机械设计8解析课件

8 81 1 概述概述一一.轴的功用和类型轴的功用和类型分类：分类：按受载情况分为按受载情况分为转轴转轴:工作中既受弯矩工作中既受弯矩M又受扭矩又受扭矩T;功用功用:支承传动件并传递运动和动力支承传动件并传递运动和动力第八章第八章 轴轴心轴心轴:只承受弯矩只承受弯矩(M);传动轴传动轴:只承受扭矩只承受扭矩(T)。转轴转轴心轴心轴传动轴传动轴TTMTM曲轴曲轴挠性轴挠性轴二、轴设计中的主要问题二、轴设计中的主要问题轴的材料、结构设计轴的材料、结构设计轴的承载能力计算轴的承载能力计算刚度；刚度；振动稳定性。振动稳定性。强度强度；三三.轴的材料轴的材料碳素钢、合金钢、铸铁碳素钢、合金钢、铸铁合金钢的合金钢的强度（强度（)高于高于碳钢；碳钢；合金钢和碳钢的合金钢和碳钢的弹性模量弹性模量E、G相近相近,故改变材料对轴的刚度影响不大。故改变材料对轴的刚度影响不大。所以所以材料种类的选择取决于材料种类的选择取决于强度和耐磨性强度和耐磨性。TTllF8-2 8-2 轴的结构设计轴的结构设计1 1、轴的受力合理，、轴的受力合理，满足承载能力要求；满足承载能力要求；3 3、轴上零件定位可靠；、轴上零件定位可靠；2 2、轴上零件、轴上零件 装、拆装、拆 方便；方便；4 4、轴具有良好的工艺性。、轴具有良好的工艺性。已知条件：已知条件：轴系装配简图、轴上零件的尺寸、轴系装配简图、轴上零件的尺寸、传动的功率传动的功率 P和转速和转速 n。轴的结构和尺寸要求：轴的结构和尺寸要求：P，n一、拟定轴上零件装配方案一、拟定轴上零件装配方案方案一方案一方案二方案二二二、轴上零件的、轴上零件的定位定位和和固定固定1 1、轴肩定位、轴肩定位3 3、套筒定位、套筒定位2 2、圆螺母固定、圆螺母固定为能拆卸轴承，为能拆卸轴承，应使应使h。为保证零件定位可靠，应使为保证零件定位可靠，应使l B。BlhBl r C5 5、锥形轴孔与、锥形轴孔与 轴端挡圈定位轴端挡圈定位4 4、弹簧挡圈固定、弹簧挡圈固定轴上零件的轴上零件的周向周向固定：固定：键连接、花键连接等键连接、花键连接等按扭转强度确定按扭转强度确定最小最小轴径：轴径：三、确定轴的各段直径和长度三、确定轴的各段直径和长度按轴上零件的装配方案和结构要求，按轴上零件的装配方案和结构要求，确定各段轴径和长度，确定各段轴径和长度，基本原则是：基本原则是：防止轴扭断防止轴扭断P，n三、确定轴的各段直径和长度三、确定轴的各段直径和长度4 4、各段长度要考虑零件的、各段长度要考虑零件的定位、定位、装配、装配、运转空间尺寸等。运转空间尺寸等。确定各段轴径和长度的基本原则：确定各段轴径和长度的基本原则：1 1、与、与标准件标准件配合处直径配合处直径按标准件取值按标准件取值；2 2、与、与非标准件非标准件配合处直径取配合处直径取标准尺寸标准尺寸 ；3 3、非配合直径的轴肩高度要保证、非配合直径的轴肩高度要保证定位定位可靠、可靠、装拆方便；装拆方便；四、轴的结构工艺性四、轴的结构工艺性螺纹退刀槽螺纹退刀槽砂轮越程槽砂轮越程槽两个键槽布置在同一直线上两个键槽布置在同一直线上提高零件疲劳强度的措施提高零件疲劳强度的措施1 1、降低应力集中、降低应力集中2 2、提高表面质量、提高表面质量3 3、采用强化工艺、采用强化工艺4 4、采用高强度材料、采用高强度材料五、提高轴强度的措施五、提高轴强度的措施五、提高轴强度的措施五、提高轴强度的措施1 1、改善轴的受力状况、改善轴的受力状况(1)(1)载荷载荷分流分流（）载荷分流（）载荷分流121233（）合理布置轴上零件（）合理布置轴上零件图图8-14轴上零件的合理布置轴上零件的合理布置、减小应力集中，提高轴的疲劳强度、减小应力集中，提高轴的疲劳强度过盈配合产生应力过盈配合产生应力集中？集中？8 83 3 轴的计算轴的计算（强度、刚度、稳定性）（强度、刚度、稳定性）一、轴的强度计算一、轴的强度计算1、按扭转强度、按扭转强度计算计算A 值查值查 表表8 83 3 轴端有弯矩时，轴端有弯矩时，A取大值。取大值。传动轴直径传动轴直径转轴的最小直径转轴的最小直径例题例题！轴上有键槽时，单键增大轴上有键槽时，单键增大37%;双双键增大键增大715%。2、按弯扭合成强度、按弯扭合成强度计算计算-转轴转轴转轴转轴弯矩弯矩M扭扭矩矩T双向应力状态双向应力状态按第三强度理论：按第三强度理论：t1对称对称r=转轴转轴弯曲应力的循环特性弯曲应力的循环特性扭转剪扭转剪应力的循环特性取决于应力的循环特性取决于扭矩作用性质：扭矩作用性质：当扭矩频繁正反作用时，当扭矩频繁正反作用时，r=;T当扭矩单向不连续作用时，当扭矩单向不连续作用时，r=0;当扭矩不变化时，当扭矩不变化时，r=+1;1转轴设计：转轴设计：疲劳强度疲劳强度应力校正系数应力校正系数 ，根据，根据扭矩扭矩T的作用性质定：的作用性质定：当扭矩频繁正反作用当扭矩频繁正反作用（r=-1)=-1)时时,=1 =1；当扭矩单向不连续作用当扭矩单向不连续作用（r=0)=0)时时,=0.6;=0.6;当扭矩不变化当扭矩不变化（r=+1)=+1)时，时，=0.3=0.3。是将是将非对称非对称循环应力折算为循环应力折算为对称对称循环应力的循环应力的系数。系数。s s-1对于转动心轴对于转动心轴？T=03、按安全系数法校核、按安全系数法校核计算计算 （精确校核）（精确校核）-尺寸系数尺寸系数-表面质量系数表面质量系数ks s-有效应力集中系数有效应力集中系数（1）按疲劳强度校核按疲劳强度校核计算计算MT危险截面？危险截面？（2）按静强度校核按静强度校核计算计算瞬时过载很大瞬时过载很大二、轴的刚度计算二、轴的刚度计算防止轴产生防止轴产生过大变形过大变形刚度条件：刚度条件：变形变形许用变形许用变形挠度：挠度：偏转角：偏转角：扭转角：扭转角：挠度挠度 y yyy偏转角偏转角q q q q 扭转角扭转角 y yq q 三、轴的三、轴的临界转速临界转速的概念的概念（Critical）emmgemy一、二阶临界转速一、二阶临界转速工作转速工作转速 n 0.750.75nc1轴称轴称刚性轴刚性轴；工作转速工作转速 n 1.3nc1轴称轴称 挠性轴挠性轴。P196例题例题81设计减速器输出轴。设计减速器输出轴。P=7.5kW,n1=1440r/min,i=12.83,z4=97,mn4=4mm,=12o06,齿宽齿宽B4=75mm.P1 1、拟定轴上零件装配方案、拟定轴上零件装配方案 2 2、选择轴的材料、选择轴的材料P184P184 表表8 81 14545钢钢，调质处理，调质处理，s s-1 1=275MPa,=275MPa,t t-1 1=155MPa,=155MPa,s s-1 1=60MPa=60MPa3 3、求输出轴的功率、求输出轴的功率P3 3、转速、转速n3 3和转矩和转矩T3 3P4 4、初步估计轴的直径、初步估计轴的直径dminminnP3 3=P联联承承承承=6.99 kW=6.99 kWn3 3=n/i=112.24 r/min=112.24 r/minT3 3=594748 N.mm=594748 N.mm2 25、轴的结构设计轴的结构设计60 556062 72684882503672756、轴的弯扭合成强度计算轴的弯扭合成强度计算（1）画出）画出轴的计算简图轴的计算简图MHMVP（2）计算轴的外力计算轴的外力（3）求支点的反力求支点的反力FH1FH2Ft（4）弯矩图弯矩图（5）转矩图转矩图TFV1FV2FrFaMM e（6）计算、画出当量转矩图）计算、画出当量转矩图M e单向转动，取单向转动，取 =0.6如强度不足措施？如强度不足措施？（7）按疲劳强度安全系数校核计算）按疲劳强度安全系数校核计算键槽应力集中；配合应力集中；圆角应力集中键槽应力集中；配合应力集中；圆角应力集中取应力集中取应力集中ks(s(kt)t)的最大值的最大值MT思考题：思考题：1 1、轴按受载不同可分为哪几种？自行、轴按受载不同可分为哪几种？自行车的前轴和中间轴各属于哪类轴？车的前轴和中间轴各属于哪类轴？2 2、把轴的材料由原来的、把轴的材料由原来的4545钢改为钢改为40Cr40Cr，对轴的强度和刚度各有何影响？，对轴的强度和刚度各有何影响？3 3、为使轴上零件用轴肩定位可靠，则、为使轴上零件用轴肩定位可靠，则轴肩处过渡圆角轴肩处过渡圆角r与轴上零件的端面倒与轴上零件的端面倒角角C之间的关系是之间的关系是。思考题：思考题：4 4、轴上零件的轴向固定常用方法有哪、轴上零件的轴向固定常用方法有哪些？些？5 5、当量弯矩、当量弯矩 中，系数中，系数aa如何取值？如何取值？6 6、轴的危险截面如何确定，当截面有、轴的危险截面如何确定，当截面有几种应力集中时，有效应力集中系数几种应力集中时，有效应力集中系数k ks s如何取值？如何取值？习题习题 指出设计错误，画出改正图。指出设计错误，画出改正图。P208 P208 习题习题8-88-8 指出轴设计错误，画出改正图。指出轴设计错误，画出改正图。齿轮轴的作业：学习指导轴的作业：学习指导第第100页页第第2-8-8题题第第123页页轴系部件大作业三轴系部件大作业三2134注意：注意：1、力画在、力画在啮合线啮合线附近；附近；2、标明各力符号；、标明各力符号；3、计算：、计算：6-162134注意：注意：1、力画在、力画在啮合线啮合线附近；附近；2、标明各力符号；、标明各力符号；电动机电动机电机电机P=5kWn=1440r/minib=2.5ig=3.5不计传动效不计传动效率。确定减率。确定减速器输入和速器输入和输出轴的最输出轴的最小直径。小直径。1.计算轴的转速：计算轴的转速：n1和和n22.选择轴的材料选择轴的材料45钢钢输出轴的最小直径。输出轴的最小直径。考虑键槽的影响，增大（考虑键槽的影响，增大（57）%输入轴输入轴返回返回表表8-3几种常用轴材料的几种常用轴材料的t tT及及A值值轴的材料Q235A、20Q275、354540Cr、35SiMn、38SiMnMo、3Crl3 t tT T/MPa/MPa 1525203525453555A014912613511211810711297返回