第12章轴解释.ppt

机械设计 Machine design §12-1 轴的类型和材料 §12-2 轴的结构设计 §12-3 轴的强度计算 §12-4 轴的刚度计算 第 12 章 轴 §12-6 轴的设计实例 §12-5 轴的振动及振动稳定性 轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。 按照所承受载荷类型的不同，轴可分为： 除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到不开敞地空 间位置。 ◆ 转　轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。 ◆ 心　轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。 ◆ 传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。 直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。 按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。 轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。 图例 轴的类型 　　碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性比较低，适用于一般要求的轴。 　　合金钢比碳钢有更高的力学性能和更好的淬火性能，在传递大功率并要求减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高温、低温和腐蚀条件下的轴常采用合金钢。 　　在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。 　　轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件，各种热处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。 轴的常用材料及其主要力学特性表 　　高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴，且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，但是质较脆。 轴的材料 轴的结构设计应该确定：轴的合理外形和全部结构尺寸。 一、拟定轴上零件的装配方案 二、轴上零件的定位 轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈和圆螺母等来保证的。 　　轴上零件的周向定位是通过键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合来实 现的。 轴的结构设计应该保证： ◆ 轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置； ◆ 轴上的零件应便于装拆和调整； ◆ 轴应具有良好的制造工艺性等。 　　轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定 几种装配方案，进行分析与选择。 详细说明 轴的结构设计 三、各轴毂直径和长度的确定 ◆ 首先按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径dmin。 ◆ 有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。 ◆ 安装标准件的轴径，应满足装配尺寸要求。 ◆ 有配合要求的零件要便于装拆。 ◆ 应保证轴上零件能可靠的轴向固定。 四、提高轴的强度的常用措施 ◆ 合理布置轴上零件以减小轴的载荷 ◆ 改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 ◆ 改进轴的结构以减小应力集中的影响 ◆ 改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 详细说明 轴的结构设计 五、轴的结构工艺性 在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单，工艺性越好。 轴上应有满足加工和装配所要求的倒角、圆角、螺纹退刀槽和砂轮越程槽等。 轴的结构设计 1．扭转强度条件计算 　　这种方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计算。在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。 实心轴的直径为： 轴的扭转强度条件为： 为了计及键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径 有一个键槽 有两个键槽 轴径d＞100mm 轴径增大3% 轴径增大7% 轴径d≤100mm 轴径增大5%～7% 轴径增大10%～15% 轴的强度计算 轴的材料 Q235A 35、 Q275 45 40Cr 、35SiMn τP/MPa 15～25 20～35 25～45 35～55 C 149～126 135～112 126～103 112～97 按转矩计算轴径时的τP和C值 2． 按弯扭合成进行强度条件验算 一般的转轴强度用这种方法验算。计算步骤如下： ① 轴的弯矩与扭矩分析 轴的强度计算 α为考虑弯曲应力和扭转切应力循环特性不同时的折合系数。 ② 校核轴的强度　轴的弯扭合成强度条件为： 式中[σ-1]为对称循环变应力时轴的许用弯曲应力（可查表选取）； 扭转切应力 静应力 脉动循环变应力 对称循环变应力 弯曲应力为对 称循环变应力 α ≈0.3 α ≈0.６ α =1 轴的强度计算 3．按疲劳强度条件进行校核 　　在已知轴的外形、尺寸及载荷的情况下，可对轴的疲劳强度进行校核，轴的疲劳强度条件为 轴的强度计算 1. 轴的弯曲刚度校核计算 轴的弯曲刚度条件为 挠度　　　　 y≤[y] 偏转角　　 　θ≤[θ] 2．轴的扭转刚度校核计算 轴的扭转刚度以扭转角?来度量。轴的扭转刚度条件为 [y]和[θ ]分别为轴的许用挠度及许用偏转角。 轴的弯曲刚度以挠度 y 和偏转角θ 来度量。 对于光轴，可直接用材料力学中的公式计算其挠度或偏转角。 对于阶