资源描述
,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,*,*,1,2,2,3,3,4,4,5,5,固定心轴,转动心轴,6,6,第九章 轴,7,7,计划学时：,4,学时,主要内容：,轴的分类；转轴的受力、应力与失效分析；轴的材料；轴径的初算；轴的结构设计；轴的强度计算和刚度计算,学习目标：,1,）,了解,轴的,功用与分类,，,掌握,各类轴的,受力与应力分析。,2,）,掌握,轴的,结构设计,基本要求和方法。,3,）,掌握,轴的,强度计算方法和刚度计算原理。,8,8,9.1,概 述,一、轴的用途与分类,1,、用途,(1),支承回转零件；,(2),传递运动和动力,2,、分类,按承载情况分,转轴,同时受扭矩,T,和弯矩,M,心轴,只受弯矩不传递扭矩,(T=0),传动轴,主要受扭矩,9,9,转轴,同时受,扭矩和弯矩,10,10,心轴,只受弯矩不传递扭矩（,T=0,）,11,11,自行车前轴属于哪种？,12,12,传动轴,主要受扭矩,13,13,0,轴：,轴,轴：,轴,轴：,轴,轴：,轴,轴：,轴,轴：,轴,传动轴,转轴,心轴,转轴,转轴,心轴,一 休 一 下 吧！,14,14,按轴线形状分,直轴,阶梯轴,光轴,曲轴,15,15,空心轴和钢丝软轴,16,16,二、轴的材料及其选择,碳素钢,35,45,50,钢,(,正火或调质,),常用,45,#,。,如：,20Cr,（轴颈耐磨性 ）；对应力集中较敏感。,注意：钢材弹性模量,E,基本相同。, 采用合金钢并不能提高轴的刚度,。,轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度,。,三、轴设计的主要内容,结构设计：,按轴上零件安装定位要求确定轴的形状和尺寸。,工作能力计算：,强度、刚度、振动稳定性计算。,合金钢,力学性能高，贵，多用于有特殊要求的轴,。,17,17,知识回顾,1,、蜗轮蜗杆轮齿所受各力的大小；,2,、圆柱蜗杆传动的强度计算：蜗轮齿面接触疲劳强度和轮齿弯曲疲劳强度计算， 蜗杆刚度计算,3,、闭式蜗杆传动的热平衡计算和冷却措施,4,、轴的用途与分类，轴的材料及其选择原则；,5,、轴设计的主要内容：结构设计和强度校核。,问题：,1,、蜗杆与蜗轮所受各力的关系如何？,2,、闭式蜗杆传动中，如果温度很高，超过,80,度，应采取哪些措施？,3,、如何判断转轴、心轴和传动轴？,18,18,9.2,轴 的 结 构 设 计,设计要求：,轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置。,轴上零件装拆、调整方便。,轴应具有良好的制造工艺性等。,一、拟定轴上零件的装配方案,原则：,1,、轴的结构越简单越合理。,2,、装配越简单、方便越合理。,尽量避免应力集中。,19,19,轴身,20,20,1,、零件的轴向定位,(1),轴肩和轴环：最常用，能承受较大轴向载荷。,二、轴上零件的定位,定位轴肩,过渡轴肩,21,21,要求轴肩高度,滚动轴承内圈高度,要求,r,C,a,和,r,R,a,(2),套筒：轴上相邻零件定位，,套筒不宜过长。,(3),轴用圆螺母：可承受较大轴向力，但有,应力集中,(,细牙,),。,23,23,(4),轴端挡圈：仅适用于轴端零件固定，,可承受,较大轴向力,，应用广。,24,24,当用,轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈,进行零件的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，要求,L,轴,L,毂 。,25,25,(5),轴承端盖：用螺钉等与箱体联接而使,轴承外圈得到,轴向定位,。,(6),弹性挡圈,轴承端盖与机座间加,垫片以调整轴的位置,。,结构简单定位方便，但有,应力集中,。,26,26,(7),锁紧挡圈、紧定螺钉或销,承载能力低，可同时,兼做周向定位,。,(8),圆锥面（,+,挡圈、螺母）,适于承受,冲击和同心度要求较高,的轴端零件，可兼做周向定位。,27,27,2,、零件的周向定位,(1),键：常用,(2),花键：承载大、定位精度高，适于动联接。,周向定位,是为了保证轴上零件与轴不发生,相对转动并能传递一定的力矩。,28,28,(3),紧定螺钉、销,(4),过盈配合,（,5,）型面连接,29,29,三、各轴段的直径和长度的确定,1,）各轴段直径确定,a),按扭矩估算,轴段直径,d,min,，,相关公式。,b),按轴上零件安装及定位要求确定各段轴径，经验值,。,同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。,注意：,与标准零件相配合轴径应取标准值。,2,）各轴段长度,a),各轴段长度与其上相配合零件宽度相对应。,b),转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。,30,30,四、轴的结构工艺性,1,）轴肩圆角,r,避免应力集中，查标准。,2,）轴端倒角,便于安装，去毛刺。,3,）装配轴段不宜过长,31,31,4,）砂轮越程槽,5,）螺纹退刀槽,32,32,6,）同一轴上,键槽位于圆柱同一母线,上，且取,相同尺寸,33,33,轴系结构改错,四处错误,正确答案,三处错误,正确答案,34,34,两处错误,正确答案,35,35,9.3,轴 的 强 度 计 算,一、按扭转强度条件计算（按许用切应力计算）,只受扭矩或主要承受扭矩的,传动轴,的强度计算,结构设计前按,扭矩初估轴的直径,d,min,强度条件：,设计公式：,A,0,轴的材料系数,表,15.3,36,36,一个键槽,：,35%,二个键槽,：,710%,轴上有键槽,放大轴径,：,对于空心轴：,d,1,空心轴的内径,取标准值,d,空心轴的外径,37,二、按弯扭合成强度条件计算（,按许用弯曲应力计算,）,强度计算对于钢材料，用第三强度理论：,通常,M,，,T,，,引入折合系数,对于直径为,d,的圆轴,:,当量弯矩,两者在轴上的循环特性不同,38,38,对于,转轴,：,已知支点，扭矩、弯矩可求；,以斜齿轮轴为例,1,）作轴的空间受力简图,39,39,2,）求水平面支反力,R,H1,、,R,H2,，作水平面弯矩图,M,H,40,40,3,）求垂直平面支反力,R,V1,、,R,V2,，作垂直面弯矩图,M,V,41,41,4,）作合成弯矩图,5,）作扭矩图，并折算为弯矩,将扭矩折算为等效,弯矩的折算系数。,43,43,6,）作当量弯矩图,M,ca,44,44,有关折算系数,弯矩引起的弯曲应力通常为对称循环的变应力，,而扭矩所产生的扭转剪应力往往为非对称循环变应力。, ,与扭矩变化情况有关,为静应力时：,0.3,为脉动循环应力时：,0.6,为对称循环应力时：,=1,45,45,7,）校核危险截面轴的强度,46,46,设计公式：,如,计算所得,d,大于轴的结构设计,d,结构,，则应重新设计轴的结构！,对于,心轴,：,T=0,，,M,ca,=M,转动心轴,，许用应力用,固定心轴,，许用应力用,47,47,三、轴的安全系数校核计算,1,）疲劳强度校核,要考虑,载荷性质、应力集中、尺寸因素和表面质量及强化,等因素的影响。根据结构设计选择,M,ca,较大，并在应力集中的几个危险截面，计算疲劳强度安全系数,S,ca,。,2,、静强度校核,校核轴对塑性变形的抵抗能力（略）,简化公式，参看教材,48,48,9.4,轴的刚度及振动稳定性,一、轴的刚度计算（,参考教材,P,321-322,),1,、弯曲刚度,挠曲线方程：,挠 度：,偏转角：,49,49,2,、扭转刚度,一般传动轴,:,精密传动轴：,T,T,50,50,二、轴的振动稳定性及临界转速（,主要自学,）,弯曲振动,较常见,扭转振动,临界转速,轴引起共振时的转速。,纵向振动,周期性的离心干扰力,轴传递功率有周期性变化,周期性的轴向干扰力,在临界转速附近，轴将产生显著变形。,同型振动有多个临界转速，其中最低的为一阶临界转速，其余为二阶临界转速,51,弯曲临界转速的计算,k= mg /y,0,刚性轴：,挠性轴：,y,0,轴在圆盘处的静挠度,n,c1,、,n,c2,分别为一阶和,二阶临界转速,高速轴应使其工作转速避开相应的高阶临界转速。,52,52,知识回顾,1,、,各轴段的直径和长度的确定；,2,、,轴的结构工艺性,，,轴系结构改错；,3,、,轴 的 强 度 计 算,；,4,、,轴的刚度及振动稳定性。,问题：,1,、右图和下图轴系有哪些结构性错误？,53,53,2,、分析下图轴系装配方案：,定位、结构工艺性、轴段直径和长度的确定,54,汽车传动轴的设计,一、传动轴总成的组成,传动轴、花键轴及万向节,二、传动轴结构参数及计算,长度、夹角、断面尺寸等,传动轴的长度和夹角及它们的变化范围由汽车总布置设计决定。设计时应保证在,传动轴长度处在最大值,时，花键套与轴有足够的配合长度；而在,长度处在最小时,不顶死。传动轴夹角的大小直接影响到万向节十字轴和滚针轴承的寿命、万向传动的效率和十字轴旋转的不均匀性。,55,在长度一定时，传动轴断面尺寸的选择应保证,传动轴有足够的强度和足够高的临界转速。,56,n,k,为传动轴的临界转速,(r,min),；,L,C,为传动轴长度,(mm),，即两万向节中心之间的距离；,d,c,和,D,c,分别为传动轴轴管的内、外径,(mm),。,所谓,临界转速,，就是当传动轴的,工作转速,接近于其,弯曲固有振动频率,时，即出现,共振现象,，以致振幅急剧增加而引起,传动轴折断,时的转速。,57,传动轴轴管断面尺寸除满足,临界转速,的要求外，还应保证有足够的,扭转强度,。轴管的扭转切应力,c,应满足,c,为许用扭转切应力，为,300MPa,；其余符号同前,对于传动轴上的花键轴，通常以内径计算其扭转切应力,h,，许用切应力一般按安全系数为,2,3,确定，即,d,h,为花键轴的花键内径,58,58,传动轴总成不平衡,是传动系弯曲振动的一个激励源，当高速旋转时，将产生明显的振动和噪声。,59,万向节中十字轴的,轴向窜动、传动轴滑动花键中的间隙、传动轴总成两端连接处的定心精度、高速回转时传动轴的弹性变形、传动轴上点焊平衡片时的热影响,等因素，都能改变传动轴总成的不平衡度。提高滑动花键的耐磨性和万向节花键的配合精度、缩短传动轴长度,增加其弯曲刚度,，都能降低传动轴的不平衡度。,汽车传动轴支架,60,为了消除点焊平衡片的热影响，应在冷却后再进行,动平衡检验,。传动轴的不平衡度，对于轿车，在,3000,6000r,min,时应不大于,2.5,3.5gmm,；对于货车，在,1000,4000r,min,时不大于,5,10gmm,。另外，传动轴总成径向全跳动应不大于,0,5,0,8mm,。,61,轴的设计步骤：,结构设计和强度计算,1,、拟定轴上零件的装配方案：,主要零件的装配方向、顺序和相互关系,2,、轴上零件的定位：,轴向定位和周向定位,3,、选择轴的材料和热处理工艺,62,62,4,、各轴段直径和长度的确定,各轴段所需的直径与轴上载荷大小有关系,因为,不知道支反力的作用点，不能决定弯矩的大小和分布情况,所以,不能按轴的具体载荷确定轴的直径， 但扭矩已经知道，这样就可以按下式计算轴的最小直径,d,min,根据轴上零件的装配方案和定位要求，从,d,min,起逐一确定各段轴的直径。,63,5,、轴的结构工艺性设计,主要是便于轴的加工和装配轴上的零件，减少缺陷,6,、轴的工作能力计算,轴的失效形式：,断裂、塑性变形、弹性变形、共振,一般轴,只需要强度计算,刚度要求高的轴或受力大的细长轴,进一步进行刚度计算,高速运转的轴,外加振动稳定性计算,根据轴的具体受载和应力情况，采取相应的计算方法：,传动轴、心轴、转轴,如计算所得,d,大于轴的结构设计,d,结构,，,则应重新设计轴的结构！,7,、细化轴的结构和尺寸，绘制工作图,64,64,9.5,提高轴的强度、刚度和减轻轴的重量的措施,一、改进轴的结构，减少应力集中,应力集中源：,打孔，切螺纹，沟槽,（键槽，砂轮越程槽,），,过盈配合处等。,内凹圆角,过渡肩环,措施：,1,）轴径变化平缓,2,）增大轴的过渡圆角,r,3,）内凹圆角,4,）过渡肩环,65,65,5,）开卸载槽,过盈配合处减少应力集中,6,）加大配合部轴径,7,）选择合理的配合,8,）盘铣刀铣键槽比用指铣刀铣，应力集中小,9,）渐开线花键比矩形花键应力集中小,10,）避免在受载较大处切制螺纹。,66,66,二、合理布置轴上零件以减少轴的载荷,1,）轴上传动件尽量靠近支承，并,避免使用悬臂支承,形式,，以减少轴所受的弯矩。,2,）扭矩由一个传动件输入，几个传动件输出时，,应将,输入件放在中间。,输入件,67,67,三、改进轴上零件的结构，减小轴的载荷,轴仅受弯矩,不受转矩,既受弯又受扭,68,68,四、选择受力方式以减小轴的载荷，改善轴的强度和刚度,69,69,五、改进表面质量提高轴的疲劳强度,改进轴的表面粗糙度,提高轴的疲劳强度,高强度材料轴更应如此,表面强化处理（,高频淬火、表面渗碳、氰化、氮化、,喷丸、碾压,）使轴的表层产生预压应力提高轴的,抗疲劳能力。,70,70,本 章 重 点,轴的分类,轴的结构设计,轴的强度设计,轴的设计步骤及改进措施,71,71,第十一章 结束,72,72,
展开阅读全文