机械设计第十五章-轴学习教案

《机械设计第十五章-轴学习教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计第十五章-轴学习教案（57页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、会计学1机械设计第十五章机械设计第十五章-轴轴第一页，共57页。15-115-1、概述、概述(i sh)(i sh)一、轴的功用一、轴的功用(gngyng)(gngyng)二、轴的分类二、轴的分类(fn li)(fn li)1、按承受载荷分1、支承轴上回转零件（如齿轮）：轴转动：轴固定2、传递运动和动力第1页/共57页第二页，共57页。火车(huch)轮轴自行车轴第2页/共57页第三页，共57页。第3页/共57页第四页，共57页。问：根据(gnj)承载情况分析下列各轴分别为哪种类型？0 轴：轴：轴：轴：轴：轴：传动轴转轴(zhunzhu)转动(zhun dng)心轴转轴转轴转动心轴如何判断轴是

2、否传递扭矩：如何判断轴是否承受弯矩：第4页/共57页第五页，共57页。2、按轴线(zhu xin)形状分又可分为(fn wi)实心、空心：轴线可任意弯曲，传动灵活。第5页/共57页第六页，共57页。动力源被驱动装置接头接头钢丝(n s)软轴的绕制第6页/共57页第七页，共57页。三、轴的材料三、轴的材料(cilio)(cilio)1、碳素钢：35、40、45、50(正火或调质(dio zh)，45应用最广。 价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。2、中、低碳合金钢：强度高、寿命长，价贵，对应力中敏感 用于重载、小尺寸的轴和高温(gown)或低温条件下的轴。注意：钢材种类热处理对钢材弹性模量E影

3、响很小，用热处理3、铸铁、QT：铸造成形，吸振，可靠性低，品质难控制，常用于凸轮轴、曲轴。第7页/共57页第八页，共57页。表表15-1 轴的常用材料轴的常用材料(cilio)及其主要力学性能及其主要力学性能第8页/共57页第九页，共57页。设计的主要(zhyo)内容：1、结构设计轴和轴上零件应有正确而可靠(kko)的工作位置；轴应便于加工，轴上零件应便于装拆；轴的受力合理，尽量减少应力集中等。2、工作能力(nngl)计算（2）塑性变形 短期尖峰载荷 验算屈服强度。（4）振动折断 高速轴，自振频率与轴转速接近。（3）变形过大 刚度验算（如机床主轴）。（1）疲劳断裂 疲劳强度校核。四、轴设计的主

4、要内容四、轴设计的主要内容第9页/共57页第十页，共57页。五、轴的设计五、轴的设计(shj)(shj)过程过程轴的设计轴的设计(shj)(shj)分三步进行分三步进行: :1、初定(ch dn)轴径;2、结构设计:画草图,确定轴的各段尺寸,得到轴的跨距和力的作用点;3、计算弯矩、弯曲应力及扭剪应力，进行校核计算。已知已知条件条件选择选择轴的轴的材料材料初算初算轴径轴径结构结构设计设计计算计算弯矩弯矩校核校核计算计算完善完善设计设计修改直径修改直径转轴设计程序框图第10页/共57页第十一页，共57页。二、要求二、要求(yoqi)(yoqi)1、轴和轴上零件要有准确(zhnqu)可靠的相对位置；

5、2、受力合理(hl)有利于提高轴的强度和刚度；3、良好的结构工艺性轴应便于加工，轴上零件 应便于装拆；15-215-2、轴的结构设计、轴的结构设计一、目的一、目的确定轴的形状、尺寸：dl；4、节省材料，减轻重量；5、形状和尺寸有利于减小应力集中；第11页/共57页第十二页，共57页。三、阶梯三、阶梯(jit)(jit)轴的结构设计轴的结构设计第12页/共57页第十三页，共57页。（一）拟定(ndng)轴上零件装配方案第13页/共57页第十四页，共57页。（二）零件(ln jin)在轴上的定位1、轴向定位、轴向定位(dngwi)（1）轴肩定位）轴肩定位(dngwi)第14页/共57页第十五页，共

6、57页。rRhR轴肩圆角半径圆角半径轴肩高11rChC轴肩圆角半径倒角轴肩高第15页/共57页第十六页，共57页。（2）套筒定位）套筒定位(dngwi)轴承与齿轮之间轴承与齿轮之间（3）圆螺母定位）圆螺母定位相邻零件相邻零件(ln jin)间距大间距大第16页/共57页第十七页，共57页。（4）轴端挡圈）轴端挡圈（5）弹性）弹性(tnxng)挡圈挡圈轴向力小轴向力小削弱轴的强度削弱轴的强度第17页/共57页第十八页，共57页。（6）紧定螺钉）紧定螺钉(ludng)传递力小传递力小键、花键、成形(chn xn)连接、弹性环连接、过盈、销等2、周向定位、周向定位(dngwi) 轴毂连接轴毂连接第1

7、8页/共57页第十九页，共57页。T1T2T3T4T4T3T1T2输入轮输入轮43243121（三）有利于提高轴的强度、刚度和减轻(jinqng)重量1、合理(hl)布置轴上零件，轴受扭矩a)不合理的布置(bzh)b)合理的布置第19页/共57页第二十页，共57页。MmaxMmax2、改进(gijn)轴上零件结构，轴弯矩a)不合理的布置(bzh)b)合理(hl)的布置第20页/共57页第二十一页，共57页。3、载荷(zi h)分担，轴上载荷(zi h)卸荷带轮：第21页/共57页第二十二页，共57页。ABBAa)分装齿轮b)双联齿轮双联齿轮(chln)斜齿轮：4、采用(ciyng)力平衡或局部

8、相互抵消的办法减少轴的载荷第22页/共57页第二十三页，共57页。行星齿轮减速器：第23页/共57页第二十四页，共57页。a)悬臂支承方案b)简支支承方案5、改变支点位置，改善(gishn)轴的强度和刚度c)悬臂支承方案(正安装）第24页/共57页第二十五页，共57页。锥齿轮减速器结构图第25页/共57页第二十六页，共57页。6、改进(gijn)轴的结构,减少应力集中1）避免(bmin)相邻轴径相差太大；第26页/共57页第二十七页，共57页。3）表面(biomin)打印、紧定螺钉端坑等，合理选择(xunz)键槽(盘铣)；2）适当(shdng)过渡圆角r，或用凹切圆角、肩环；第27页/共57页

9、第二十八页，共57页。r1.05dddd17、改善表面(biomin)品质，疲劳强度。表面(biomin)粗糙度；表面(biomin)强化：表面(biomin)高频淬火、表面(biomin)渗碳、氮化、氰化、 辗压、喷丸等。4）过盈配合轴：开减载槽；a)过盈配合应力集中 b)轮毂上开卸载槽 c)轴上开卸载槽 d)增大轴径第28页/共57页第二十九页，共57页。1、需磨削的轴段：砂轮越程槽。3、轴端应有倒角：c45便于装配。4、装配段不宜过长。5、固定不同零件的2、需切制螺纹的轴段：螺纹退刀槽。（四）良好的结构工艺性便于(biny)装拆，便于(biny)制造第29页/共57页第三十页，共57页。

10、四、轴段尺寸四、轴段尺寸(ch cun)(ch cun)的确定的确定1、径向尺寸的确定(qudng)：由扭矩dmin由结构设计要求确定(qudng)各段的d。第30页/共57页第三十一页，共57页。1）轴段长比轮毂宽小23mm可靠定位。2）传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离(jl)(查手册)。2、轴向尺寸的确定(qudng)：由轴上零件相对位置及零件宽度决定，同时考虑：第31页/共57页第三十二页，共57页。（1）箱体内壁位置(wi zhi)的确定H=1015mmA=b+2HA应圆整应圆整第32页/共57页第三十三页，共57页。（2）轴承座端面位置(wi zhi)的确定C=+C1+C2+(

11、510)mm-箱体壁厚箱体壁厚C1、C2-螺栓扳手螺栓扳手(bn shou)空间空间B=A+2CB应圆整应圆整第33页/共57页第三十四页，共57页。（3）轴承(zhuchng)在轴承(zhuchng)座孔中位置的确定 值尽量值尽量(jnling)小小减小支点距离减小支点距离油润滑时油润滑时= (38)mm脂润滑时脂润滑时= (1015)mm第34页/共57页第三十五页，共57页。(1)当轴端安装弹性(tnxng)套柱销联轴器时K值由联轴器的型号确定(2)当使用(shyng)凸缘式轴承盖时K值由连接 螺栓长度确定(3)当轴承(zhuchng)盖与轴端零件都不需拆卸时,一般取K=5mm8mm（4

12、）轴的外伸长度的确定第35页/共57页第三十六页，共57页。第36页/共57页第三十七页，共57页。15-3 15-3 轴的强度轴的强度(qingd)(qingd)计算计算一、按许用切应力计算一、按许用切应力计算(j sun)(j sun)（按扭转强度计算（按扭转强度计算(j sun)(j sun)）强度条件： aTTTTMPWnPWT61055. 9633309.55 100.2TPPdAmmnn式中：WT抗扭截面(jimin)系数，mm3T许用切应力与材料有关的系数（表15-3）0A第37页/共57页第三十八页，共57页。公式(gngsh)应用：a）传动轴精确(jngqu)计算；b）转轴的

13、初估轴径dmin结构设计，逐步(zhb)阶梯化di （ 支点、力作用点未知）；c）对于转轴：算出dmin结构设计弯矩图弯扭 合成强度计算；d）有键槽处：d，单键3%；双键7%。第38页/共57页第三十九页，共57页。二、按许用弯曲应力计算二、按许用弯曲应力计算(j sun)(j sun)（弯扭合成强度计算（弯扭合成强度计算(j sun)(j sun)）已知条件：作用力大小(dxio)、位置、轴d、l、支点位置由dmin(扭转初估)结构设计支点(zhdin)、力大小、作用点画出M、T合成弯矩图危险截面计算。步骤：1、画出轴的空间受力简图：力分解到水平面、垂直面第39页/共57页第四十页，共57页

14、。2、作水平面弯矩Mxy图和垂直面弯矩Mxz图22xzxyMMM3、作出合成弯矩图4、绘扭矩T图第40页/共57页第四十一页，共57页。5、求当量弯矩22)( TMM，绘M 图 根据(gnj)扭矩性质不同而引入的应力校正系数。 一般为对称(duchn)循环变化（弯矩引起的弯曲应力）（M）1）单向旋转、载荷稳定：切应力接近不变r=+1，3 . 0/11bb2）单向旋转、载荷不稳定：切应力接近脉动循环r=0，6 . 0/01bb3）连续正反转、载荷不稳定：切应力接近对称循环，r= -1，1/11bbT第41页/共57页第四十二页，共57页。 实际机器运转不可能完全均匀(jnyn)，且有扭转振动的存

15、在，为安全计，常按脉动扭矩计算。循环特性：maxminr静应力r=+1 0amaxminm（），脉动循环r=0（2maxam，0min）对称循环r=-1（0m，minmaxa ）6、强度(qingd)条件：abbMPdTMWM1 . 0)(1322mmMdb31 1 . 0W轴的抗弯截面(jimin)系数，P373表15-45、确定危险截面。第42页/共57页第四十三页，共57页。若轴上开键槽(jinco)：d适当单键：（35）%，双键：（7 10）%花键：计算(j sun)出的d为内径。三、轴的安全系数校核计算三、轴的安全系数校核计算(j sun)(j sun)（精确计算（精确计算(j su

16、n)(j sun)）1、疲劳强度校核1）按M 计算：尺寸系数（、）表面状态应力集中（k、k） 重要轴：需进一步在轴结构化后进行精确计算。没有精确计入影响疲劳强度的其它重要因素。第43页/共57页第四十四页，共57页。2）方法：对轴上若干“危险剖面”（实际应力较大的剖面，如受力较大、截面较小及应力集中较严重(ynzhng)处）进行安全系数校核。3）基本(jbn)公式：mabNkkS1maNkkS1单纯(dnchn)受弯：单纯受扭：k、k有效应力集中系数；表面质量系数；、尺寸系数；第44页/共57页第四十五页，共57页。查表查表10-5应力集中系数：影响因素：圆角半径(bnjng)键槽、孔过盈配合

17、第45页/共57页第四十六页，共57页。表面质量系数：影响(yngxing)因素：表面强化处理表面粗糙度腐蚀情况尺寸(ch cun)系数：影响因素：尺寸(ch cun)大小材料性能第46页/共57页第四十七页，共57页。复合(fh)安全系数：22SSSSSS许用安全系数： 0SS和第47页/共57页第四十八页，共57页。2、静强度(qingd)校核校核轴对塑性变形的抵抗能力（尖峰(jin fn)载荷）。max、Tmax尖峰载荷(zi h)所产生的弯曲应力、切应力；s、s材料的弯曲和剪切屈服极限；000022000max0maxssSSSSSSSS000022000max0maxssSSSSSS

18、SS许用安全系数： 0SS和第48页/共57页第四十九页，共57页。设计时的轴的刚度(n d)条件为：yy 挠度偏转角 扭转角四、轴的刚度校核四、轴的刚度校核(xio h)(xio h)简介简介第49页/共57页第五十页，共57页。第50页/共57页第五十一页，共57页。等直径轴的挠曲线(qxin)近似微分方程EJMdxyd22对于(duy)阶梯轴，其当量直径iiimlldd（二）扭转变形(bin xng)计算radGJTlpradJlTGpiii1等直径轴扭转角阶梯轴做一次积分得偏转角方程，做二次积分得挠曲线方程，根据边界条件可得、y （一）弯曲变形计算第51页/共57页第五十二页，共57页。轴系结构设计改错轴系结构设计改错(i cu)(i cu)第52页/共57页第五十三页，共57页。11第53页/共57页第五十四页，共57页。1 12 23 34 4、5 56 6、7 78 89 9101011111212第54页/共57页第五十五页，共57页。111112121313第55页/共57页第五十六页，共57页。第56页/共57页第五十七页，共57页。