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1、第三章,軸的功用與分類 軸的設計步驟 軸的材料及其選擇 軸的結構設計 軸的計算,軸,重點及難點 軸的結構設計 軸的強度計算校核,,基本要求 了解轉軸、心軸和傳動軸的載荷特點 掌握軸的結構設計方法及相關注意事項 掌握軸的三種強度計算方法 了解軸的剛度計算方法,本章要求及重點難點,1、軸的功用與分類,支承旋轉零件并傳遞運動和動力 軸向/周向定位軸上零件,軸,持輪也。說文 服重任,行遠道,正直而固者,軸也。列女傳母儀,,功用,軸,1、軸的功用與分類,心軸：主要承受彎矩 傳動軸：主要承受轉矩 轉軸：既承受彎矩，又承受轉矩,分類（1）,載荷性質(zhì),,直軸（光軸、階梯軸）,曲軸,軟軸（撓性軸）,,1、軸的功
2、用與分類,分類（2）,軸線形狀,空心軸,實心軸,,1、軸的功用與分類,分類（3）,截面形狀,4、結構問題 確定軸的形狀和尺寸,,,2、軸的設計步驟,主要問題,,軸的工作能力設計,1、強度問題 防止軸發(fā)生疲勞斷裂 2、剛度問題 防止軸發(fā)生過大的彈性變形 3、振動穩(wěn)定性問題 防止軸發(fā)生共振,軸的結構設計,1.擬定軸上零件裝配方案 2.估算軸的最小直徑min 3.確定各段直徑及長度 4.確定軸的結構要素,軸的結構設計,軸的強度計算,其它計算,8.剛度計算 9.振動穩(wěn)定性計算( 臨界轉速),5.許用切應力法(扭轉強度) 6.許用彎曲應力法( 彎扭合成強度 ) 7.安全系數(shù)計算法：疲勞強度計算、
3、 靜強度計算,,,2、軸的設計步驟,基本步驟,,材料選擇,,三邊：邊計算、邊畫圖、邊修改,2、軸的設計步驟,基本特點,,三與：估算與精算、計算與畫圖、 軸的設計與軸上零件的設計,3、軸的材料及其選擇,2. 球墨鑄鐵 QT500-5、QT600-2,1. 鋼 碳素鋼 ：優(yōu)質(zhì)碳素鋼:35、 50 、 45 軸鋼 普通碳素鋼Q235、Q255、Q275 合金鋼：20Cr、20CrMnTi、40Cr、35SiMn、35CrMo,廉價、應力集中敏度小,強度高、耐磨性好,成形性好、吸振性高,,參照教材p184-185表26-2,4、軸的結構設計,軸身：連接軸頸與軸頭部分 軸肩：軸的直
4、徑變化所形成的階梯處,軸頭：軸和回轉零件的配合部 軸頸：軸和軸承的配合部,結構組成,,4、軸的結構設計,結構例,,4、軸的結構設計,在初步估算軸徑的基礎上，根據(jù)軸的具體使用狀況，確定軸的合理外形和全部結構尺寸（長度、直徑）,內(nèi)容與要求,,滿足強度、剛度的要求 滿足工藝性要求： （1）易加工； （2）應力集中少； （3）軸上零件準確定位； （4）易裝拆和調(diào)整； （5）軸的受力狀態(tài)好。,內(nèi)容,要求,4、軸的結構設計,步驟1,,1.擬定軸上零件裝配方案 2.估算最小軸徑 3.確定各段尺寸 4.確定軸的結構要素,易裝拆易調(diào)整,4、軸的結構設計,步驟1,,改善軸的受力狀態(tài),4、軸的結構設計,步驟2,,1
5、.擬定軸上零件裝配方案 2.估算最小軸徑 3.確定各段尺寸 4.確定軸的結構要素,根據(jù)已知軸上近似載荷（取決于功率和轉速），初步估算基本軸徑或根據(jù)經(jīng)驗確定軸的某個徑向尺寸,4、軸的結構設計,步驟2,,估算軸徑時，因軸承等位置尚未確定，彎矩未知，故只能考慮扭矩。, WT抗扭截面模量（系數(shù)），參照教材p425附錄A表A-7； P傳遞的功率(kw)；n軸的轉速(r/min)； d最小軸徑(mm) ；C材料相關系數(shù)教材p189表(26-3) 軸上有單鍵，直徑增大3-4 %；有雙鍵,直徑增大7-10 %,扭剪應力,設計公式,4、軸的結構設計,步驟3,,1.擬定軸上零件裝配方案 2.估算最小軸徑 3.
6、確定各段尺寸 4.確定軸的結構要素,4、軸的結構設計,步驟3,,根據(jù)軸上零件受力情況及安裝固定對軸表面的要求，由外向內(nèi)確定各段直徑,根據(jù)軸上零件的位置、配合長度、支承結構和形式，由內(nèi)向外確定各段長度,4、軸的結構設計,步驟4,,1.擬定軸上零件裝配方案 2.估算最小軸徑 3.確定各段尺寸 4.確定軸的結構要素,（1） 制造工藝性要求,軸應有良好的制造工藝，便于加工,加工方法不同，軸的結構也可能不同 鍵槽應位于同一母線上；螺紋退刀槽；砂輪越程槽,,（2） 裝拆要求,階梯軸軸端應設計45倒角 鍵槽應置于軸與輪轂先接觸的直徑變化處 過盈配合采用錐面直徑過渡 合理設計非定位軸肩，減少不必要的配合面 軸
7、承定位軸肩(或套筒)不能過高(以便拆卸) 軸肩圓角輪轂孔圓角(倒角),軸上零件要易于裝拆、調(diào)整 不同的裝拆方案，得到不同結構 軸的直徑應圓整成標準值,（3） 定位和固定要求,軸與軸上零件要有準確的工作位置 定位：零件有準確的工作位置 固定：零件在軸上的位置牢固可靠,周向定位和固定,常用的周向固定方法： 鍵、花鍵、緊定螺釘、過盈配合等,防止軸上零件與軸發(fā)生相對轉動，以傳遞轉矩,軸向定位和固定,常用的軸向定位和固定方法： 軸肩、套筒、螺母、軸端擋圈等 軸頭長度 < 輪轂的軸向長度 定位軸肩高度一般取36mm,防止軸上零件工作時發(fā)生軸向躥動,（4） 盡量減少應力集中, 改善軸的受力狀態(tài),軸肩處要有過
8、渡圓角 相鄰軸徑的變化不宜太大 改善零件位置及結構, 以改善軸的受力狀態(tài),4、軸的結構設計,找錯練習,, 軸承沒定位 軸向定位不確定 軸承用錯或裝錯 無調(diào)整墊片 端蓋端面無凹坑加工量大, 無定位軸肩 端蓋無密封 鍵槽太長 無非定位軸肩 套筒太高,5、軸的強度計算,在完成軸的結構設計后，針對不同情況，采用不同強度校核計算方法對結構進行驗證。,內(nèi)容,,5、軸的強度計算,方法1,,5.許用切應力法(扭轉強度) 6.許用彎曲應力法( 彎扭合成強度 ) 7.安全系數(shù)計算法：疲勞強度計算、 靜強度計算,適用情況： (1)軸只傳遞轉矩，不承受彎矩（或很小的彎矩） (2)彎矩未知，按扭距作初步
9、計算,5、軸的強度計算,方法1,,, WT抗扭截面模量（系數(shù)），參照教材p425附錄A表A-7； P傳遞的功率(kw)；n軸的轉速(r/min)； d最小軸徑(mm) ；T、C材料相關系數(shù)教材p189表(26-3) 軸上有單鍵，直徑增大3-4 %；有雙鍵,直徑增大7-10 %,扭剪應力,設計公式,,5、軸的強度計算,方法2,,,5.許用切應力法(扭轉強度) 6.許用彎曲應力法( 彎扭合成強度 ) 7.安全系數(shù)計算法：疲勞強度計算、 靜強度計算,,,,,T,適用情況： (1)一般精度情況的軸計算 (2)支撐點、載荷均已知,,F,5、軸的強度計算,步驟： 繪制受力計算簡圖 計算
10、所有力引起的彎矩 合成彎矩M 計算扭矩 合成當量彎矩M 強度條件：,,為扭-彎應力性質(zhì)折合（校正）系數(shù) 含義：將扭剪應力的循環(huán)特性轉換 成與彎曲應力的循環(huán)特性一致,方法2,,,對只承受彎矩的心軸 對轉動心軸： 對不轉動心軸：,設計校核公式,危險截面的確定： 承受當量彎矩最大的截面 承受當量彎矩較大且?guī)缀纬叽巛^小的截面 23個截面,5、軸的強度計算,方法2,,,5、軸的強度計算,方法3,,,5.許用切應力法(扭轉強度) 6.許用彎曲應力法( 彎扭合成強度 ) 7.安全系數(shù)計算法：疲勞強度計算、 靜強度計算,,,,,T,適用情況： (1)針對重要軸的精確計算 (2)同時考慮應
11、力集中等多種因素,,F,5、軸的強度計算,方法3,,,KN：壽命系數(shù) -1, -1：對稱循環(huán)應力時材料彎曲和扭轉疲勞強度 k，k：彎曲與扭轉時應力集中系數(shù)，教材p424表A-4,5 ：表面質(zhì)量系數(shù)，教材p422、423表A-1,2,3 ，：尺寸系數(shù)，教材p424表A-6,S S,教材192表26-5,疲勞強度精確計算,5、軸的強度計算,方法3,,,,,靜強度精確計算,見教材p192193,6、軸的其它計算,,,,,,,T,,F,8.剛度計算 9.振動穩(wěn)定性計算( 臨界轉速),扭轉剛度計算 扭角條件：,彎曲剛度計算 撓度條件： 傾角條件：,剛度計算,6、軸的其它計算,,,7、軸的設計與計算,,,教材p198-200,,,作業(yè)：教材p201 習題26-7,
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