第十四章-軸的設(shè)計(jì)課件

第14章軸§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)度設(shè)計(jì)§14-5軸的剛度設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)都是通過(guò)中間撓性件傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，適用于兩軸中心距較大的場(chǎng)合。與齒輪傳動(dòng)相比，它們具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。第十一章軸11-1概述軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力(轉(zhuǎn)矩)。1：按承受載荷的不同，軸可分為：心軸傳動(dòng)軸用來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩的軸稱為傳動(dòng)軸。用來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件且只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩的軸稱為心軸。(火車(chē)輪軸，自行車(chē)軸,畫(huà)圖）轉(zhuǎn)動(dòng)心軸固定心軸轉(zhuǎn)軸

工作時(shí)既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸。一、軸的用途及分類(lèi)轉(zhuǎn)動(dòng)心軸工作時(shí)與滑輪一起回轉(zhuǎn)；固定心軸工作時(shí)軸不轉(zhuǎn)動(dòng)，只有滑輪在轉(zhuǎn)動(dòng)。2：軸按照軸線形狀不同，分為曲軸和直軸兩大類(lèi)。曲軸通過(guò)連桿可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)。直軸根據(jù)外形的不同，可分為光軸和階梯軸兩種。還有一種鋼絲軟軸，又稱鋼絲撓性軸，它是由多組鋼絲分層卷繞而成，具有良好的撓性，可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳到不同位置。但精度低。常用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼有30、40、45和50鋼，其中45鋼應(yīng)用最多常用的合金鋼有20Cr、40Cr、35SiMn和35CrMo等軸的材料主要采用碳素鋼合金鋼二、軸的材料最常用的是45號(hào)鋼，也有30、40、50號(hào)鋼，為保證其機(jī)械性能，應(yīng)調(diào)質(zhì)或正火處理。不重要的軸可使用Q235。合金鋼比碳素鋼具有更高的機(jī)械性能和更好的淬火性能，在傳遞大動(dòng)力、減小尺寸與重量，處于高溫或低溫下常采用合金鋼。如20Cr、40Cr、35SiMn等。高頻淬火、滲碳、氮化、氰化以及表面強(qiáng)化處理（如噴丸、滾壓）對(duì)提高軸的抗疲勞強(qiáng)度都有顯著效果。高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵可用于制造外形復(fù)雜的軸。如用球墨鑄鐵制造曲軸和凸輪軸，具有成本低廉、吸振性較好、對(duì)應(yīng)力集中的敏感較低、強(qiáng)度較好等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)：潘存云設(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.制造安裝要求：軸應(yīng)便于制造，軸上零件要易于裝拆；2.固定要求：軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置；各零件要牢固而可靠地相對(duì)固定3.工藝要求：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)軸承設(shè)計(jì)：潘存云典型軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：潘存云④設(shè)計(jì)：潘存云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。如圖：零件的安裝次序,由左至右。注意事項(xiàng)見(jiàn)1--7。一、制造安裝要求②③⑥⑦①⑤①倒角取值見(jiàn)P119指出下列軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，繪出正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。(采用脂潤(rùn)滑)指出結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤7處以上；正確如圖所示。二、軸上零件的固定要求(軸向固定,周向固定)1.軸上零件的軸向固定軸肩圓角半徑r<相配零件的圓角半徑R軸肩高h(yuǎn)>R；軸肩圓角半徑r<相配零件的倒角C1軸肩高h(yuǎn)>C1。軸肩固定套筒固定(1：輪轂，軸，鍵槽尺:2：軸承內(nèi)圈）圓螺母固定軸端擋圈彈性擋圈緊定螺釘為了傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩,或因某些需要,軸上零件還需周向固定。常用的周向定位方法有：鍵、花鍵、過(guò)盈配合、緊定螺釘?shù)?。但緊定螺釘只用在傳力不大之處。2.軸上零件的周向固定鍵連接花鍵連接銷(xiāo)連接過(guò)盈配合連接三、結(jié)構(gòu)工藝性要求加工工藝性裝配工藝性講解前面圖例，及東大p63四、提高軸的疲勞強(qiáng)度軸通常在變應(yīng)力下工作，多數(shù)軸因疲勞而失效，因此設(shè)計(jì)軸時(shí)應(yīng)設(shè)法提高其疲勞強(qiáng)度，常采取的措施有：1.減小應(yīng)力集中設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云措施：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?！浜陷S段上的卸載槽輪轂上的卸載槽過(guò)渡肩環(huán)內(nèi)凹圓角2.提高軸的表面質(zhì)量

設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云TTTTTQ方案b3、改善軸的受力狀況，減小應(yīng)力集中圖示為起重機(jī)卷筒兩種布置方案。A圖中大齒輪和卷筒聯(lián)成一體，轉(zhuǎn)距經(jīng)大齒輪直接傳遞給卷筒，故卷筒軸只受彎矩而不傳遞扭矩。圖b中軸同時(shí)受彎矩和扭矩作用。故載荷相同時(shí)，圖a結(jié)構(gòu)軸的直徑要小。輸出輸出輸入Tmax=T1+T2Tmax=T11.改善受力狀況當(dāng)軸上有兩處動(dòng)力輸出時(shí)，為了減小軸上的載荷，應(yīng)將輸入輪布置在中間。T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理TTQ方案a輸出輸出輸入FtFt§14-4軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)一、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)軸的承載情況，采用相應(yīng)的計(jì)算方法，常用方法有兩種。對(duì)于只傳遞扭鉅的圓截面軸，強(qiáng)度條件為：設(shè)計(jì)公式為：計(jì)算結(jié)果為：最小直徑！解釋各符號(hào)的意義及單位軸的材料A3,20354540Cr,35SiMn[τ](N/mm)12~2020~3030~4040~52C160~135135~118118~107107~92表14-2常用材料的[τ]值和C值注:C由軸的材料及承受載荷的情況來(lái)確定。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;否則取較大值應(yīng)圓整為：標(biāo)準(zhǔn)直徑！※按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算只需知道轉(zhuǎn)矩大小，方法簡(jiǎn)便，但計(jì)算精度低。它主要用于下列情況：1）傳遞轉(zhuǎn)矩或以轉(zhuǎn)矩為主的傳動(dòng)軸；2）初步估算軸徑以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；3）不重要的軸最終計(jì)算。設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云減速器中齒輪軸的受力為典型的彎扭合成。在完成單級(jí)減速器草圖設(shè)計(jì)后，外載荷與支撐反力的位置即可確定，從而可進(jìn)行受力分析。因σb(r=-1)和τ的循環(huán)特性不同，折合后得：二、按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算可用第三強(qiáng)度理論,求出危險(xiǎn)截面的當(dāng)量應(yīng)力。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)；α----折合系數(shù)Me---當(dāng)量彎矩材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]

4001307040

5001707545

6002009555

70023011065

80027013075

90030014080

100033015090

5001207040

4001005030表14-3軸的許用彎曲應(yīng)力碳素鋼合金鋼鑄鋼折合系數(shù)取值：α=

0.3----轉(zhuǎn)矩不變；

0.6----轉(zhuǎn)矩脈動(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：α=

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σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]

4001307040

5001707545

6002009555

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4001005030表14-3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：α=

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σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]

4001307040

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4001005030表14-3軸的許用彎曲應(yīng)力碳素鋼合金鋼鑄鋼對(duì)稱循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力設(shè)計(jì)：潘存云對(duì)2點(diǎn)取矩舉例：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，F(xiàn)r=6140N,軸向力Fa=2860N,齒輪分度圓直徑d2=146mm,作用在軸右端帶輪上外力F=4500N（方向未定）,L=193mm,K=206mmL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12解：1)求垂直面的支反力=Fad2aadP231設(shè)計(jì)：潘存云MavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2F2)求水平面的支反力L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F3)求F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力,力F方向未定。支反力方向未定4)繪制垂直面的彎矩圖垂直面的支反力5)繪制水平面的彎矩圖水平面的支反力設(shè)計(jì)：潘存云MaMavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F6)求F力產(chǎn)生的彎矩圖L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F7)繪制合成彎矩圖(因力F方向未定。其產(chǎn)生的彎矩方向也未定。按最危險(xiǎn)情況處理。直接相加。）a-a截面F力產(chǎn)生的彎矩為：MaFM’a設(shè)計(jì)：潘存云MaMavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F8)求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F9)求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩MaFM2M’aT扭切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取折合系數(shù):α=0.6求考慮到鍵槽對(duì)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)，σb=650MPa,[σ-1b]=60MPa

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)。對(duì)于一般剛軸，按上述方法設(shè)計(jì)即可。對(duì)于重要的軸，還必須用安全系數(shù)法作精確校核計(jì)算。說(shuō)明：設(shè)