注冊工程師考試軸設(shè)計

1、6-1 概概 述述一、軸的功用一、軸的功用 支撐回轉(zhuǎn)零件；支撐回轉(zhuǎn)零件； 傳遞運動和轉(zhuǎn)矩傳遞運動和轉(zhuǎn)矩二、軸的類型二、軸的類型 心軸心軸 只承受彎矩只承受彎矩 傳動軸傳動軸 只承受轉(zhuǎn)矩只承受轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 既受彎矩、又受轉(zhuǎn)矩既受彎矩、又受轉(zhuǎn)矩按受載按受載 直直 軸軸 曲曲 軸軸按軸心線按軸心線2、強度問題、強度問題 防止軸發(fā)生疲勞斷裂防止軸發(fā)生疲勞斷裂3、剛度問題、剛度問題 防止軸發(fā)生過大的彈性變形防止軸發(fā)生過大的彈性變形4、振動穩(wěn)定性問題、振動穩(wěn)定性問題 防止軸發(fā)生共振防止軸發(fā)生共振三、軸設(shè)計時所要解決的問題三、軸設(shè)計時所要解決的問題1、結(jié)構(gòu)問題、結(jié)構(gòu)問題 確定軸的形狀和尺寸確定軸的形狀和尺

2、寸6-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸頸軸頸 與軸承相配的與軸承相配的部分；部分；軸頭軸頭 與輪轂相配的與輪轂相配的部分；部分；軸身軸身 連接軸頸與軸連接軸頸與軸頭部分；頭部分；軸頸軸頸 軸頭軸頭 軸身軸身 軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足的要求：軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足的要求：加工工藝性要好加工工藝性要好便于軸上零件裝拆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準(zhǔn)確的定位軸上零件要有可靠的固定軸上零件要有可靠的固定盡量減少應(yīng)力集中盡量減少應(yīng)力集中一、加工工藝要求一、加工工藝要求光軸光軸 等強度軸等強度軸 階梯軸階梯軸 車削車削 倒角倒角 加工方法不同，軸的結(jié)構(gòu)也可能不同加工方法不同，軸的結(jié)構(gòu)也可能不同磨削磨削 二

3、、裝拆要求二、裝拆要求砂輪越程槽砂輪越程槽 裝拆應(yīng)方便；裝拆應(yīng)方便； 不同的裝拆方案，得到不同結(jié)構(gòu)不同的裝拆方案，得到不同結(jié)構(gòu)； 軸的直徑應(yīng)圓整成標(biāo)準(zhǔn)值。軸的直徑應(yīng)圓整成標(biāo)準(zhǔn)值。定位定位 使軸上零件處于正確的工作位置；使軸上零件處于正確的工作位置；軸肩或軸環(huán)軸肩或軸環(huán)三、軸上零件的軸向定位和固定三、軸上零件的軸向定位和固定固定固定 使軸上零件牢固地保持這一位置。使軸上零件牢固地保持這一位置。目的目的 防止軸上零件工作時發(fā)生軸向躥動。防止軸上零件工作時發(fā)生軸向躥動。常用的軸向定位和固定方法：常用的軸向定位和固定方法：定位軸肩：定位軸肩：h(0.070.1)d R 或或 C非定位軸肩：非定位軸肩：

4、h12 mm，作用是便于軸上零件的裝拆，作用是便于軸上零件的裝拆為保證定位準(zhǔn)確為保證定位準(zhǔn)確，R 或或 C r 軸環(huán)寬度一般取軸環(huán)寬度一般取：b =1.=1.4 h滾動軸承的定位軸肩或軸環(huán)高度滾動軸承的定位軸肩或軸環(huán)高度 查標(biāo)準(zhǔn)查標(biāo)準(zhǔn)套套 筒筒軸端擋圈軸端擋圈彈性擋圈彈性擋圈圓圓 螺螺 母母錐錐 面面對軸上零件起固定作用。對軸上零件起固定作用。常用于近距離的兩個零件間的固定。常用于近距離的兩個零件間的固定。用于軸上兩零件距離較遠(yuǎn)時，或軸端。用于軸上兩零件距離較遠(yuǎn)時，或軸端。需切制螺紋，削弱了軸的強度。需切制螺紋，削弱了軸的強度。需切環(huán)槽，削弱了軸的強度。需切環(huán)槽，削弱了軸的強度。承受不大的軸向

5、力。承受不大的軸向力。用于固定軸端零件，能承受較大的軸向力。用于固定軸端零件，能承受較大的軸向力。常與軸端擋圈配合使用。常與軸端擋圈配合使用。注意：注意：采用這些方法固定采用這些方法固定軸上零件時，為保軸上零件時，為保證固定可靠，證固定可靠，應(yīng)使：與輪轂相配應(yīng)使：與輪轂相配的軸段長度比輪轂的軸段長度比輪轂寬度寬度短短23 mm，即即：lB - (23)平平 鍵鍵問題：問題：四、軸上零件的周向固定四、軸上零件的周向固定目的目的 防止軸上零件與軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，以傳遞轉(zhuǎn)矩。防止軸上零件與軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，以傳遞轉(zhuǎn)矩。常用的周向固定方法：常用的周向固定方法：花花 鍵鍵緊定螺釘緊定螺釘滾動軸承是否需要用鍵

6、作周向固定？滾動軸承是否需要用鍵作周向固定？五、提高軸的強度五、提高軸的強度減小應(yīng)力集中減小應(yīng)力集中適當(dāng)加大截面變化處的過渡圓角半徑。適當(dāng)加大截面變化處的過渡圓角半徑?；虿捎茫夯虿捎茫喊记袌A角凹切圓角過渡肩環(huán)過渡肩環(huán)減載槽減載槽改善軸的受力狀況改善軸的受力狀況改變軸上零件的結(jié)構(gòu)，使受載減小。改變軸上零件的結(jié)構(gòu)，使受載減小。五、結(jié)構(gòu)設(shè)計示例五、結(jié)構(gòu)設(shè)計示例6-3 軸的強度計算軸的強度計算應(yīng)力分析：應(yīng)力分析：FT彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力b 對稱循環(huán)變應(yīng)力；對稱循環(huán)變應(yīng)力；扭剪應(yīng)力扭剪應(yīng)力T 循環(huán)特征根據(jù)實際情況而定。循環(huán)特征根據(jù)實際情況而定。計算方法：計算方法： 按扭轉(zhuǎn)強度計算；按扭轉(zhuǎn)強度計算； 按彎扭合

7、成強度計算；按彎扭合成強度計算； 安全系數(shù)法計算。安全系數(shù)法計算。一般的軸一般的軸一、一、按扭轉(zhuǎn)強度計算按扭轉(zhuǎn)強度計算扭剪應(yīng)力扭剪應(yīng)力:軸的抗扭軸的抗扭剖面系數(shù)剖面系數(shù)扭轉(zhuǎn)強度公式一般用來初算軸的直徑，扭轉(zhuǎn)強度公式一般用來初算軸的直徑，扭轉(zhuǎn)強度設(shè)計式扭轉(zhuǎn)強度設(shè)計式: 令其為系數(shù)令其為系數(shù) C系數(shù)系數(shù) C C 與軸的材料和承載情況有關(guān)，查表與軸的材料和承載情況有關(guān)，查表12-212-2。彎矩相對轉(zhuǎn)矩較小或只受轉(zhuǎn)矩時，彎矩相對轉(zhuǎn)矩較小或只受轉(zhuǎn)矩時，C 取小值。取小值。若該軸段有一個鍵槽，若該軸段有一個鍵槽，d 值值增大增大5% , ,彎矩較大時，彎矩較大時，C 取大值。取大值。計算出的計算出的 d

8、 作為受扭段的最小直徑作為受扭段的最小直徑 dmin 。注意：注意：有兩個鍵槽，有兩個鍵槽，增大增大10% 。此方法既考慮彎矩又考慮轉(zhuǎn)矩，比前法精確。此方法既考慮彎矩又考慮轉(zhuǎn)矩，比前法精確。二、二、按彎扭合成強度計算按彎扭合成強度計算需已知：需已知：軸的支反力作用點、外載荷的大小及位置。軸的支反力作用點、外載荷的大小及位置。彎、扭聯(lián)合作用時，采用第三強度理論。彎、扭聯(lián)合作用時，采用第三強度理論。則軸危險截面上的當(dāng)量應(yīng)力：則軸危險截面上的當(dāng)量應(yīng)力：對于直徑為對于直徑為 d 的實心軸：的實心軸：由于由于 b b 與與 的循環(huán)特征可能不同，需引進(jìn)的循環(huán)特征可能不同，需引進(jìn)校正系數(shù)校正系數(shù)將將 折合成

9、對稱循環(huán)變應(yīng)力。折合成對稱循環(huán)變應(yīng)力。則強度條件為：則強度條件為： 當(dāng)量彎矩當(dāng)量彎矩校正系數(shù)校正系數(shù)的取值：的取值： 對于不變的轉(zhuǎn)矩：對于不變的轉(zhuǎn)矩： 頻繁啟動、振動或頻繁啟動、振動或情況不明：情況不明： 經(jīng)常雙向運轉(zhuǎn)：經(jīng)常雙向運轉(zhuǎn)：對稱循環(huán)變對稱循環(huán)變應(yīng)力下的許應(yīng)力下的許用應(yīng)力用應(yīng)力設(shè)計式：設(shè)計式：三、軸設(shè)計步驟和方法三、軸設(shè)計步驟和方法1、根據(jù)功率、根據(jù)功率 P 和轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速 n ，用扭轉(zhuǎn)強，用扭轉(zhuǎn)強度公式初算受扭段的最小直徑度公式初算受扭段的最小直徑dmin 。2、根據(jù)初算軸徑，進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。、根據(jù)初算軸徑，進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。3、按彎扭合成強度校核軸的危險截面。、按彎扭合成強度校核軸的危險截面。N將將 dmin 圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑（查圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑（查“機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計”）受扭段受扭段最小直徑最小直徑dmin危險截面：危險截面：Me 最大的截面；最大的截面； 畫出空間受力圖，求出支反力；畫出空間受力圖，求出支反力； 分別作出水平面受力圖和垂直面受力圖；分別作出水平面受力圖和垂直面受力圖； 分別作出水平面彎矩圖分別作出水平面彎