材料力學(xué)CH演示文稿

材料力學(xué)CH演示文稿目前一頁\總數(shù)五十頁\編于一點優(yōu)選材料力學(xué)CHppt目前二頁\總數(shù)五十頁\編于一點

§15-1

概述一、軸的用途與分類1、功用：

1）支承回轉(zhuǎn)零件；

2）傳遞運動和動力2、分類：

按承載情況分：

◆轉(zhuǎn)軸─同時承受彎矩和扭矩的軸，如減速器的軸?！粜妮S─只承受彎矩的軸，如火車車輪軸?！魝鲃虞S─只承受扭矩的軸，如汽車的傳動軸。其他分類：

目前三頁\總數(shù)五十頁\編于一點◆心軸轉(zhuǎn)動心軸固定心軸目前四頁\總數(shù)五十頁\編于一點轉(zhuǎn)動心軸目前五頁\總數(shù)五十頁\編于一點固定心軸目前六頁\總數(shù)五十頁\編于一點◆傳動軸目前七頁\總數(shù)五十頁\編于一點◆轉(zhuǎn)軸目前八頁\總數(shù)五十頁\編于一點其他分類：

按照軸線形狀的不同，軸可分為曲軸、直軸和撓性軸三類。曲軸直軸階梯軸光軸

撓性軸目前九頁\總數(shù)五十頁\編于一點

軸一般是實心軸，有特殊要求時也可制成空心軸，如航空發(fā)動機(jī)的主軸。

空心軸目前十頁\總數(shù)五十頁\編于一點二、軸設(shè)計的主要內(nèi)容

軸的設(shè)計包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力驗算兩方面的內(nèi)容。根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。驗算軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面是否滿足要求。根據(jù)總體結(jié)構(gòu)的要求進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的精確校核驗算合格?結(jié)束yesno

軸的設(shè)計過程是：按扭轉(zhuǎn)強度初步估算軸徑按彎扭合成驗算結(jié)構(gòu)設(shè)計:工作能力驗算：目前十一頁\總數(shù)五十頁\編于一點軸的材料種類很多，選擇時應(yīng)主要考慮如下因素：

軸的強度、剛度及耐磨性要求；軸的熱處理方法及機(jī)加工工藝性的要求；

軸的材料來源和經(jīng)濟(jì)性等。三、軸的材料1、軸材料選擇時應(yīng)考慮的因素：目前十二頁\總數(shù)五十頁\編于一點碳素鋼：常用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼有30、40、45、和50鋼，其中45鋼應(yīng)用最多。優(yōu)質(zhì)碳素鋼具有較高的綜合機(jī)械性能，常用于比較重要或承載較大的軸。合金鋼：常用的合金鋼有20Cr、40Cr、35SiMn和35CrMo等。合金鋼具有較高的綜合力學(xué)性能和較好的熱處理性能，常用于重要、承載大而尺寸受限或有較高耐磨性、防腐性要求的軸。球墨鑄鐵：適于制造成形軸，它價廉、強度較高、良好的耐磨性、吸振性和易切性以及對應(yīng)力集中敏感性較低。

2、軸的常用材料目前十三頁\總數(shù)五十頁\編于一點軸的常用材料及其性能目前十四頁\總數(shù)五十頁\編于一點由于常溫下合金鋼與碳素鋼的彈性模量相差不多，因此當(dāng)其他條件相同時，如想通過選用合金鋼來提高軸的剛度是難以實現(xiàn)的。球墨鑄鐵和高強度鑄鐵因其具有良好的工藝性，不需要鍛壓設(shè)備，吸振性好，對應(yīng)力集中的敏感性低，近年來被廣泛應(yīng)用于制造結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的曲軸等。只是鑄件質(zhì)量難于控制。軸的毛坯多用軋制的圓鋼或鍛鋼。鍛鋼內(nèi)部組織均勻，強度較好，因此，重要的大尺寸的軸，常用鍛造毛坯。

3、需注意幾點：目前十五頁\總數(shù)五十頁\編于一點軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該確定：軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該保證：◆軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；◆軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；◆軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。

§15-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的軸系結(jié)構(gòu)示例目前十六頁\總數(shù)五十頁\編于一點一、擬定軸上零件的裝配方案軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)著重解決好的幾個問題：二、軸上零件的定位三、各軸段直徑和長度的確定四、從結(jié)構(gòu)設(shè)計上提高軸的強度，有哪些措施，五、保證軸的結(jié)構(gòu)工藝性目前十七頁\總數(shù)五十頁\編于一點一、擬定軸上零件的裝配方案軸上零件的裝配方案對軸的結(jié)構(gòu)形式影響很大以下的減速器輸出軸的兩種裝配方案。第一種方案齒輪從左端裝入，右端軸環(huán)定位，左端一個短軸套定位，安裝方便，軸的強度和剛度都比較好。第二種方案齒輪從右端裝入，左端軸環(huán)定位，左端一個長軸套定位，長套筒加工不便，軸的強度和剛度也不如第一種好。目前十八頁\總數(shù)五十頁\編于一點二、軸上零件的定位◆應(yīng)保證軸上零件有可靠的軸向和周向固定。軸肩、軸環(huán)定位：結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠，能承受較大的軸向力，應(yīng)用廣泛。1、零件的軸向定位目前十九頁\總數(shù)五十頁\編于一點二、軸上零件的定位◆應(yīng)保證軸上零件有可靠的軸向和周向固定。1、零件的軸向定位套筒定位：一般在軸上零件間軸向距離不大時使用，由于定位套筒大多是間隙配合，不宜用于高速軸。目前二十頁\總數(shù)五十頁\編于一點二、軸上零件的定位◆應(yīng)保證軸上零件有可靠的軸向和周向固定。1、零件的軸向定位圓螺母定位：定位可靠、能承受較大的軸向力。多用于軸端。目前二十一頁\總數(shù)五十頁\編于一點二、軸上零件的定位◆應(yīng)保證軸上零件有可靠的軸向和周向固定。1、零件的軸向定位彈性擋圈定位：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，只能承受很小的軸向力，常用于軸承定位。目前二十二頁\總數(shù)五十頁\編于一點二、軸上零件的定位◆應(yīng)保證軸上零件有可靠的軸向和周向固定。1、零件的軸向定位錐面定位：能承受沖擊載荷，用于同心度要求較高的軸端零件。目前二十三頁\總數(shù)五十頁\編于一點二、軸上零件的定位◆應(yīng)保證軸上零件有可靠的軸向和周向固定。1、零件的軸向定位軸端擋圈定位：定位可靠、裝拆方便，用于固定軸端零件。目前二十四頁\總數(shù)五十頁\編于一點二、軸上零件的定位◆應(yīng)保證軸上零件有可靠的軸向和周向固定。1、零件的軸向定位鎖緊擋圈定位：結(jié)構(gòu)簡單，不能承受大的軸向力，常用于光軸上的零件固定。目前二十五頁\總數(shù)五十頁\編于一點二、軸上零件的定位◆應(yīng)保證軸上零件有可靠的軸向定位和周向定位。1、零件的軸向定位緊定螺釘定位：結(jié)構(gòu)簡單，軸上零件定位可調(diào)，軸向承載能力小。目前二十六頁\總數(shù)五十頁\編于一點教材和一些資料上講，軸應(yīng)短一些，以保證定位可靠。在實際設(shè)計時，要根據(jù)情況確定，不一定都要短2-3mm，為充分利用軸的長度，也可用公差控制，能保證定位即可。注意畫法為保證軸上零件有可靠的軸向固定，應(yīng)注意以下幾個問題。目前二十七頁\總數(shù)五十頁\編于一點二、軸上零件的定位◆應(yīng)保證軸上零件有可靠的軸向定位和周向定位。2、零件的周向定位周向定位的目的是保證軸上零件與軸一起轉(zhuǎn)動，以傳遞運動和動力。常用的定位方法有：鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接、型面聯(lián)接、過盈配合聯(lián)接等。這些內(nèi)容在聯(lián)接部分已經(jīng)講過，不再重復(fù)。目前二十八頁\總數(shù)五十頁\編于一點三、各軸段直徑和長度的確定（參考例題中P378）◆首先按軸所受的扭矩估算軸徑，作為軸的最小軸徑dmin。（見強度計算）◆有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑?！舭惭b標(biāo)準(zhǔn)件的軸徑，應(yīng)滿足裝配尺寸要求，與標(biāo)準(zhǔn)件的軸徑協(xié)調(diào)一致?！粲信浜弦蟮牧慵阌谘b拆，如倒角、圓角，拆卸受力臺階等。確定各軸段長度和位置時，主要是根據(jù)零件與軸配合部分的長度和相鄰零件間必要的空間來確定。例題中講的詳細(xì)，在課程設(shè)計中再進(jìn)行練習(xí)。目前二十九頁\總數(shù)五十頁\編于一點四、提高軸的強度的常用措施

◆合理布置軸上零件以減小軸的載荷◆改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)以減小軸的載荷◆改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中的影響◆改進(jìn)軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強度目前三十頁\總數(shù)五十頁\編于一點采用那種方案，要看軸承的定位結(jié)構(gòu)采用那種方案，要看機(jī)器的具體結(jié)構(gòu)，輸入軸位置是否可以改變。切不可照搬書本。合理布置軸上零件以減小軸的載荷目前三十一頁\總數(shù)五十頁\編于一點改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)以減小軸的載荷目前三十二頁\總數(shù)五十頁\編于一點改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中的影響目前三十三頁\總數(shù)五十頁\編于一點改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中的影響目前三十四頁\總數(shù)五十頁\編于一點改進(jìn)軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強度目前三十五頁\總數(shù)五十頁\編于一點軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計3五、軸的結(jié)構(gòu)工藝性

在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)越簡單，工藝性越好。軸上應(yīng)有滿足加工和裝配所要求的倒角、圓角、螺紋退刀槽和砂輪越程槽等。目前三十六頁\總數(shù)五十頁\編于一點軸的計算1§15-3軸的強度計算一、軸的強度校核計算1、按扭轉(zhuǎn)強度條件計算2、按彎扭合成進(jìn)行強度條件驗算3、按疲勞強度條件進(jìn)行精確校核4、按靜強度條件進(jìn)行校核二、軸的剛度校核計算三、軸的振動及振動穩(wěn)定性計算軸的強度計算包括以下內(nèi)容目前三十七頁\總數(shù)五十頁\編于一點軸的計算1§15-3軸的強度計算一、軸的強度校核計算1．按扭轉(zhuǎn)強度條件計算對于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的軸，在作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常按扭轉(zhuǎn)強度條件初步估算軸徑（即最小軸徑），然后再作結(jié)構(gòu)設(shè)計。實心軸的直徑為：軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為為了計及鍵槽對軸的削弱，可按以下方式修正軸徑有一個鍵槽有兩個鍵槽軸徑d＞100mm軸徑增大3%軸徑增大7%軸徑d≤100mm軸徑增大5%～7%軸徑增大10%～15%A0值和[τ]目前三十八頁\總數(shù)五十頁\編于一點目前三十九頁\總數(shù)五十頁\編于一點軸的計算22．按彎扭合成進(jìn)行強度條件驗算一般的轉(zhuǎn)軸強度用這種方法驗算。計算步驟如下：

①軸的彎矩與扭矩分析，確定危險截面及載荷。

§15-3軸的強度計算②校核軸的強度按彎扭合成校核軸的強度。以二級圓柱斜齒輪減速器輸出軸為例，進(jìn)行軸的強度計算分析。輸出軸受力圖。軸受空間力系作用。為便于分析計算，將其分別向鉛垂面和水平面投影，分別求出彎矩，畫出彎矩圖，然后合成。目前四十頁\總數(shù)五十頁\編于一點軸的計算2

§15-3軸的強度計算水平面受力與彎矩根據(jù)力的平衡原理，列出平衡方程，求出支反力，再求彎矩。水平面最大彎矩：對于向心軸承，軸承支反力簡化到軸承寬度中心；對于向心推力軸承，簡化到軸承的壓力中心，其a值可從手冊中查得。但對于接觸角不大或支承跨度比較大的向心推力軸承，也可簡化到寬度中心，不會引起多大誤差。目前四十一頁\總數(shù)五十頁\編于一點軸的計算2

§15-3軸的強度計算鉛垂面受力與彎矩根據(jù)力的平衡原理，列出平衡方程，求出支反力，再求彎矩。鉛垂面彎矩：目前四十二頁\總數(shù)五十頁\編于一點軸的計算2

§15-3軸的強度計算合成彎矩圖根據(jù)彎矩合成原理，將水平面彎矩與鉛垂面彎矩進(jìn)行合成。扭矩圖扭矩的作用點一般簡化到輪轂的中心。通過受力分析繪制的彎矩圖和扭矩圖，分析找出危險截面，進(jìn)行強度校核。目前四十三頁\總數(shù)五十頁\編于一點軸的計算3彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)變應(yīng)力，而扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力循環(huán)特性通常不是對稱循環(huán)。引入折合系數(shù)a。②

校核軸的強度按彎扭合成校核軸的強度：式中[σ-1]為對稱循環(huán)變應(yīng)力時軸的許用彎曲應(yīng)力MPa（可查表選?。?；

扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力靜應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力a

≈0.3a

≈0.６a

=1當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力循環(huán)特性不能確定時，可按脈動循環(huán)變應(yīng)力計算。T——危險截面上的所受的扭矩，N.mmM——危險截面上的所受的彎矩，N.mmW——危險截面的抗彎截面模量，mm3§15-3軸的強度計算目前四十四頁\總數(shù)五十頁\編于一點軸的計算43、按疲勞強度條件進(jìn)行精確校核對于一般要求的軸，只進(jìn)行彎扭合成校核即可。對于要求較高的軸，要進(jìn)行精確校核。

（P32式3-35）

精確校核的計算方法和步驟，按第三章中講的內(nèi)容和課后練習(xí)中的例題做，課程設(shè)計中要求進(jìn)行精確校核。§15-3軸的強度計算已知軸的外形、尺寸及載荷的情況下，可對軸的疲勞強度進(jìn)行精確校核，軸的疲勞強度精確校核條件式為:目前四十五頁\總數(shù)五十頁\編于一點軸的計算44、按靜強度條件進(jìn)行校核對于瞬時過載很大，或應(yīng)力循環(huán)的不對稱性較為嚴(yán)重的軸，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行靜強度條件校核。軸的靜強度條件為：

§15-3軸的強度計算SSa、SSτ按以下式子計算

目前四十六頁\總數(shù)五十頁\編于一點最大正應(yīng)力最大切應(yīng)力§15-3軸的強度計算目前四十七頁\總數(shù)五十頁\編于一點軸的計算51.軸的彎曲剛度校核計算當(dāng)量光軸的概念軸的彎曲剛度以撓度y和偏轉(zhuǎn)角θ來度量。對于光軸，可直接用材料力學(xué)中的公式計算其撓度或偏轉(zhuǎn)角。對于階梯軸，可將其轉(zhuǎn)化為當(dāng)量直徑的光軸后計算其撓度或偏轉(zhuǎn)角。二、軸的剛度校核計算§15-3軸的強度計算目前四十八頁\總數(shù)五十頁\編