清华机械设计 第3.1轴.ppt

* 第3章 机械系统支撑零部件设计3.1轴3.2滚动轴承3.3滑动轴承 3.1轴 轴的用途 轴上的分类与材料 轴设计的主要问题 结构设计 工作能力的设计 轴的强度设计 轴的刚度设计 轴的用途 支撑轴上零件 传递转矩 确定并保持轴上零件的轴向位置 轴的载荷 弯矩 扭矩 3.1轴 3.1.1轴的分类与材料 轴的分类 按轴的形状 ： 直轴、曲轴 按轴受载荷性质： 心轴：只受弯矩的轴 传动轴 ：只受扭矩的轴 转轴：既受弯矩又受扭矩的轴 按轴的工作频率: 刚性轴 、挠性轴 按轴受载荷性质：心轴 、 传动轴、 转轴 传动轴：扭矩T 心轴 ： 弯矩M 转轴： T + M ? ? ? ? ? ? ? ? ? 轴的材料： P111表3-2 对轴材料的要求： 强度、 刚度、 耐磨性 碳钢的特点：价格低 对应力集中不敏感，可通过热处理提高耐磨性 合金钢的特点：强度高 耐磨性好 ，可以满足特殊工作要求 球墨铸铁的特点：价廉、对应力集中敏感性低适于复杂外形的轴 常用材料是优质碳钢：45 3.1.1轴上分类与材料 3.1.2轴的工作能力设计 轴的失效形式和设计准则： P112表3-3 按许用应力法计算 1.按扭转强度条件计算（许用切应力） 2.按弯扭合成强度条件计算（许用弯曲应力） 按安全系数法计算 轴的疲劳强度计算 轴的疲劳强度计算 1.按扭转强度条件计算（许用切应力） 抗扭截面系数 p112表3-4 有键槽等结构应将所计算的直径适当放大3-7% 2.按弯扭合成强度条件计算 设轴在水平面内弯矩MH ，在垂直面内弯矩MV ；扭矩 T. 轴的疲劳强度计算 例：已知齿轮减速器如图，输出轴斜齿轮的分度圆直径为250mm，传递扭矩为612500N，轮齿上所受的圆周力Ft=4896N, 径向力Fr=1854N,轴向力Fa=1404N。方向如图所示，轴的材料为45钢，调质处理，硬度为217~255HBS，轴的结构尺寸如图，要求校核减速箱输出轴的强度。 1.画出轴的受力简图 轴的强度计算例题 水平弯矩MH 1）作出水平面受力图、计算支反力、画弯矩图 1 2 Ft RH2 RH1 l1 l2 MH 2、画合成弯矩图 轴的强度计算例题 垂直弯矩Mv 2）作出垂直面受力图、计算支反力、画弯矩图 1 2 Fr Rv2 Rv1 l1 l2 Fa Mv 2、画合成弯矩图 轴的强度计算例题 3）求合成弯矩、合成弯矩图图 1 2 MH Mv 2、画合成弯矩图 轴的强度计算例题 3. 作扭矩图 1 2 4.作出当量弯矩图 ?：考虑扭矩和弯矩产生应力的循环特性差异的系数。 （ ? =0.3、0.6、1） 轴的强度计算例题 5.计算危险截面的弯曲应力，校核轴的强度 轴的强度计算例题 轴的抗弯截面系数，参见表3-5 轴的许用弯曲应力，表3-2 3.作出扭矩图 4.作出计算弯矩图 1.作出轴的计算简图 5.计算危险截面的弯曲应力 2.作出合成弯矩图 垂直弯矩MV Fr 、Fa 水平弯矩MH Ft 弯扭合成强度计算总结 安全系数法 1.疲劳强度： 式（3-7）、（3-8）——参照1.3节 注意：应该考虑循环次数，即：寿命系数 2.静强度： 式（3-10）、（3-11） 轴的疲劳强度计算 轴的疲劳强度计算 按许用应力法计算 1.按扭转强度条件计算（许用切应力） 已知条件：轴传递的功率、轴的转速、轴的材料 用于计算或估算轴的直径 2.按弯扭合成强度条件计算（许用弯曲应力） 必须已知：主要结构尺寸、轴上零件的位置、外载荷和支反力的作用位置 较精确地校核轴的强度 按安全系数法计算 校核计算：必须已知所有的结构尺寸 精度最高：用于重要的轴 不必再进行弯曲强度校核 轴的静强度计算 静强度计算的目的是校核轴的抗塑性变形能力，在瞬时过载严重或者应力循环不对称严重时，需进行校核。 轴的刚度设计 轴的扭转刚度计算 式（3-13） 光轴： 许用扭转角值，见表3-6 轴的刚度设计 轴的弯曲刚度计算 当量轴径法：把阶梯轴简化为一当量等径光轴，然后再利用材力公式计算y及?。 轴的弯曲刚度条件 许用挠度，表3-6 许用偏转角，表3-6 轴的挠度y(mm)、偏转角θ(o)和扭转角φ(o/m)的允许值 变形种类 应用范围 许用值 允许挠度 [y]/mm 一般用途的轴 车床主轴 感应电动机轴 安装齿轮的轴 安装蜗轮的轴 (0.0003~0.0004)l 0.0002l 0.1Δ (0.01~0.03)mn (0.02~0.05)m 注：l--轴承跨距 Δ--定子与转子间隙 mn--齿轮法向模数 m--蜗轮端面模数 允许偏转角 [θ]/ o 滑动轴承 深沟球轴承 调心球轴承 圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 安装齿轮处 0.06 0.3 3