土木專業(yè)建筑學(xué)軸隨堂講義

1、15-1 概述概述15-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15-3 軸的強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度校核第十五章第十五章 軸軸15-4 軸的剛度計(jì)算簡介軸的剛度計(jì)算簡介15-1 概述概述 一一. .軸的作用與分類軸的作用與分類 作用作用：支承回轉(zhuǎn)零件，傳遞運(yùn)動和動力。：支承回轉(zhuǎn)零件，傳遞運(yùn)動和動力。 按承載分：按承載分：心軸心軸僅受彎矩僅受彎矩MM作用作用傳動軸傳動軸主要受扭矩主要受扭矩T T作用作用轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸同時(shí)受同時(shí)受MM和和T T作用作用轉(zhuǎn)動心軸轉(zhuǎn)動心軸固定心軸固定心軸單向轉(zhuǎn)動單向轉(zhuǎn)動雙向轉(zhuǎn)動雙向轉(zhuǎn)動單向轉(zhuǎn)動單向轉(zhuǎn)動雙向轉(zhuǎn)動雙向轉(zhuǎn)動 b b，r=-1r=-1 b b，r=+1r=+1若若M有變化有變化,r=

2、0 T T，r=+1r=+1(0)(0) T T，r=-1r=-1 b b,r=-1,r=-1； T T,r=+1,r=+1(0)(0) b b,r=-1,r=-1； T T,r=-1,r=-115-1 概述概述例：判別下列各軸的類型例：判別下列各軸的類型傳動軸傳動軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動心軸轉(zhuǎn)動心軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸心軸心軸15-1 概述概述二二.軸的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)步驟軸的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)步驟1.失效形式失效形式斷裂斷裂塑性變形塑性變形過量的彈性變形過量的彈性變形靜強(qiáng)度不足引起斷裂靜強(qiáng)度不足引起斷裂疲勞斷裂疲勞斷裂共振引起斷裂共振引起斷裂2.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則首先保證強(qiáng)度要求，必要時(shí)還應(yīng)保證剛首

3、先保證強(qiáng)度要求，必要時(shí)還應(yīng)保證剛 度和振動穩(wěn)定性要求。度和振動穩(wěn)定性要求。15-1 概述概述選擇材料，定熱處理；選擇材料，定熱處理；按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初算軸的直徑；按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初算軸的直徑；軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；軸的強(qiáng)度校核；軸的強(qiáng)度校核；必要時(shí)，校核剛度和振動穩(wěn)定性。必要時(shí)，校核剛度和振動穩(wěn)定性。三三.軸的材料及熱處理軸的材料及熱處理3.設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟常用材料：常用材料：碳鋼碳鋼優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì):35、45、50調(diào)質(zhì)或正火調(diào)質(zhì)或正火應(yīng)用最廣應(yīng)用最廣普通普通:Q235、Q275 不經(jīng)熱處理不經(jīng)熱處理用于不重要的軸用于不重要的軸15-1 概述概述合金鑄鐵、球墨鑄鐵合金鑄鐵、球墨鑄鐵注意：各種鋼的注意：各種

4、鋼的E差不多，不能用改變鋼材料或熱處理差不多，不能用改變鋼材料或熱處理來來 提高軸的剛度。提高軸的剛度。合金鋼合金鋼低碳：低碳：20Cr、20CrMnTi滲碳淬火，回火滲碳淬火，回火中碳：中碳：40Cr調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)15-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15-2 15-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一一. .結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成軸頭軸頭軸頸軸頸軸肩軸肩軸身軸身15-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二二. .結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題三三. .初算軸的直徑初算軸的直徑軸受軸受扭矩扭矩T T彎矩彎矩M M ？按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件 T TT T 初算軸徑初算軸徑d2 . 0nP1055. 9WT

5、T36TTnPA 2 . 0nP1055. 9d30T6315-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初算初算d d為最小直徑為最小直徑d dminmin，一般指，一般指外伸端外伸端；注意：注意：d dminmin若太小，可根據(jù)結(jié)構(gòu)要求適當(dāng)放大；若太小，可根據(jù)結(jié)構(gòu)要求適當(dāng)放大；若安裝標(biāo)準(zhǔn)件，軸徑應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)；其它軸徑應(yīng)取整，一般若安裝標(biāo)準(zhǔn)件，軸徑應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)；其它軸徑應(yīng)取整，一般個(gè)位數(shù)為個(gè)位數(shù)為0 0、2 2、5 5、8 8；此式用于傳動軸、轉(zhuǎn)軸的初算，不適于心軸。此式用于傳動軸、轉(zhuǎn)軸的初算，不適于心軸。若若d dminmin處有處有單鍵槽單鍵槽，軸徑應(yīng)增大，軸徑應(yīng)增大3%3%；雙鍵槽增大；雙鍵槽增大7%7%；

6、四四. .擬定軸上零件裝配方案擬定軸上零件裝配方案15-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)五五. .確定各軸段直徑和長度確定各軸段直徑和長度 根據(jù)零件的根據(jù)零件的定位方式定位方式，確定各軸段，確定各軸段直徑直徑；根據(jù)零件的；根據(jù)零件的尺寸尺寸，確定各軸段，確定各軸段長度長度。 1.1.軸向定位方式軸向定位方式 軸肩定位軸肩定位結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單, ,定位可靠定位可靠, ,能承受較大的軸向力。能承受較大的軸向力。 R R hCrhRr）（或）RC32(h 15-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定位軸肩定位軸肩 ：mm106d非定位軸肩：非定位軸肩： mm31d非定位軸肩非定位軸肩 15-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的

7、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)套筒定位套筒定位 L L 軸軸L L 轂轂L L 軸軸= L = L 轂轂-(2-(23)mm3)mm15-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.周向定位方式周向定位方式 軸轂聯(lián)結(jié)軸轂聯(lián)結(jié)彈性擋圈彈性擋圈雙螺母或圓螺母雙螺母或圓螺母軸端擋圈軸端擋圈緊定螺釘緊定螺釘圓錐形軸端圓錐形軸端 軸向零件定位方法軸向零件定位方法六六. .軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)工藝性減小軸應(yīng)力集中減小軸應(yīng)力集中 滾動軸承安裝尺寸滾動軸承安裝尺寸 軸承軸承1 1軸承軸承2 215-3 軸的強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度校核15-3 15-3 軸的強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度校核一一. .按彎扭合成強(qiáng)度條件校核按彎扭合成強(qiáng)度條件校核 caca-1

8、-1 已知外載荷，軸的尺寸、已知外載荷，軸的尺寸、跨距；校核軸徑?？缇?；校核軸徑。步驟：步驟：1.1.作出受力簡圖；作出受力簡圖；2.2.求彎矩求彎矩MM；求水平面彎矩求水平面彎矩MMHH；求垂直面彎矩求垂直面彎矩MMV V；MMH H垂直面垂直面F Fr rF Fa aF FV1V1F FV2V2 MMV V水平面水平面F Ft tF FH1H1F FH2H215-3 軸的強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度校核 3.3.作扭矩圖作扭矩圖T T；求合成彎矩求合成彎矩 2V2HMMMMMT T4.4.求當(dāng)量彎矩求當(dāng)量彎矩22ca)T(MMMMcaca考慮由考慮由MM產(chǎn)生的彎曲產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力應(yīng)力 和由和由T T產(chǎn)生

9、的扭剪應(yīng)產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力力 ，應(yīng)力性質(zhì)不同而引入，應(yīng)力性質(zhì)不同而引入的應(yīng)力折合系數(shù)。的應(yīng)力折合系數(shù)。 對稱：對稱：脈動：脈動：靜：靜：1b1b16 . 0b0b13 . 0b1b1常用常用15-3 軸的強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度校核5.5.校核危險(xiǎn)截面強(qiáng)度；校核危險(xiǎn)截面強(qiáng)度；d1 . 0)T(MWM1322caca二二. . 按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核校核（P365）四四. . 提高軸強(qiáng)度的措施提高軸強(qiáng)度的措施三三. . 按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核合理布置軸上零件合理布置軸上零件減小軸上載荷減小軸上載荷減小軸上應(yīng)力集中減小軸上應(yīng)力集中改善軸的表面質(zhì)量改善軸的表面質(zhì)量，提高疲勞強(qiáng)

10、度，提高疲勞強(qiáng)度15-4 軸的剛度計(jì)算簡軸的剛度計(jì)算簡介介15-3 15-3 軸的剛度計(jì)算簡介軸的剛度計(jì)算簡介一一. .扭轉(zhuǎn)剛度扭轉(zhuǎn)剛度二二. .彎曲剛度彎曲剛度習(xí)題課習(xí)題課4321n11010404036365252101048481010解：解：一一.選材料，定熱處理選材料，定熱處理45鋼，調(diào)質(zhì)，鋼，調(diào)質(zhì)，-1=60MPa二二.初算軸徑初算軸徑nPAd30mm92.3416551123 一一. .設(shè)計(jì)圖示二級圓柱齒輪減設(shè)計(jì)圖示二級圓柱齒輪減速器中輸出軸速器中輸出軸，已知軸，已知軸傳遞傳遞功率功率P=5kWP=5kW，n=165r/minn=165r/min，齒輪齒輪4 4左旋，左旋，d d

11、4 4=206.96mm=206.96mm，=9=90 04147”4147”，軸承采用，軸承采用7200AC7200AC型，油潤滑型，油潤滑, ,采用彈性采用彈性柱銷聯(lián)軸器。柱銷聯(lián)軸器。習(xí)題課習(xí)題課三三.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮單鍵槽：考慮單鍵槽：d1.03=35.97mm，取，取dmin=36mm1.確定裝配方案確定裝配方案2.考慮軸向和周向定位方法，設(shè)計(jì)階梯軸結(jié)構(gòu)考慮軸向和周向定位方法，設(shè)計(jì)階梯軸結(jié)構(gòu)根據(jù)根據(jù)dmin=36mm，Nmm43409116551055. 95 . 1TKT6Aca查手冊，聯(lián)軸器選查手冊，聯(lián)軸器選HL3型型d=38mm，L1=60mm38385 58 838385

12、58 8習(xí)題課習(xí)題課密封圈處軸徑：密封圈處軸徑：（標(biāo)準(zhǔn)系列：（標(biāo)準(zhǔn)系列：.25，28，30，32，35，38，40，42，45，48，50，55，60.）45455050軸承選用軸承選用7210AC：d dD D B B d da a D Da a a= a=+c+c1 1+c+c2 2+5=47+5=474 47 7+c+c1 1+c+c2 2+5=8+18+16+5=47mm+5=8+18+16+5=47mm扳手空間扳手空間M12575750505252626245mm505090 90 20 20 57 57 83 83 26.3 26.3a aB B區(qū)分加工面與非加工面區(qū)分加工面與非加

13、工面38385 58 845455050+c+c1 1+c+c2 2+5=47+5=474 47 75757505052526262B B習(xí)題課習(xí)題課2 210+40-2+10+2=6010+40-2+10+2=604 48 810+10+2 21 10 0 油潤滑：油潤滑：=35mm脂潤滑：脂潤滑：=812mm軸承軸承V齒齒2m/s( (兩對齒輪中大者）兩對齒輪中大者）V齒齒2m/s取取=5mm求跨距：求跨距：mm3 .110aB472102520(260L1）202025251L2L3Lmm3 .110,mm7 .82a24860BL2mm7 .82mm7 .34aB12248L3mm7

14、.34習(xí)題課習(xí)題課四四.軸的強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度校核1.作受力簡圖作受力簡圖軸承軸承1 1軸承軸承2 2MMH HNmm289394nP1055. 9T6N2797dT2F4tN1033tancosFFtrN478tanFFta2.求彎矩求彎矩M求水平面支反力和彎矩求水平面支反力和彎矩MHN8277 .347 .827 .342797LLLFF323t1HN1970FFF1Ht2HNmm68393LFM21HH6839368393F Ft tF FH1H1F FH2H2水平面水平面習(xí)題課習(xí)題課垂直面垂直面F Fr rF Fa aF FV1V1F FV2V2 MMV VN116LL2dFLFF324a3r1V求合成彎矩求合成彎矩M求垂直面支反力和彎矩求垂直面支反力和彎矩MVN1149FFF1Vr2VNmm9593LFM21V1VNmm39870LFM32V2V959395933987039870Nmm69062MMM21V21H1Nmm79166MMM22V22H2791667916669062690623.作扭矩圖作扭矩圖T2893942893944.求當(dāng)量彎矩求當(dāng)量彎矩McaNmm186867)2893946 . 0(69062)T(MM222211caNmm79166MM22c77