资源描述
Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,14-1,轴的功用和类型,14-2,轴的材料,14-3,轴的结构设计,14-4,轴的强度计算,14-5,轴的刚度计算,14-6,轴的临界转速的概念,第14章 轴,14-1 轴的功用和类型,一、轴的功用,用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮,类型,转轴,-传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分,二、轴的分类,按轴的形状分,传动轴,-只传递扭矩,心轴,-只承受弯矩,直轴,曲轴,挠性钢丝轴,1.转轴,组成：,轴颈、轴头、轴身；,特点：,传递扭矩又承受弯矩。,带式运输机,减速器,电动机,转轴,14-1 轴的功用和类型,14-1 轴的功用和类型,2.传动轴,组成：,轴颈、轴头、轴身；,特点：,只传递扭矩，,不承受弯矩或弯矩很小,。,发动机,后桥,传动轴,14-1 轴的功用和类型,3.心轴,分类：,固定心轴、转动心轴；,特点：,只,承受弯矩,，,不,传递扭矩。,14-1 轴的功用和类型,1.直轴,分类：,阶梯轴、光轴；,2.曲轴,14-1 轴的功用和类型,3.挠性钢丝轴,由几层紧贴在一起的钢丝层构成，可以把转矩和旋转运动灵活地传到任何位置，常用于振捣器等设备中。,14-1 轴的功用和类型,三、轴设计中的主要问题,1)合理选择材料,2)轴的结构设计,3)轴的工作能力设计（强度和刚度设计）,必须先进行结构设计，然后才能进行工作能力的核算。,4)轴的结构形状和尺寸确定,14-1 轴的功用和类型,一、轴的失效,：多为疲劳损坏,二、轴的材料要求,：足够的疲劳强度、,对应力集中的敏感性小、以及良好的加工性能等。,碳素钢：35、45、50钢,（,优质碳素钢：一般正火,）,；,Q235、Q275,（,普通碳素钢：不重要或者受力较小,）,合金钢：40CrNi、38CrMoAlA；20Cr、20CrMnTi；,（重载、要求减轻重量时、要求提高耐磨性；淬火、调质）,球墨铸铁：,铸铁 QT、合金铸铁、形状复杂轴,14-2 轴的材料,钢种和热处理对弹性模量影响很小，对增大轴刚度无效,（增大轴径、减小跨距）,合金钢强度高，但对应力集中敏感，如果结构上和表面上,不注意，轴强度得不到改善,14-3,轴,轴的结,构,构设计,设计任,务,务：使轴的,各,各部分,具,具有合,理,理的形,状,状和尺,寸,寸。,设计要,求,求：,1.,轴,轴应便,于,于制造,，,，轴上,零,零件要,易,易于装,拆,拆；,(,制造安,装,装,),2.,轴,轴和轴,上,上零件,要,要有准,确,确的工,作,作位置,；,；,(,定位,),3.,各,各零件,要,要牢固,而,而可靠,地,地相对,固,固定；,(,固定,),4.,改,改善应,力,力状况,，,，减小,应,应力集,中,中。,轴端挡圈,带轮,轴承盖,套筒,齿轮,滚动轴承,典型轴系结构,为便于轴,上,上零件的,装,装拆，一,般,般轴都做,成,成从轴端,逐,逐渐向中,间,间增大的,阶,阶梯状。,零件的安,装,装次序,一、制造,安,安装要求,装零件的,轴,轴端应有,倒,倒角，需,要,要磨削的,轴,轴端有砂,轮,轮越程槽,，,，车螺纹,的,的轴端应,有,有退刀槽,。,。,倒角,14-3,轴,轴的,结,结构设计,零件的轴,向,向定位由,轴,轴肩或套,筒,筒来实现,。,。,二、轴上,零,零件的定,位,位,轴肩-阶梯,轴,轴上截面,变,变化之处,。,。,起轴向定,位,位作用。,轴肩,套筒,14-3,轴,轴的,结,结构设计,轴向固定,由,由轴肩、,套,套筒、螺,母,母或轴端,挡,挡圈来实,现,现。,三、轴上,零,零件的固,定,定,齿轮受轴,向,向力时，,向,向右是通,过,过4、5,间,间的轴肩,，,，并由6,、,、7间的,轴,轴肩顶在,滚,滚动轴承,的,的内圈上,；,；向左则,通,通过套筒,顶,顶在滚动,轴,轴承的内,圈,圈上。带,轮,轮的轴向,固,固定是靠1、2间,的,的轴肩和,轴,轴端当圈,。,。,双向固定,14-3,轴,轴的,结,结构设计,无法采用,套,套筒或套,筒,筒太长时,，,，可采用,双,双圆螺母,加,加以固定,。,。,轴肩的尺,寸,寸要求:,r,C,1,或,r,R,b,1.4,h,(,与滚动轴,承,承相配合,处,处的,h,和,b,值,见轴,承,承标准,),D,d,r,R,轴端挡圈,双圆螺母,D,d,C,1,r,h,(0.07,d,+3)(0.1,d,+5)mm,装在轴端,上,上的零件,往,往往采用,轴,轴端挡圈,固,固定。,h,h,C,1,D,d,r,D,d,r,R,b,14-3,轴,轴的,结,结构设计,h,h,轴向力较,小,小时，可,采,采弹性挡,圈,圈或紧定,螺,螺钉来实,现,现。,周向固定,大,大多采用,键,键、花键,、,、或过盈,配,配合等联,接,接形式来,实,实现,键槽应设,计,计成同一,加,加工直线,14-3,轴,轴的,结,结构设计,四、改善,轴,轴的受力,状,状况，减,小,小应力集,中,中,图示为起,重,重机卷筒,两,两种布置,方,方案。A,图,图中大齿,轮,轮和卷筒,联,联成一体,，,，转距经,大,大齿轮直,接,接传递给,卷,卷筒，故,卷,卷筒轴只,受,受弯矩而,不,不传递扭,矩,矩。图b,中,中轴同时,受,受弯矩和,扭,扭矩作用,。,。故载荷,相,相同时，,图,图a结构,轴,轴的直径,要,要小。,Q,方案,a,Q,方案,b,输出,输出,输入,输出,输出,输入,T,max,=T,1,+T,2,T,max,=T,1,1.改,善,善受力状,况,况,当轴上有,两,两处动力,输,输出时，,为,为了减小,轴,轴上的载,荷,荷，应将,输,输入轮布,置,置在中间,。,。,T,2,T,1,T,1,+T,2,T,1,T,1,+T,2,T,2,合理,不合理,T,14-3,轴,轴的,结,结构设计,R,d,d,/4,30,2.减,小,小应力集,中,中,合金钢对,应,应力集中,比,比较敏感,，,，应加以,注,注意。,应力集中,出,出现在截,面,面突然发,生,生变化的,。,。,措施：,1.用,圆,圆角过渡,；,；,2.尽,量,量避免在,轴,轴上开横,孔,孔、切口,或,或凹槽;,3.重,要,要结构可,增,增加卸载,槽,槽B、过,渡,渡肩环、,凹,凹切圆角,、,、,增大圆角,半,半径。也,可,可以减小,过,过盈配合,处,处的局部,应,应力。,过渡肩环,r,凹切圆角,B,卸载槽,也可以,在轮毂上增加卸载槽,B,位置d/4,14-3,轴,轴的,结,结构设计,一、按扭,转,转强度计,算,算,轴的强度,设,设计应根,据,据轴的承,载,载情况，,采,采用相应,的,的计算方,法,法，常用,方,方法有两,种,种。,对于只传,递,递扭转的,圆,圆截面轴,，,，强度条,件,件为：,设计公式,为,为：,对于既传,递,递扭转又,传,传递弯矩,的,的轴，可,按,按上式初,步,步估算轴,的,的直径。,计算结果,为,为：最小直径,！,！,解释各符,号,号的意义,及,及单位,轴的材料,A3，20 35 45 40Cr,35SiMn,(N/mm)1220 2030 3040 4052,C 160135 135118 118107 10792,表14-2 常用材料的,值和C值,注:当作用在轴上的弯矩比传递的转矩小或只传递转矩时,C取较小值；否则取较大值,14-4,轴,轴的,强,强度计算,因,b,和,的循环特,性,性不同，,折合后得,：,：,二、按弯,扭,扭合成强,度,度计算,强度条件,为,为：,l,1,l,弯曲应力,：,：,扭切应力,：,：,代入得：,W-抗,弯,弯截面系,数,数；W,T,-,抗,抗扭截面,系,系数；,-,折,折合系数,M,e,-当,量,量弯矩；,14-4,轴,轴的,强,强度计算,材 料,b,+1b,0b,-1b,400 130 70 40,500 170 75 45,600 200 95 55,700 230 110 65,800 270 130 75,900 300 140 80,1000 330 150 90,500 120 70 40,400 100 5 0 30,表14-3 轴的许用弯曲应力,碳素钢,合金钢,铸钢,折合系数,取,取值：,0.3-转矩,不,不变；,0.6-脉动,变,变化；,1-频,繁,繁正反转,。,。,静应力状,态,态下的许,用,用弯曲应,力,力,设计公式,：,：,=,14-4,轴,轴的,强,强度计算,折合系数,取,取值：,0.3-转矩,不,不变；,0.6-脉动,变,变化；,1-频,繁,繁正反转,。,。,设计公式,：,：,=,材 料,b,+1b,0b,-1b,400 130 70 40,500 170 75 45,600 200 95 55,700 230 110 65,800 270 130 75,900 300 140 80,1000 330 150 90,500 120 70 40,400 100 5 0 30,表14-3 轴的许用弯曲应力,碳素钢,合金钢,铸钢,脉动循环,状,状态下的,许,许用弯曲,应,应力,14-4,轴,轴的,强,强度计算,折合系数,取,取值：,0.3-转矩,不,不变；,0.6-脉动,变,变化；,1-频,繁,繁正反转,。,。,设计公式,：,：,=,材 料,b,+1b,0b,-1b,400 130 70 40,500 170 75 45,600 200 95 55,700 230 110 65,800 270 130 75,900 300 140 80,1000 330 150 90,500 120 70 40,400 100 5 0 30,表14-3 轴的许用弯曲应力,碳素钢,合金钢,铸钢,对称循环,状,状态下的,许,许用弯曲,应,应力,14-4,轴,轴的,强,强度计算,对2点取,矩,矩,举例：计算某减,速,速器输出,轴,轴危险截,面,面的直径,。,。已知作,用,用在齿轮,上,上的圆周,力,力,F,t,=17400N,径,向,向力，,F,r,=6140N,轴,轴向,力,力,F,a,=2860N，齿,轮,轮分度圆,直,直径,d,2,=146mm,作,用,用在轴右,端,端带轮上,外,外力,F,=4500 N,（,（方向未,定,定）,L,=193mm,K,=206mm。,L/2,L,K,F,t,F,r,F,a,F,F,A,F,a,F,r,F,1v,F,2v,1,2,解：1)求,垂,垂直面的,支,支反力和,轴,轴向力,=F,a,d,2,a,a,d,P247,14-4,轴,轴的,强,强度计算,14-4,轴,轴的,强,强度计算,M,av,M,av,F,t,F,1H,F,2H,M,aH,F,1F,F,2F,2)求,水,水平面的,支,支反力,F,3)求F力在支,点,点产生的,反,反力,4)绘,制,制垂直面,的,的弯矩图,5)绘,制,制水平面,的,的弯矩图,L/2,L,K,F,t,F,r,F,a,F,F,A,F,a,F,r,F,1v,F,2v,1,2,=F,a,d,2,a,a,d,P247,14-4,轴,轴的,强,强度计算,M,a,F,2F,M,2F,6)求F力产生,的,的弯矩图,7)绘,制,制合成弯,矩,矩图,考虑F可,能,能与H、V内合力,共,共面,a-a,截,截面F力,产,产生的弯,矩,矩为：,M,aF,M,a,M,av,M,av,F,t,F,1H,F,2H,M,aH,F,1F,F,L/2,L,K,F,t,F,r,F,a,F,F,A,F,a,F,r,F,1v,F,2v,1,2,=F,a,d,2,a,a,d,P247,M,a,M,av,M,av,F,t,F,1H,F,2H,M,aH,F,1F,F,2F,M,2F,8)求,轴,轴传递的,转,转矩,F,9)求,危,危险截面,的,的当量弯,矩,矩,M,aF,M,2,M,a,T,扭切应力,为,为脉动循,环,环变应力,，,，取折合,系,
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