轴学习教案

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1、会计学1第一页，共55页。、概述、概述(i (i sh)sh)一、主要一、主要(zhyo)(zhyo)功用功用二、分类二、分类(fn li)(fn li)1、按承载分：轴的功用：1）支承回转件； 2）传递运动和动力。 第1页/共55页第二页，共55页。第2页/共55页第三页，共55页。根据承载情况下列(xili)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否传递扭矩：如何判断轴是否承受弯矩：第3页/共55页第四页，共55页。2、按轴线(zhu xin)形状分又可分为实心(shxn)、空心（加工困难）第4页/

2、共55页第五页，共55页。钢丝(n s)软轴的绕制第5页/共55页第六页，共55页。三、轴的材料三、轴的材料(cilio)(cilio)（表（表15-15-1 1）1、碳素钢：30、35、45、50(正火或调质)，45应用最广。 价廉，对应力(yngl)集中不敏感，良好的加工性。2、中、低碳合金钢：强度高、寿命长，对应力集中敏感，用于重载(zhn zi)、小尺寸的轴。动力源被驱动装置接头接头第6页/共55页第七页，共55页。注意：钢材种类热处理对钢材弹性模量E影响很小，3、合金铸铁、QT：铸造成形(chn xn)，吸振，可靠性低，品质难控制，常用于凸轮轴、曲轴。合金钢比碳钢有更高的强度和更好的

3、淬火性能。 一般情况(qngkung)下用碳钢，重要的轴用合金钢。 合金钢代替(dit)碳钢并不能提高轴的刚度。第7页/共55页第八页，共55页。四、轴设计(shj)的主要内容 轴的设计(shj)过程：根据轴上零件的安装、固定及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构和尺寸。校核轴的强度、刚度和振动稳定性等。结构设计：承载能力计算：轴的设计包括：选材料验算合格?结 束yesno轴的承载能力计算估算轴的直径轴的结构设计第8页/共55页第九页，共55页。二、要求二、要求(yoqi)(yoqi)1、轴与轴上零件要有准确的相对(xingdu)位置；2、受力合理(hl)轴结构有利于提高轴的强度和刚度

4、；3、轴的加工、装配有良好的工艺性、减少应力集中；三、轴的毛坯三、轴的毛坯d小圆钢（棒料）：车制；d大锻造毛坯；空心轴：充分利用材料，质量，但加工困难。轴的结构设计轴的结构设计一、目的一、目的确定轴的尺寸、形状：d、l；结构复杂铸造毛坯，如曲轴；4、节省材料、减轻重量第9页/共55页第十页，共55页。四、轴的结构设计四、轴的结构设计F等强度阶梯轴1、拟定轴上零件装配(zhungpi)方案组成：联接和部分；第10页/共55页第十一页，共55页。轴身轴颈轴头(zhu tu)第11页/共55页第十二页，共55页。装配方案(fng n)的比较：第12页/共55页第十三页，共55页。滚 动 轴 承齿 轮

5、套 筒轴 承 端 盖半 联 轴 器轴 端 挡 圈rRhrChb2-3mm2、零件(ln jin)在轴上的固定（1）轴向固定(gdng)第13页/共55页第十四页，共55页。a）借助轴本身(bnshn)形状定位：轴肩、圆锥形轴头；b）借助(jizh)挡圈、圆螺母、套筒等定位；注意注意(zh y)(zh y)：L L轴段长度轴段长度=B=B轮毂宽轮毂宽-(23)mm-(23)mm 或 第14页/共55页第十五页，共55页。：h= (0.070.1)d d：轴颈尺寸；第15页/共55页第十六页，共55页。轴端挡圈圆螺母第16页/共55页第十七页，共55页。第17页/共55页第十八页，共55页。第18

6、页/共55页第十九页，共55页。（2）周向固定(gdng)键、花键、成形联接(lin ji)、弹性环联接(lin ji)、过盈、销等 轴毂联接(lin ji)五、各轴段尺寸五、各轴段尺寸(ch cun)(ch cun)的确定的确定1、d：由载荷dmin由结构设计要求确定各段的d。2、L：由轴上零件相对位置及零件宽度决定，同时考虑：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(查手册)。3）轴颈的长度一般等于轴承的宽度第19页/共55页第二十页，共55页。六、轴的结构六、轴的结构(jigu)(jigu)工艺性设计工艺性设计1、需磨削的轴段：砂轮越程槽。3、轴端

7、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。第20页/共55页第二十一页，共55页。四处四处(sch)错误错误正确正确(zhngqu)答案答案三处错误三处错误(cuw)正确答案正确答案第21页/共55页第二十二页，共55页。错误错误(cuw)1.左侧左侧(zu c)键太长，套筒键太长，套筒无法装入无法装入2.多个键应位多个键应位于于(wiy)同同一母线上一母线上第22页/共55页第二十三页，共55页。轴的强度轴的强度(qingd)(qingd)计算计算一、按许用切应力计算（按扭转一、按许用切应力计算（按扭转(nizhun)(nizhun)强

8、度计算）强度计算）强度条件： aTTTTMPWnPWT61055. 9mmnPCnPdT3336 2 . 01055. 9式中：WT抗扭截面(jimin)系数，mm3T许用切应力C与材料有关的系数第23页/共55页第二十四页，共55页。扭转强度公式扭转强度公式(gngsh)一般用来初算轴的直径，一般用来初算轴的直径，计算出的计算出的 d 作为轴最细处的直径作为轴最细处的直径 dmin 。弯矩相对弯矩相对(xingdu)(xingdu)转矩较小或只受转矩时，转矩较小或只受转矩时，C C 取小值。取小值。若考虑到开键槽对轴强度的削弱若考虑到开键槽对轴强度的削弱(xuru)(xuru)，则轴的，则轴

9、的直径应相应增大。直径应相应增大。 对于对于d d100mm100mm，开一个键槽，开一个键槽，d d 值增大值增大3% ,3% ,开两个键槽，增大开两个键槽，增大7% 7% ；对于；对于d100mmd100mm，开一个键槽，开一个键槽，d d 值增大值增大57% ,57% ,开两个键槽，增开两个键槽，增大大1015% 1015% ；弯矩较大时，弯矩较大时，C 取大值。取大值。注意：注意： 系数系数 C C 与轴的材料和承载情况有关。与轴的材料和承载情况有关。第24页/共55页第二十五页，共55页。公式(gngsh)应用：a）传动轴的计算(j sun)；b）转轴的初估轴径dmin结构设计，逐步

10、(zhb)阶梯化 c）对于转轴：算出dmin结构设计弯矩图弯扭 合成强度计算；第25页/共55页第二十六页，共55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（弯扭合成强度计算计算(j sun)(j sun)）已知条件(tiojin)：作用力大小、位置、轴d、l、支点位置由dmin(扭转初估)结构设计支点、力大小、作用点画出M、T合成弯矩图危险(wixin)截面计算。1、画出轴的空间受力简图：力分解到水平面、垂直面第26页/共55页第二十七页，共55页。2、作水平面弯矩MH图和垂直面弯矩MV图22VHMMM3、作出合成弯矩图4、绘转矩T图第27页/

11、共55页第二十八页，共55页。5、求当量弯矩22)( TMM，绘M 图 根据(gnj)转矩性质不同而引入的应力校正系数。 一般为对称循环变化（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28页/共55页第二十九页，共55页。 实际机器运转不可能完全均匀，且有扭转振动的存在，为安全计算(j sun)，常按脉动转矩计算(j sun)。循环特性：maxminr6、强度(qingd)条件：abbMPdTMW

12、M1 . 0)(1322mmMdb31 1 . 0W轴的抗弯截面(jimin)系数5、确定危险截面。第29页/共55页第三十页，共55页。若轴上开键槽(jinco)：d适当单键：（35）%，双键：（710）%花键：计算(j sun)出的d为内径。三、轴的安全系数校核三、轴的安全系数校核(xio h)(xio h)计算（精确计算）计算（精确计算）1、疲劳强度校核按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。考虑第30页/共55页第三十一页，共55页。2、静强度(qingd)校核校核轴对塑性变形的抵抗能力（尖

13、峰(jin fn)载荷）。maxsbSmaxTsSmax、Tmax尖峰载荷所产生(chnshng)的弯曲应力、切应力；sb、s材料的弯曲和剪切屈服极限；第31页/共55页第三十二页，共55页。l在轴的设计(shj)中要注意的几个问题：l1）要合理选择危险(wixin)剖面l由于轴的各剖面的当量弯矩和直径不同，因此轴的危险剖面的当量弯矩较大或轴的直径较小处，一般选一个或二个危险剖面核算。第32页/共55页第三十三页，共55页。l可用增大轴的直径，改用强度较高的材料或改变热处理方法等措施来提高轴的强度；但如若e比-1b小很多时，是否(sh fu)要减小轴的直径应综合考虑其他因素而定。l有时单从强度

14、观点轴的尺寸似可缩小，不过却受到其他条件的限制。例如刚度，振动稳定性，加工和装配工艺条件以及与轴有关联的其他零件和结构的限制等。因此必须就所有条件进行全面考虑，才能作出改变轴结构尺寸的决定。第33页/共55页第三十四页，共55页。1、根据传递功率为、根据传递功率为P，高速轴转速为，高速轴转速为 n1 ，用扭转，用扭转(nizhun)强度公式初算轴的最强度公式初算轴的最小直径小直径dmin 。2、根据、根据(gnj)初算轴径，进行轴的结构设初算轴径，进行轴的结构设计。计。3、按弯扭合成强度、按弯扭合成强度校核轴的危险截面校核轴的危险截面。N将将 dmin 圆整成标准直径（查圆整成标准直径（查“机

15、械设计课程设计机械设计课程设计”）mmnPCd3min 第34页/共55页第三十五页，共55页。危险危险(wixin)截面：截面：M最大的截最大的截面；面；22VHMMM 画出空间画出空间(kngjin)受力图，求出受力图，求出支反力；支反力； 分别分别(fnbi)作出水平面受力图和垂直面受力图作出水平面受力图和垂直面受力图； 分分别作出水平面弯矩图别作出水平面弯矩图MH和垂直面弯矩图和垂直面弯矩图MV ； 求求合成弯矩：合成弯矩：22)(TMM 求危险截面的当量弯矩：求危险截面的当量弯矩：靠近靠近M max ，直径较小的截面。，直径较小的截面。 按弯扭合成强度条件，校核按弯扭合成强度条件，校

16、核轴的强度，危险剖轴的强度，危险剖面应满足：面应满足： ：第35页/共55页第三十六页，共55页。危险危险(wixin)截面截面直径直径若强度若强度(qingd)不足，应适当增大轴不足，应适当增大轴径。径。 2122/mmNWTMbe 对于一般的轴，设计计算到此即可。对于重要的轴还对于一般的轴，设计计算到此即可。对于重要的轴还得进行危险剖面安全系数（疲劳强度得进行危险剖面安全系数（疲劳强度(qingd)和静强和静强度度(qingd)）校核。）校核。 mmMdbe311 . 0 若该截面有键槽，将计算出的轴径加大若该截面有键槽，将计算出的轴径加大4%。例题第36页/共55页第三十七页，共55页。

17、（二）.按弯扭合成校核(xio h)轴的强度（一）.轴的结构设计 1.确定轴的最小直径(zhjng)2.确定轴的各段直径(zhjng)3.确定轴的各段长度mmnPCnPdT3336 2 . 01055. 9第37页/共55页第三十八页，共55页。 4.作出扭矩图T 5.作出当量(dngling)弯矩图WTMWMb22)(6.强度校核22)( TMM（二）.1.作出轴的受力图(lt)，计算支反力；2.作出弯矩图 水平弯矩 MH FtMHMV22. 3VHMMM合成弯矩：第38页/共55页第三十九页，共55页。第39页/共55页第四十页，共55页。第40页/共55页第四十一页，共55页。）（当量轴

18、径542 iiiVlldd其中： li 、di轴上第i段的长度(chngd)和直径；mm弯曲刚度条件： 挠度 y y 偏转角 yF F第41页/共55页第四十二页，共55页。五. 轴的振动及临界(ln ji)转速 轴是一弹性体，旋转时，会产生弯曲振动、扭转(nizhun)振动及纵向振动。 当轴的振动频率与轴的自振频率相同时，就会发生共振。 共振时轴的转速称为临界转速。 临界转速有多个，其中一阶临界转速（其转速最低）下的共振最激烈。第42页/共55页第四十三页，共55页。 一般通用机械中的轴很少发生(fshng)共振。高速轴易共振，多为弯曲共振。单圆盘(yun pn)轴的一阶临界转速 nc1 0

19、1ygc满足上述条件的轴就是具有(jyu)了弯曲振动的稳定性。 011964ync（rad/s）；（r/min）要求： n nc1要求： nc1 n nc2刚性轴：工作转速 n 低于 nc1 的轴，挠性轴：工作转速 n 超过 nc1 的轴，第43页/共55页第四十四页，共55页。T1T2T3T4T4T3T1T2输入轮输入轮4324312115.4 15.4 提高轴的强度、刚度和减轻重量提高轴的强度、刚度和减轻重量(zhngling)(zhngling)的措施的措施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44页/共55页第四十五页，共55页。MmaxMm

20、ax2、改进轴上零件(ln jin)结构，轴弯矩。a)不合理的布置(bzh)b)合理(hl)的布置第45页/共55页第四十六页，共55页。3、载荷(zi h)分担，轴上载荷(zi h)卸荷带轮：第46页/共55页第四十七页，共55页。ABBAa)分装齿轮b)双联齿轮双联齿轮(chln)斜齿轮：4、采用力平衡或局部相互抵消(dxio)的办法减少轴的载荷。第47页/共55页第四十八页，共55页。行星齿轮减速器：第48页/共55页第四十九页，共55页。a)悬臂支承方案b)简支支承方案5、改变(gibin)支点位置，改善轴的强度和刚度。c)悬臂支承方案(正安装）第49页/共55页第五十页，共55页。锥

21、齿轮减速器结构图第50页/共55页第五十一页，共55页。6、改进轴的结构,减少(jinsho)应力集中1）避免(bmin)相邻轴径相差太大；第51页/共55页第五十二页，共55页。3）表面(biomin)打印、紧定螺钉端坑等合理(hl)选择键槽(盘铣)；2）适当(shdng)加大过渡圆角r第52页/共55页第五十三页，共55页。r1.05dddd17、改善(gishn)表面品质，疲劳强度。表面(biomin)粗糙度；表面(biomin)强化：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53页/共55页第五十四页，共55页。作业(zuy)第54页/共55页第五十五页，共55页。