機械設(shè)計基礎(chǔ)第12章 軸

第12章軸的設(shè)計

了解軸的基本概念，掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，了解軸的強度計算。2軸：shaft§12-1概述一軸的功用傳遞運動和動力支承回轉(zhuǎn)零件二軸的類型按軸線分：撓性鋼絲軸直軸曲軸光軸階梯軸可以彎曲且不影響傳遞扭矩。比如汽車、摩托車和輪船里程表、轉(zhuǎn)速表，計數(shù)器，割草機及各種機械轉(zhuǎn)動儀表中的、通下水的、等等3轉(zhuǎn)軸心軸傳動軸按受載性質(zhì)分：只受彎矩M只受扭矩T既受彎矩M，又受扭矩T轉(zhuǎn)動心軸固定心軸4三軸設(shè)計的主要內(nèi)容設(shè)計任務(wù)—

選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計、校核工作能力結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)軸上零件的定位、固定、安裝以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的形狀和尺寸—校核工作能力強度

—

防止軸發(fā)生疲勞斷裂剛度—

防止軸發(fā)生過大的彈性變形振動穩(wěn)定性—

防止高速時軸發(fā)生共振5軸的設(shè)計過程N選擇材料

結(jié)構(gòu)設(shè)計

軸的工作能力驗算驗算合格?Y結(jié)束強度問題結(jié)構(gòu)問題重點本章討論：6四軸的材料碳素鋼、合金鋼和鑄鐵碳素鋼—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，但價格較貴，多用于有特殊要求的軸鑄鐵：用來制造形狀復(fù)雜的軸，具有成本低廉、吸振性較好、對應(yīng)力集中的敏感較低等優(yōu)點。7§12-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計加工工藝性要好便于軸上零件裝拆軸上零件要有準(zhǔn)確的定位軸上零件要有可靠的固定盡量減少應(yīng)力集中需考慮的問題：軸頸軸頭軸身—與軸承相配的部分—與輪轂相配的部分—連接軸頸與軸頭部分軸頸

軸身

軸頭

軸的常用術(shù)語：輪轂：齒輪中心的圓柱部分,常帶有一孔,其作用是安裝在軸上使其在軸上轉(zhuǎn)動或與軸一起轉(zhuǎn)動8一軸上零件的軸向定位和固定軸肩或軸環(huán)r簡單可靠，能受較大軸向力定位軸肩：非定位軸肩：滾動軸承的定位軸肩或軸環(huán)高度查軸承標(biāo)準(zhǔn)為保證定位準(zhǔn)確，R或C＞rh=(0.07~0.1)d，一般為2.5~5mm便于軸上零件裝拆h≈1～2mm，甚至更小軸環(huán)寬度：b≈1.4h孔倒角CCh—階梯軸上截面變化之處9套筒間距較大、轉(zhuǎn)速較高時不宜采用用于兩個近距離零件間需切制螺紋，削弱了軸的強度用于兩零件距離較遠時，或軸端圓螺母和止動墊圈對頂螺母（兩個細牙螺母）螺母需切環(huán)槽，削弱了軸的強度彈性擋圈只能受較小軸向力、常用于滾動軸承的固定10能承受較大的軸向力軸端擋圈圓錐面用來固定軸端零件常與軸端擋圈配合使用與輪轂相配的軸段長度應(yīng)比輪轂寬度短2～3mm!固定可靠BLB=L–(2～3)mm11目的：防止零件與軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，并傳遞轉(zhuǎn)矩二軸上零件的周向固定平鍵連接花鍵連接緊定螺釘過盈配合銷連接如：滾動軸承內(nèi)圈與軸之間的配合成型連接12例：試分析下圖中軸上零件的定位和固定情況。13結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，要先擬定好軸上零件的裝配方案—確定軸上零件的裝配方向、順序、和相互關(guān)系14

軸上零件的裝配方案不同，則軸的結(jié)構(gòu)形狀也不相同。設(shè)計時可擬定幾種裝配方案，進行分析與選擇。15軸應(yīng)便于加工、測量，工作量少、生產(chǎn)效率高三軸的加工和裝配工藝性通常情況下軸應(yīng)設(shè)計成階梯直軸軸上直徑相近處的圓角、倒角、鍵槽等尺寸一致不同軸段的各鍵槽應(yīng)布置在同一直線上磨削或車螺紋應(yīng)留有越程槽或退刀槽越程槽軸上零件應(yīng)裝拆方便軸的配合直徑應(yīng)盡量按標(biāo)準(zhǔn)值選取軸的標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列16便于軸承的裝拆1718要求軸肩高度<滾動軸承內(nèi)圈高度錯誤

正確19四

提高軸的強度、剛度1、改變軸上零件結(jié)構(gòu)Q方案b圖示為起重機卷筒兩種布置方案TQ方案a軸徑大軸徑小a圖中大齒輪和卷筒聯(lián)成一體，故卷筒軸只受彎矩而不傳遞扭矩。b圖中軸同時受彎矩和扭矩作用。故載荷相同時，圖a結(jié)構(gòu)軸的直徑要小。20改變軸上零件的結(jié)構(gòu)，可使軸受載減小例：212、合理布置軸上零件輸出輸出輸入輸出輸出輸入Tmax=T1+T2Tmax=T1T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理當(dāng)軸上有兩處動力輸出時，為了減小軸上的載荷，應(yīng)將輸入輪布置在中間。222、減小應(yīng)力集中合金鋼對應(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)生變化或過盈配合邊緣處。應(yīng)力集中處措施：1)用圓角過渡；2)盡量避免在軸上開橫孔、切口或凹槽;R23主要措施：◆

軸的剖面尺寸變化不能太急劇◆

若圓角半徑增大受限時，可采用下列方法：凹切圓角過渡肩環(huán)◆

適當(dāng)加大過渡圓角半徑減載槽軸系結(jié)構(gòu)改錯25

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計示例套筒外徑如何確定？假設(shè)最細處直徑為28mm，如何確定其它軸段直徑？帶輪小端外徑查滾動軸承的內(nèi)圈安裝尺寸確定，大端外徑等于齒輪右側(cè)軸環(huán)外徑！26§12-3軸的強度計算一

按扭轉(zhuǎn)強度計算如果軸是傳動軸，則強度條件為：設(shè)計式：C：與軸的材料有關(guān)只受轉(zhuǎn)矩或彎矩相對轉(zhuǎn)矩較小時，C取小值；反之取較大值若最細軸段有一個鍵槽，d值增大5%；有兩個鍵槽，增大10%、承載情況如果軸是轉(zhuǎn)軸：也可用設(shè)計式來估算受扭軸段的最細處直徑45：C=118~10727例題1：在初算軸傳遞轉(zhuǎn)矩段的最小直徑公式中，①系數(shù)C與什么有關(guān)？②當(dāng)材料已確定時，C值應(yīng)如何選取？③計算出的d值應(yīng)經(jīng)如何處理才能定出最細段直徑？④此軸徑應(yīng)放在軸的哪一部分？請問：—與軸的材料和軸的承載情況有關(guān)—當(dāng)軸上彎矩相對轉(zhuǎn)矩較大時，C值應(yīng)取大些—根據(jù)最細軸段處鍵槽數(shù)目的個數(shù)適當(dāng)增大該處直徑，然后將所得直徑按優(yōu)先數(shù)系來取值—軸的最末端，一般是外伸端28例題2：試分析如下方案圖中雙級斜齒圓柱齒輪減速器的三根軸的類型是什么？最細軸徑估算公式中C值如何選?。孔罴気S徑是哪一段？29二

按彎扭合成強度計算—此方法針對轉(zhuǎn)軸強度計算時需由軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計確定：危險截面上的當(dāng)量應(yīng)力(第三強度理論)：支反力作用點、外載荷的大小及跨距30實際上彎曲應(yīng)力σb和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力σT的性質(zhì)γ可能不同nF對于轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)動的心軸：彎曲應(yīng)力σb

γ

=-1扭剪應(yīng)力T大小和方向不變T大小經(jīng)常變化，方向不變T

大小和方向經(jīng)常變化γ

=+1γ

=0γ=-1a

=0.3a

=0.6a

=1不同的γ，對軸疲勞強度的影響程度也不同n需將不是對稱循環(huán)的扭剪應(yīng)力折算為對稱循環(huán)變應(yīng)力a：折算系數(shù)當(dāng)量彎矩：若T的變化規(guī)律不清楚，一般按脈動循環(huán)處理！31校核式：危險截面Mca最大處Mca較大且d較小處[σ-1]b：對稱循環(huán)變應(yīng)力作用下的許用彎曲應(yīng)力32彎扭合成法計算流程：垂直面受力垂直面彎矩扭矩軸的當(dāng)量彎矩水平面受力水平面彎矩合成彎矩強度不