞極限和扭轉(zhuǎn)疲勞極限.5,校核疲勞強(qiáng)度：SAS,S許用平安系數(shù).4 .靜強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于工作過程中瞬時(shí)過載很大或應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性較為嚴(yán)重的軸,軸上的尖峰載荷及時(shí)作用實(shí)踐很短和出現(xiàn)次數(shù)很少,缺乏以引起疲勞破壞,但卻能使軸產(chǎn)生塑性變形.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)校核靜強(qiáng)度.(1)按彎扭合成校核：強(qiáng)度條件為：式中：(T0=M/WK0=T/Wt;對(duì)于實(shí)心圓軸,(T0=10M/d3,p0=5T/d3,代入

23、上式可得式中：Me0-一靜強(qiáng)度當(dāng)量彎矩；(T0靜強(qiáng)度許用應(yīng)力計(jì)算時(shí)M和T應(yīng)取最大載荷的數(shù)值.許用應(yīng)力取°=(ts/Sogs為材料的屈服極限,S為平安系數(shù),其值根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定.當(dāng)載荷或應(yīng)力不能精確計(jì)算,材料性能無把握時(shí),上述S值應(yīng)增大20%50%2.1.4軸的剛度計(jì)算軸屬于細(xì)長桿件類零件,對(duì)于重要的或有剛度要求的軸,要進(jìn)行剛度計(jì)算.軸的剛度有彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度兩種.彎曲剛度用軸的撓度y或偏轉(zhuǎn)角0來表征,扭轉(zhuǎn)剛度用軸的扭轉(zhuǎn)角小來表征.軸的剛度計(jì)算,就是計(jì)算軸在工作載荷下的變形量,并要求其在允許的范圍內(nèi),即：y<y,0<0;d<小.1 .彎曲剛度計(jì)算進(jìn)行軸的彎曲剛度計(jì)算

24、時(shí),通常按材料力學(xué)的方法計(jì)算撓度和偏轉(zhuǎn)角,常用的有當(dāng)量軸徑法和能量法.(1)當(dāng)量軸徑法適用于軸的各段直徑相差較小且只需作近似計(jì)算的場合.它是通過將階梯軸轉(zhuǎn)化為等效光軸后求等效軸的彎曲變形.等效光軸的直徑為：式中：di階梯軸的第i段直徑(i=1n,n為段數(shù))；li為階梯軸的第I段長度.假設(shè)作用于光軸的載荷F位于支承跨矩L的中間位置時(shí),那么軸在該處的撓度y和支承處的偏轉(zhuǎn)角0分別為:式中：E材料的彈性模量(N/mm2);I光軸剖面的慣性矩,(mm4)(2)能量法適用于階梯軸的彎曲剛度的較精確計(jì)算.它是通過對(duì)軸受外力作用后所引起的變形能的分析,應(yīng)用材料力學(xué)的方法分析軸的變形.2 .扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算軸受轉(zhuǎn)矩

25、作用時(shí),對(duì)于鋼制實(shí)心階梯軸,其扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算式為：(rad)式中：G材料的剪切彈性模量,鋼的G=81000N/mmTi、li、di分別為第i段軸所受的轉(zhuǎn)矩(N.mm、長度(mm那直徑(mm).3,提升軸的疲勞強(qiáng)度和剛度的舉措設(shè)計(jì)過程中,除合理選材外還可從結(jié)構(gòu)安排和工藝等方面采取舉措來提升軸的承載水平.(1)分析軸上零件特點(diǎn),減小軸受載荷根據(jù)軸上安裝的傳動(dòng)零件的狀況,合理布置和合理設(shè)計(jì)可以減小軸的受載.對(duì)于受彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用的轉(zhuǎn)軸,可以改良軸和軸上零件結(jié)構(gòu),使軸的承載減少.(2)改良軸的結(jié)構(gòu),減少應(yīng)力集中預(yù)防軸的剖面尺寸發(fā)生較大的變化,采用較大的過渡圓角半徑,當(dāng)裝配零件的倒角很小時(shí),可以采用內(nèi)凹

26、圓角或加裝隔離環(huán)；盡可能不在軸的受載區(qū)段切制螺紋；可能時(shí)適當(dāng)放松零件與軸的配合,在輪轂上或與輪轂配合區(qū)段兩端的軸上加開卸載梢,以降低過盈配合處的應(yīng)力集中等.改良軸的外表質(zhì)量,提升軸的疲勞強(qiáng)度減小外表及圓角處的外表粗糙度；對(duì)零件進(jìn)行外表淬火、滲氮、滲碳、碳氮共滲等處理；對(duì)零件外表進(jìn)行碾壓加工或噴丸硬化處理等可以顯著提升軸的承載水平.(4)采用空心軸,減輕質(zhì)量,提升強(qiáng)度和剛度(內(nèi)徑d0/外徑d)為0.6的空心軸與直徑為d的實(shí)心軸相比,空心軸的剖面模量減少13%質(zhì)量減少36%d0/d仍為0.6的空心軸與同質(zhì)量的實(shí)心軸相比,剖面模量可增加1.7倍.2.1.5軸的振動(dòng)計(jì)算受變載荷作用的軸,如果載荷的變化頻率與軸的自振頻率相同或接近時(shí),軸會(huì)發(fā)生共振.共振使軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生很大變化,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使軸或軸上零件甚至整個(gè)機(jī)器遭受破壞,發(fā)生共振現(xiàn)象時(shí)的轉(zhuǎn)速,稱為軸的臨界轉(zhuǎn)速.軸的回轉(zhuǎn)頻率與軸的自振頻率相同或接近時(shí),軸也會(huì)發(fā)生共振.對(duì)于高轉(zhuǎn)速的軸和受周期性外載荷的軸,必須進(jìn)行振動(dòng)計(jì)算.軸的振動(dòng)計(jì)算,主要是計(jì)算其臨界轉(zhuǎn)速