十五章軸課件知識講解

2012年12月機械設(shè)計第十五章軸§1、概述一、主要功用二、分類1、按承載分心軸：只承受彎曲（M），不傳遞轉(zhuǎn)矩（T=0）1、支承軸上回轉(zhuǎn)零件（如齒輪）轉(zhuǎn)動心軸：軸轉(zhuǎn)動固定心軸：軸固定2、傳遞運動和動力問：火車輪軸屬于什么類型？問：自行車軸屬于什么類型？轉(zhuǎn)軸：既傳遞轉(zhuǎn)矩（T）、又承受彎矩（M）如：減速器中的軸。傳動軸：只受轉(zhuǎn)矩，不受彎矩M=0，T≠0

如：汽車下的傳動軸。曲軸：發(fā)動機專用零件2、按軸線形狀分直軸又可分為實心、空心（加工困難）光軸階梯軸鋼絲軟軸：軸線可任意彎曲，傳動靈活。動力源被驅(qū)動裝置接頭接頭鋼絲軟軸三、軸的材料1、碳素鋼：30、35、45、50(正火或調(diào)質(zhì))，45應(yīng)用最廣。

價廉，對應(yīng)力集中不敏感，良好的加工性。2、中、低碳合金鋼：強度高、壽命長，對應(yīng)力集中敏感，用于重載、小尺寸的軸。鋼絲軟軸的繞制注意：鋼材種類熱處理對鋼材彈性模量E影響很小，3、合金鑄鐵、QT：鑄造成形，吸振，可靠性低，品質(zhì)難控制，常用于凸輪軸、曲軸。四、軸設(shè)計的主要問題失效形式：1、疲勞破壞—疲勞強度校核。2、變形過大—剛度驗算（如機床主軸）。問：當軸的剛度不足時，如何提高軸的剛度？∴用熱處理合金鋼不能提高軸的剛度。3、振動折斷—高速軸，自振頻率與軸轉(zhuǎn)速接近；4、塑性變形—短期尖峰載荷—驗算屈服強度。設(shè)計的主要問題：a、有足夠的強度—疲勞強度、靜強度；1、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計—保證軸上零件有可靠的工作位置；裝配、拆卸方便；周向、軸向固定可靠；便于軸上零件的調(diào)整；b、有足夠的剛度—防止產(chǎn)生大的變形；c、有足夠的穩(wěn)定性—防止共振—穩(wěn)定性計算。2、工作能力計算二、要求1、軸與軸上零件要有準確的相對位置；2、受力合理——軸結(jié)構(gòu)有利于提高軸的強度和剛度；3、軸的加工、裝配有良好的工藝性、減少應(yīng)力集中；三、軸的毛坯d小——圓鋼（棒料）：車制；d大——鍛造毛坯；空心軸：充分利用材料，↓質(zhì)量，但加工困難。§2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計一、目的確定軸的尺寸、形狀：d、l；結(jié)構(gòu)復(fù)雜——鑄造毛坯，如曲軸；☆☆☆☆重點四、階梯軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計F等強度階梯軸1、擬定軸上零件裝配方案動畫（平面flash、三維avi）組成軸頸：裝軸承處尺寸=軸承內(nèi)徑；軸頭：裝輪轂處直徑與輪轂內(nèi)徑相當；軸身：聯(lián)接軸頸和軸頭部分；裝配方案的比較：2、零件在軸上的固定（1）軸向固定a）借助軸本身形狀定位：軸肩、圓錐形軸頭；b）借助擋圈、圓螺母、套筒等定位；注意：防止過定位

L軸段長度=B輪轂寬-(2~3)mm保證軸上零件可靠定位：軸圓角半徑r＜軸上零件倒角尺寸c＜軸肩高度h

或軸圓角半徑r＜軸上零件圓角半徑R＜軸肩高度h（2）周向固定鍵、花鍵、成形聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)接、過盈、銷等——軸轂聯(lián)接軸肩定位軸肩：h=(0.07~0.1)dd：軸頸尺寸；非定位軸肩：h=(1~2)mm；五、軸段尺寸1、d：由載荷→dmin→由結(jié)構(gòu)設(shè)計要求確定各段的d。2、L：由軸上零件相對位置及零件寬度決定，同時考慮：1）軸段長比輪轂寬小2~3mm——可靠定位。2）傳動件、箱體、軸承、聯(lián)軸器等零件間距離(查手冊)。固定方式＞軸結(jié)構(gòu)的改錯實例1,2注意：各軸段直徑d和長度L的確定。六、軸的結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計1、需磨削的軸段：砂輪越程槽。3、軸端應(yīng)有倒角：c×45°——便于裝配。4、裝配段不宜過長。5、固定不同零件的各鍵槽應(yīng)布置在同一母線上，以減少裝夾次數(shù)。2、需切制螺紋的軸段：螺紋退刀槽。§3、軸的強度計算一、按許用切應(yīng)力計算（按扭轉(zhuǎn)強度計算）強度條件：式中：WT——抗扭截面系數(shù)，mm3[τT]——許用切應(yīng)力C——與材料有關(guān)的系數(shù)（表16.2）公式應(yīng)用：a）傳動軸精確計算；b）轉(zhuǎn)軸的初估軸徑dmin——結(jié)構(gòu)設(shè)計，逐步階梯化di（∵支點、力作用點未知）；c）對于轉(zhuǎn)軸：算出dmin→結(jié)構(gòu)設(shè)計→彎矩圖→彎扭合成強度計算；d）有鍵槽處：↑d，單鍵——↑3%；雙鍵——↑7%。二、按許用彎曲應(yīng)力計算（彎扭合成強度計算）已知條件：作用力大小、位置、軸d、l、支點位置由dmin(扭轉(zhuǎn)初估)→結(jié)構(gòu)設(shè)計→支點、力大小、作用點→畫出M、T合成彎矩圖→危險截面→計算。步驟：P3141、畫出軸的空間受力簡圖：力分解到水平面、垂直面2、作水平面彎矩Mxy圖和垂直面彎矩Mxz圖3、作出合成彎矩圖4、繪轉(zhuǎn)矩T圖5、求當量彎矩，繪圖α——根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)不同而引入的應(yīng)力校正系數(shù)。σ——一般為對稱循環(huán)變化（彎矩引起的彎曲應(yīng)力）（M）1）單向旋轉(zhuǎn)、載荷穩(wěn)定：切應(yīng)力接近不變r=+1，2）單向旋轉(zhuǎn)、載荷不穩(wěn)定：切應(yīng)力接近脈動循環(huán)r=0，3）連續(xù)正反轉(zhuǎn)、載荷不穩(wěn)定：切應(yīng)力接近對稱循環(huán)，r=-1，T※實際機器運轉(zhuǎn)不可能完全均勻，且有扭轉(zhuǎn)振動的存在，為安全計，常按脈動轉(zhuǎn)矩計算。循環(huán)特性：靜應(yīng)力r=+1（），脈動循環(huán)r=0（，）對稱循環(huán)r=-1（，）6、強度條件：W——軸的抗彎截面系數(shù)，P332附錄表75、確定危險截面。若軸上開鍵槽：d適當↑單鍵：↑（3~5）%，雙鍵：↑（7~10）%花鍵：計算出的d為內(nèi)徑。三、軸的安全系數(shù)校核計算（精確計算）1、疲勞強度校核1）按計算：尺寸系數(shù)（εσ、ετ）表面狀態(tài)β應(yīng)力集中（kσ、kτ）∴重要軸：需進一步在軸結(jié)構(gòu)化后進行精確計算。沒有精確計入影響疲勞強度的其它重要因素。2）方法：對軸上若干“危險剖面”（實際應(yīng)力較大的剖面，如受力較大、截面較小及應(yīng)力集中較嚴重處）進行安全系數(shù)校核。3）基本公式：單純受彎：單純受扭：kσ、kτ——有效應(yīng)力集中系數(shù)，P329、P330；β——表面狀態(tài)系數(shù)P331；εσ、ετ——尺寸系數(shù)P331；復(fù)合安全系數(shù)：2、靜強度校核校核軸對塑性變形的抵抗能力（尖峰載荷）。σmax、τTmax——尖峰載荷所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力、切應(yīng)力；σsb、τs——材料的彎曲和剪切屈服極限；例16.2§4、軸的剛度計算（自學(xué)）軸的變形：撓度、轉(zhuǎn)角、扭角§5、軸的臨界轉(zhuǎn)速（略）§6、提高軸的強度、剛度和減輕重量的措施1、合理布置軸上零件，↓軸受扭矩。a)不合理的布置b)合理的布置2、改進軸上零件結(jié)構(gòu)，↓軸彎矩。a)不合理的布置b)合理的布置3、載荷分擔，↓軸上載荷卸荷帶輪：雙聯(lián)齒輪斜齒輪：兩斜齒輪旋向應(yīng)相同4、采用力平衡或局部相互抵消的辦法減少軸的載荷。行星齒輪減速器：多個行星輪均布5、改變支點位置，改善軸的強度和剛度。更差！錐齒輪減速器結(jié)構(gòu)圖6、改進軸的結(jié)構(gòu),減少應(yīng)力集中1）避免相鄰軸徑相差太大；3）合理選擇