轴的结构设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,轴设计,概 述,一、轴的功用,支撑回转零件；,传递运动和转矩,二、轴的类型,心轴 只承受弯矩,传动轴 只承受转矩,转轴 既受弯矩、又受转矩,按受载,直 轴,曲 轴,按轴心线,其 他,挠性钢丝轴,1,2、强度问题, 防止轴发生疲劳断裂,3、刚度问题, 防止轴发生过大的弹性变形,4、振动稳定性问题, 防止轴发生共振,三、轴设计时所要解决的主要问题,1、结构问题, 确定轴的形状和尺寸,6-2,轴的结构设计,轴颈 与轴承相配的,部分；,轴头 与轮毂相配的,部分；,轴身 连接轴颈与轴,头部分；,轴颈,轴头,轴身,2,轴的结构应满足的基本要求：,加工工艺性要好,材料省、重量轻,便于轴上零件装拆,轴上零件要有准确的定位,轴上零件要有可靠的固定,尽量减少应力集中,一、加工工艺要求,光轴,等强度轴,阶梯轴,d,3,车削,倒角,加工方法不同，轴的结构也可能不同,磨削,二、装拆要求,砂轮越程槽,装拆应方便；,不同的装拆方案，得到不同结构；,轴的直径应圆整成标准值。,查机械设计课程设计“一般标准”。,加工螺纹应有退刀槽,键槽靠近零件装入端,轴上键槽应处于同一加工方向，且宽度尽可能相等。,4,定位 使轴上零件处于正确的工作位置；,轴肩或轴环,三、轴上零件的轴向定位和固定,固定 使轴上零件牢固地保持这一位置，,防止轴上零件工作时发生轴向蹿动。,常用的轴向定位和固定方法：,定位轴肩：,h,(23),C 或,(23),R,非定位轴肩：,h,12 mm，作用是便于轴上零件的装拆,为保证定位准确，,R,或,C,r,轴环宽度一般取：,b,1.4,h,滚动轴承的定位轴肩或轴环高度 查标准,5,套 筒,轴端挡圈,弹性挡圈,圆 螺 母,锥 面,对轴上零件起固定作用。,常用于近距离的两个零件间的固定。,用于轴上两零件距离较远时，或轴端。,需切制螺纹，削弱了轴的强度。,需切环槽，削弱了轴的强度。,承受不大的轴向力。,用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。,常与轴端挡圈配合使用。,注意：,采用这些方法固定轴上零件时，为保证固定可靠，,应使：轴头长度比轮毂宽度短23 mm，,即：,l,B,- (23),6,平 键,问题：,四、轴上零件的周向固定,目的 防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。,常用的周向固定方法,：,花 键,紧定螺钉,滚动轴承是否需要用键作周向固定？,五、提高轴的强度,减小应力集中,适当加大截面变化处的过渡圆角半径。,或采用：,凹切圆角,过渡肩环,减载槽,过盈配合,7,改善轴的受力状况,改变轴上零件的结构或布置，使轴的受载减小。,六、结构设计示例,8,6-3 轴的强度计算,应力分析：,F,T,弯曲应力,b,扭剪应力,T,计算方法：,按扭转强度计算；,按弯扭合成强度计算；,安全系数法计算。,一般的轴,一、按扭转强度计算,扭剪应力:,轴的抗扭剖面系数, 用于传动轴或初算转轴直径,静应力,脉动循环,对称循环, 对称循环变应力；,循环特征根据实际情况而定,重要的轴,根据强度条件确定轴危险截面的直径,d,9,对于转轴，扭转强度公式一般用来,初算轴的直径,，,扭转强度设计式:,令其为系数,C,系数,C,与轴的材料和承载情况有关，,查表10-3,。,弯矩相对转矩较小或只受转矩时，,C,取小值。,若该轴段同一剖面上有一个键槽，,d,值增大5% ,弯矩较大时，,C,取大值。,计算出的,d,作为,受扭段的最小直径,d,min,。,注意：,有,两个键槽,，增大10% 。,危险截面的轴径:,10,此方法既考虑弯矩又考虑转矩，比前法精确。,二、按弯扭合成强度计算,需已知：,轴的支反力作用点、外载荷的大小及位置。,弯、扭联合作用时，采用第三强度理论。,则轴危险截面上的当量应力：,对于直径为,d,的实心轴：, 用于转轴,轴危险截面的弯矩,轴的抗弯剖面系数,F,T,（其他情况的,W 、 W,T,查表102）,11,由于,b,与,T,的循环特征可能不同，需引进校正系数,将,T,折合成对称循环变应力。,则强度条件为：, 当量弯矩,校正系数,的取值：,对于不变的转矩，看成静应力：,频繁启动、振动或情况不明，,经常双向运转，看成对称循环：,对称循环变应力下的许用应力,看成脉动循环：,12,设计式：,6-4 轴设计步骤和方法,1、根据功率,P,和转速,n,，用扭转强度公式初算受扭段的最小直径,d,min,。,2、根据初算轴径，进行轴的结构设计。,3、按弯扭合成强度校核轴的危险截面。,N,若危险截面若有键槽，则将轴径加大,方法同前。,对于心轴：,T,0，,M,ca,M,根据轴的材料查表101,危险截面轴径:,对轴作受力分析，求出危险截面的,M,、,T,及,13,将,d,min,圆整成标准直径（查“机械设计课程设计”）,受扭段,受扭段最小直径,d,min,（有一个键槽，,d,min,增大5）,14,第六章 轴设计轴的设计步骤,危险截面：,M,ca,最大的截面；,画出空间受力图，求出支反力；,作垂直面受力图和水平面受力图；,作垂直面和水平面弯矩图,M,V,、,M,H,；,求合成弯矩：,求危险截面的当量弯矩：,或靠近,M,camax,，,直径较小的截面,。,按弯扭合成强度条件校核：,危险截面直径,强度不足时适当增大轴径,作出转矩图；,注意各分力方向的判断,不要忽视,F,a,引起的弯矩,注意弯矩突变的方向,M,caA,M,ca(,a,),M,ca(,a,),（h）,注意该截面的转矩,15,作业：设计本项目中的传动轴,说明：,1）轴承型号；,2）轴向固定用轴肩形式；,3）与叶轮连接方式为锥面+圆螺母配合；,4）注意轴的转向及各分力的方向。,16,