2015設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程14軸

第十四章軸

p.225§14-1軸的功用和類(lèi)型§14-2軸的材料§14-3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)§14-4軸的強(qiáng)度計(jì)算§14-1軸的功用和類(lèi)型一.軸的功用:┌支承旋轉(zhuǎn)零件└使所有零件有固定的工作位置(軸向、周向)二.軸的分類(lèi):2.按載荷性質(zhì)分類(lèi)三.軸的設(shè)計(jì)過(guò)程:1.按形狀分類(lèi)直軸(光軸,階梯軸)曲軸圖(14-5)

撓性軸圖(14-6)－只承受彎矩不傳遞受轉(zhuǎn)矩(固定、轉(zhuǎn)動(dòng))－只傳遞轉(zhuǎn)矩不承受彎矩(或彎矩很小)－既承受彎矩又傳遞轉(zhuǎn)矩2.按載荷性質(zhì)分類(lèi)固定心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸三.軸的設(shè)計(jì)過(guò)程:軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→軸的強(qiáng)度計(jì)算→其它計(jì)算(剛度計(jì)算;振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算(臨界轉(zhuǎn)速))心軸傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)軸§14-2軸的材料

p.226表14-11.鋼┌碳素鋼┌優(yōu)質(zhì)碳素鋼:35、45、50│└普通碳素鋼Q235、Q255、Q275└合金鋼20Cr、20CrMnTi、40Cr、40CrNi、35SiMn、35CrMo2.球墨鑄鐵:QT500-5、QT600-2→曲軸、凸輪軸※§14-3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(非標(biāo)準(zhǔn)件)p.227(一)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容：┌外型│各段直徑和長(zhǎng)度└結(jié)構(gòu)要素2.軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容軸頸軸頭軸身軸頭軸環(huán)軸頸1.軸的組成(二)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求(三)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟一.軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置軸向定位固定→不能有周向擺動(dòng)→不能有軸向竄動(dòng)軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置零件在軸上的位置牢固可靠周向定位固定一.軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置(定位、固定)二.軸上零件要易于裝拆、調(diào)整三.軸應(yīng)有良好的制造工藝四.盡量減少應(yīng)力集中,改善軸的受力狀態(tài)→定位＋固定定位－固定－※(二)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求:P.227第2（變動(dòng)）①零件在軸上的軸向定位及固定軸肩套筒圓錐形軸頭套筒圓螺母＋止退墊圈雙圓螺母壓板＋螺釘緊定螺釘彈性擋圈定位固定被固定的零件②零件在軸上的周向定位及固定:鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、過(guò)盈配合、銷(xiāo)聯(lián)接、成形聯(lián)接※二.軸上零件要便于裝拆、調(diào)整①實(shí)例分析：620962096209?43H7/k6?85H7/k6?85H7?45k6?43H7/k6?85H7/k6軸┌肩└2)設(shè)計(jì)軸肩時(shí)應(yīng)注意:定位軸肩→零件定位→h＝(0.07~0.1)d=(3～5)mm非定位軸肩→緊配合軸段不宜過(guò)長(zhǎng)→h=(0.5～1)mm

(1)軸承定位軸肩(套筒)(2)軸長(zhǎng)輪轂寬度(3)安裝標(biāo)準(zhǔn)件軸段直徑，(a)滾動(dòng)軸承(b)聯(lián)軸器(c)密封件(4)軸肩圓角ｒ

輪轂孔圓角Ｒ(倒角Ｃ)不能過(guò)高(以便拆卸)

應(yīng)略短于(保證零件固定)＜(為保證軸上零件與軸肩貼合)(1)減少加工面(2)軸承間隙調(diào)整(3)潤(rùn)滑與密封3)周向定位及固定:4)其它:1)為便于裝拆→階梯軸→軸肩→h/dmin在最外端\必有初定位軸環(huán)應(yīng)符合其內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)

※②軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：rRrR(1)有無(wú)?(2)可靠否？(3)能否裝拆？三.軸應(yīng)有良好的制造工藝→軸的設(shè)計(jì)要便于加工及熱處理,因而要注意:1.軸肩處要有過(guò)渡圓角2.鍵槽應(yīng)位于同一母線上3.螺紋退刀槽4.砂輪越程槽1)盡量減少應(yīng)力集中2)改善零件位置及結(jié)構(gòu),以改善軸的受力狀態(tài)改善結(jié)構(gòu)→改善軸的受力狀態(tài)心軸轉(zhuǎn)軸軸肩,鍵槽、緊配合兩端…四.盡量減少應(yīng)力集中,改善軸的受力狀態(tài)改善零件結(jié)構(gòu)→改善軸的受力狀態(tài)改變零件位置→以改善軸的受力狀態(tài)堂上練習(xí):T4T3T2T1Tmax=T2+T3+T41234輸入輪T4T3T2T1Tmax=T2+T3輸入輪3412LMmax=1/2·F·LlMmax=1/2·F·l作業(yè)：補(bǔ)充題（結(jié)構(gòu)改錯(cuò)）(三)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟：2.估算軸的最小直徑3.確定軸的各段直徑及長(zhǎng)度4.確定軸上零件周向固定及結(jié)構(gòu)要素1.擬定軸上零件裝配方案（按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求）說(shuō)明:①軸上有單鍵,直徑增大4%;有雙鍵,直徑增大7%②P－傳遞的功率(kw);n－軸的轉(zhuǎn)速(r/min);d－軸的直徑(mm)；C－系數(shù)→表(14-2)P.230[τ]－材料的許用扭剪應(yīng)力(Mpa)

(1)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度→（假設(shè)其只受轉(zhuǎn)矩不受彎矩)(14-1)(14-2)(2)經(jīng)驗(yàn)公式高速軸:按電機(jī)軸徑D估算:d=(0.8～1.2)D低速軸:按同級(jí)齒輪中心距a估算:d=(0.3～0.4)a2.估算軸的最小直徑3.確定軸的各段直徑及長(zhǎng)度①由外向內(nèi)確定各段直徑

②由內(nèi)向外確定各段長(zhǎng)度4.確定軸上零件周向固定及結(jié)構(gòu)要素定定定dmin=60mm?60?68?70?72?70?80?82?70k6?72H7/r6?60H7/k6選軸承30214,寛B=26mm21齒寛B=125mm12296.520696.5鍵20×110鍵18×100例14－1p.2311.擬定軸上零件裝配方案

圖14-18p.232(有錯(cuò))L=193mm,k=206mm2.估算dmin:考慮鍵dmin=56.6×1.04=58.9mmT=Ft·d2/2=17400×146/2=1.27×106Nmm

取45鋼,調(diào)質(zhì)表14-2

→[τ]=30～40Mpa取[τ]=35Mpa1)圓錐滾子軸承應(yīng)正裝2)軸承組合應(yīng)采用兩端固定LL/2k3.取d1=60mm→帶輪定位d2=68mm→裝軸承d3=70mm→裝齒輪d4=72mm→齒輪定位d5=82mm初選一對(duì)30214圓錐滾子軸承(正裝)。長(zhǎng)度占不定d2d3d4d1d5作業(yè)14-9:設(shè)計(jì)第Ⅱ軸→設(shè)計(jì)第Ⅰ軸(按T估算dmin)(二)軸的強(qiáng)度計(jì)算步驟:(三)軸的設(shè)計(jì)步驟:§14-4軸的強(qiáng)度計(jì)算

p.229－只受彎矩→按彎曲強(qiáng)度計(jì)算1.受力分析：由Ｍ→σb設(shè):Ｍ不變→∴σb不變→靜應(yīng)力ｒ＝＋1①固定心軸－軸不轉(zhuǎn)動(dòng)但常開(kāi)?！}動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力ｒ=0②轉(zhuǎn)動(dòng)心軸－軸轉(zhuǎn)動(dòng)雖然Ｍ不變→但σb變→對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力ｒ=－12.強(qiáng)度計(jì)算:按彎曲強(qiáng)度計(jì)算→正確選擇［σb］→表(14-3)P.231(一)軸的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算拉壓一.心軸:二.傳動(dòng)軸三.轉(zhuǎn)軸二.傳動(dòng)軸1.受力分析：①軸單向傳動(dòng)：②軸雙向傳動(dòng)：→按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算(估算軸的最小直徑)Ｔ→τＴ→ｒ＝０（開(kāi)停）Ｔ→τＴ→ｒ＝－１由Ｔ→τＴ2.強(qiáng)度計(jì)算說(shuō)明：P－傳遞的功率(kw);n－軸的轉(zhuǎn)速(r/min);d－軸的直徑(mm);[τ]－材料的許用扭剪應(yīng)力(Mpa)Mpa(14-1)N·mm－只受轉(zhuǎn)矩→按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算P.229三.轉(zhuǎn)軸由┌Ｍ→└Ｔ→2.當(dāng)量彎矩Ｍe：τ→┌單向→└雙向→σb→r=－1／彎矩Ｍe＼→求當(dāng)量r=0r=－1第三強(qiáng)度理論：當(dāng)σb(r=－1),τ(r=－1)時(shí)→彎＋轉(zhuǎn)→按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算1.受力分析：M+T(14-3)α－根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)→將扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力轉(zhuǎn)換成與彎曲應(yīng)力變化特性相同的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。當(dāng)σb(r=－1),τ(r≠－1)時(shí)當(dāng)τ=r=－1α=[σ-1]/[σ-1]=1P.231第3r=0α=[σ-1]/[σ0]≈0.6r=+1α=[σ-1]/[σ+1]≈0.3當(dāng)σb(r=－1),τ(r=－1)時(shí)3.轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度計(jì)算：－彎扭合成強(qiáng)度mm(14-6)－許用彎曲應(yīng)力，Mpa，按材料σB及應(yīng)力性質(zhì)查表(14-3)P.231σB

－查表(14-1)P·226Mpa(14-5)1.作軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖1)把階梯軸看成餃鏈支承的梁→求支反力2)假設(shè)軸上載荷為集中載荷,作用在輪緣中點(diǎn)處2.求作支反力及彎矩圖3.求作扭矩及扭矩圖4.求作當(dāng)量彎矩及當(dāng)量彎矩圖5.強(qiáng)度計(jì)算(轉(zhuǎn)軸)┌彎扭合成強(qiáng)度校核(一般軸)└疲勞強(qiáng)度(安全系數(shù))校核(重要軸)(二)軸的強(qiáng)度計(jì)算步驟(結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后)例題14-1(P.231)1.作計(jì)算簡(jiǎn)圖2.求作支反力及彎矩圖

FR1H=FR2H=Ft/2=17400/2=8700N∵FR1V×L－Fr×L/2＋Fa·d2/2=0∴FR1V=(Fr·L/2－Fa×d2/2)/L=2123NFR2V=Fr－FR1V=6410－2123=4287NMaH=FR1H·L/2=8700×193/2=840000N·mmFrFtFaFFtFR1HFR2HH面V面MaHM’aVMaVF面MaV=FR2V·L/2=4287×193/2=414000N·mmM′aV=FR1V·L/2=2123×193/2=205000N·mmFaFrFR2VFR1VMaHMHVMV考慮最不利情況，F(xiàn)與H、V面的合力共面FR1F=F·K/L=4500×206/193=4803NFR2F=FR1F＋F=4803＋4500=9303NMaF=FR1F·L/2=4803×193/2=463000N·mmM2F=F·K=4500×206=927000N·mmFR2FF2FFR1FF面:M’aMaM2M合:M2FMaFM’aVMaVMaHMHMVFMFM合T=Ft·d2/2=17400×146/2=1.27×106Nmm5.求危險(xiǎn)截面處軸的直徑：a-aT4.求作當(dāng)量彎矩圖：3.作轉(zhuǎn)矩圖M’aeMaeM2e考慮鍵:d=64.4×1.04≈67＜72mm(結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求)M’aMaM2M合TMe表(14-1)P.226:

σB=650Mpa;表(14-3)P.231:[σ-1]=60Mpa取45鋼,調(diào)質(zhì)裝齒輪d4=72mm1.擬定軸上零件裝配方案2.估算軸的最小直徑ｄmin3.確定各段直徑及長(zhǎng)度4.確定軸的結(jié)構(gòu)要素(三)軸的設(shè)計(jì)步驟: