機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第14章-軸課件

1、第14章 軸14-1 軸的功用和類(lèi)型14-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14-4 軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)14-5 軸的剛度設(shè)計(jì)14-1 軸的材料14-1 概述 功用：用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。類(lèi)型轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有： 分類(lèi)：按軸的形狀分有：帶式運(yùn)輸機(jī)減速器電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸功用：用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。類(lèi)型轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有： 分類(lèi)：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩發(fā)動(dòng)機(jī)后橋傳動(dòng)軸功用：用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。類(lèi)型轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有： 分類(lèi)：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸-只傳遞

2、扭矩心軸-只承受彎矩前輪輪轂固定心軸火車(chē)輪軸車(chē)廂重力 前叉自行車(chē)前輪軸支撐反力轉(zhuǎn)動(dòng)心軸類(lèi)型轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有： 分類(lèi)：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩心軸-只承受彎矩直軸類(lèi)型轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有： 分類(lèi)：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩心軸-只承受彎矩直軸曲軸類(lèi)型轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有： 分類(lèi)：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩心軸-只承受彎矩直軸曲軸撓性鋼絲軸設(shè)計(jì)任務(wù)：選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)、確 定尺寸等種類(lèi)碳素鋼：35、45、50、Q235軸的毛坯:圓鋼或鍛件，有時(shí)也用鑄鋼或球墨鑄鐵。14-2 軸的材料 合金鋼: 20

3、Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等用途：碳素結(jié)構(gòu)鋼因具有較好的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用較多，尤其是45鋼應(yīng)用最廣。合金鋼具有較高的力學(xué)性能，但價(jià)格較貴，多用于有特殊要求的軸。正火或調(diào)質(zhì)處理。表14-1 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能材料及熱處理毛坯直徑mm硬度HBS強(qiáng)度極限b 屈服極限s MPa彎曲疲勞極限-1應(yīng)用說(shuō)明Q235440240200用于不重要或載荷不大的軸35 正火520270250有較好的塑性和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，可用于一般曲軸、轉(zhuǎn)軸。100149187設(shè)計(jì)任務(wù)：使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸。14-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：1.軸應(yīng)便于制造，軸上零件要易于裝拆；2.軸

4、和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置；3.各零件要牢固而可靠地相對(duì)固定；4.改善應(yīng)力狀況，減小應(yīng)力集中。軸端擋圈帶輪軸承蓋套筒齒輪滾動(dòng)軸承典型軸系結(jié)構(gòu)裝零件的軸端應(yīng)有倒角，需要磨削的軸端有砂輪越程槽，車(chē)螺紋的軸端應(yīng)有退刀槽。為便于軸上零件的裝拆，一般軸都做成從軸端逐漸向中間增大的階梯狀。一、制造安裝要求倒角零件的軸向定位由軸肩或套筒來(lái)實(shí)現(xiàn)。二、軸上零件的定位 4、5間的軸肩使齒輪在軸上定位，1、2間的軸肩使帶輪定位，6、7間的軸肩使右端滾動(dòng)軸承定位。軸肩-階梯軸上截面變化之處。軸肩套筒軸向固定由軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。三、軸上零件的固定雙向固定無(wú)法采用套筒或套筒太長(zhǎng)時(shí)，可采用雙圓螺母加以固定

5、。軸肩的尺寸要求:r C1 或 r Rb1.4h(與滾動(dòng)軸承相配合處的h和b值,見(jiàn)軸承標(biāo)準(zhǔn))DdrR軸端擋圈雙圓螺母DdC1h(0.07d+3)(0.1d+5)mm裝在軸端上的零件往往采用軸端擋圈固定。hhC1DdrDdRb軸向力較小時(shí)，可采彈性擋圈或緊定螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn)。周向固定大多采用鍵、花鍵、或過(guò)盈配合等聯(lián)接形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。鍵槽應(yīng)設(shè)計(jì)成同一加工直線四、軸的各段直徑和長(zhǎng)度的確定凡有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑 安裝滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器、密封圈等標(biāo)準(zhǔn)件的軸徑就符合各標(biāo)準(zhǔn)件內(nèi)徑系列的規(guī)定。 套筒的內(nèi)徑應(yīng)與相配的軸徑相同并采用過(guò)渡配合。采用套筒、螺母、軸端擋圈作軸向固定時(shí)，應(yīng)把裝零件的軸段長(zhǎng)度做得比零件

6、輪轂短23mm.五、改善軸的受力狀況，減小應(yīng)力集中 Q方案 aQ方案b 輸出輸出輸入輸出輸出輸入Tmax= T1+T2Tmax = T11.改善受力狀況T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理 TRdd/430 2.減小應(yīng)力集中合金鋼對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，應(yīng)加以注意。應(yīng)力集中出現(xiàn)在截面突然發(fā)生變化的。措施：1. 用圓角過(guò)渡；2. 盡量避免在軸上開(kāi)橫孔、切口或凹槽;3. 重要結(jié)構(gòu)可增加卸載槽B、過(guò)渡肩環(huán)、凹切圓角、 增大圓角半徑。也可以減小過(guò)盈配合處的局部應(yīng)力。過(guò)渡肩環(huán)r凹切圓角B卸載槽 也可以在輪轂上增加卸載槽B位置d/416-4 軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì) 一、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)于只傳遞扭轉(zhuǎn)的圓截面軸

7、，強(qiáng)度條件為：設(shè)計(jì)公式為：對(duì)于既傳遞扭轉(zhuǎn)又傳遞彎矩的軸，可按上式初步估算軸的直徑。計(jì)算結(jié)果為：最小直徑！軸的材料 A3,20 35 45 40Cr, 35SiMn(N/mm ) 1220 2030 3040 4052C 160135 135118 118107 10792表14-2 常用材料的值和C值注: 當(dāng)作用在軸上的彎矩比傳遞的轉(zhuǎn)矩小或只傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí),C取較小值; 否則取較大值因b和的循環(huán)特性不同，折合后得：二、按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度條件為：l1l彎曲應(yīng)力：扭切應(yīng)力：代入得：W-抗彎截面系數(shù)；WT -抗扭截面系數(shù)；-折合系數(shù)Me-當(dāng)量彎矩材 料 b +1b 0b -1b 400 130 70

8、 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75 900 300 140 80 1000 330 150 90 500 120 70 40 400 100 5 0 30表16-3 軸的許用彎曲應(yīng)力 碳素鋼合金鋼鑄鋼折合系數(shù)取值：= 0.3 -轉(zhuǎn)矩不變； 0.6 -脈動(dòng)變化；1 -頻繁正反轉(zhuǎn)。靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力設(shè)計(jì)公式：折合系數(shù)取值：= 0.3 -轉(zhuǎn)矩不變； 0.6 -脈動(dòng)變化；1 -頻繁正反轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)公式：材 料 b +1b 0b -1b 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95

9、 55 700 230 110 65 800 270 130 75 900 300 140 80 1000 330 150 90 500 120 70 40 400 100 5 0 30表16-3 軸的許用彎曲應(yīng)力 碳素鋼合金鋼鑄鋼脈動(dòng)循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力折合系數(shù)取值：= 0.3 -轉(zhuǎn)矩不變； 0.6 -脈動(dòng)變化；1 -頻繁正反轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)公式：材 料 b +1b 0b -1b 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75 900 300 140 80 1000 330 150 90 500 12

10、0 70 40 400 100 5 0 30表16-3 軸的許用彎曲應(yīng)力 碳素鋼合金鋼鑄鋼對(duì)稱(chēng)循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力對(duì)2點(diǎn)取矩例：計(jì)算某減速器輸出軸危險(xiǎn)截面的直徑。已知作用在齒輪上的圓周力Ft=17400N, 徑向力， Fr=6140N, 軸向力Fa=2860N,齒輪分度圓直徑d2=146 mm,作用在軸右端帶輪上外力F=4500N（方向未定）, L=193 mm, K=206 mmL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12解：1) 求垂直面的支反力和軸向力=Fad2aadP2472) 求水平面的支反力3) 求F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力4) 繪制垂直面的彎矩圖5) 繪制水平面的彎矩圖Ma

11、vMavFtF1HF2HMaHF1FF2FL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP247F6) 求F力產(chǎn)生的彎矩圖7) 繪制合成彎矩圖a-a 截面F力產(chǎn)生的彎矩為：MaMavMavFtF1HF2HMaHF1FF2FM2FL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP247FMaFM2MaMaMavMavFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F8) 求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP247F9)求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩MaFM2MaT扭切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取折合系數(shù): =0.6 求考慮到鍵槽對(duì)

12、軸的削弱，將d值增大5%，故得：10)計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑 選45鋼，調(diào)質(zhì)，b =650 MPa, -1b =60 MPa 符合直徑系列。按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算軸徑的一般步驟：1. 將外載荷分解到水平面和垂直面。求垂直面支撐反力FV和水平面支撐反力FH ;2. 作垂直彎矩MV圖和彎矩MH圖 ;3. 作合成彎矩M圖；4. 作轉(zhuǎn)矩T圖；5. 彎扭合成，作當(dāng)量彎矩Me圖；6. 計(jì)算危險(xiǎn)截面軸徑:1. 若危險(xiǎn)截面上有鍵槽，則應(yīng)加大5%2. 若計(jì)算結(jié)果大于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步估計(jì)的軸徑，則強(qiáng)度不夠，應(yīng)修改設(shè)計(jì)；3. 若計(jì)算結(jié)果小于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步估計(jì)的軸徑，且相 不大，一般以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軸徑為準(zhǔn)。說(shuō)明：lFFF”1214-5 軸的剛度設(shè)計(jì)彎矩 彎曲變形扭矩 扭轉(zhuǎn)變形變形量的描述：撓度 y、轉(zhuǎn)角 、扭角 設(shè)計(jì)要求： y y 一、彎曲變形計(jì)算方法有：1.按微分方程求解2.變形能法適用于等直徑軸。適用于階梯軸。yTTl表14-4 軸的許用變形量變形種類(lèi)許用值適用場(chǎng)合變形種類(lèi)許用值適用場(chǎng)合(0.00030.0005)l一般用途的軸0.0002l剛度要求較高感應(yīng)電機(jī)軸(0.010.05)mn安裝齒輪的軸0.01 (0.020.05) m安裝蝸輪的軸滾動(dòng)軸承0.05向心球軸承調(diào)心球軸承圓柱滾子軸承圓錐滾子