机械设计第 11 章解析.ppt

第 四 篇 轴、轴承、联轴器 第 十 一 章 轴 §1 概 述 轴的用途和分类： 轴：用于支承旋转零件，传递运动和动力。 §2 轴的结构设计 轴的结构设计应考虑： 考虑轴上零件的布置及定位（周向和轴向定位）； 轴的加工和装拆； 作用于轴上的载荷大小及分布情况。 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸； 轴的结构影响因素： §3 轴 的 计 算 设计准则：满足足够的强度、刚度及振动稳定性。 轴的强度校核计算： 对于只受T的轴（传动轴）按扭转强度计算； 对只受M的轴（心轴）按弯矩强度计算； 对受T、M的轴（转轴）按弯扭合成强度条件进行计算，必要时还按疲劳强度条件进行精确校核； 对瞬时过载或应力循环不对称性较严重的轴，还应按尖峰载荷校核其静强度。 按扭转强度条件计算： 只按T来计算轴的强度，如还受有不大弯矩时，应降低许用扭转切应力来考虑； 轴的结构设计（补充） 4.轴的外伸长度的确定 此法通常用来初步估算轴径； 对不太重要的轴，也可作为最后计算结果； 轴的扭转强度条件： 当开有键槽，应加大d以弥补其对轴强度的削弱： 有一个键槽，加大3～5%； 有两个键槽，加大 7～10%； 计算出的直径按标准系列向大处圆整。 以dmin为基础进行轴的结构设计； 按弯扭合成强度理论进行初步设计计算： 已知条件：轴上零件的位置、外载荷以及支反力的作用位置。 据结构图绘出轴的受力图； 传动件的力作用于传动件宽度中点； 作用在轴上的扭矩，一般从传动件轮宽中点算起； 轴作为铰链支座上的梁计算； 支反力作用点与轴承类型和布置方式有关；对滑动轴承与宽径比有关：滚动轴承计算时可大致取为轴承宽度中点。 当l/d≤1时，取e=0.5l； 当l/d1时，取e=0.5d，但不小于(0.25～0.35)l； 对于调心轴承e=0.5l。 求轴上零件的载荷： 空间力系应分解为Ft、Fr、Fa； 将它们全部向轴上简化，即分解为水平和垂直面力。 求支反力：水平支反力RH、垂直支反力RV。 作弯矩图： RH产生水平面内弯矩MH； RV产生垂直面内弯矩MV； α——将扭矩转化成当量弯矩的修正系数； 通常由弯矩所产生的弯曲应力是对称循环变应力，而扭矩所产生的扭转切应力常常不是对称循环变应力； 作出总弯矩图： 作出扭矩图：将扭矩转化为等效的弯矩αT。 作计算弯矩图： 1）单向旋转、载荷稳定：切应力接近不变r=+1， 2）单向旋转、载荷不稳定：切应力接近脉动循环r=0， 3）连续正反转、载荷不稳定：切应力接近对称循环，r= -1， T 1)按第三强度理论 注： 2）引入折合系数： 3）弯曲应力和扭转切应力分别为： 4）弯扭合成强度条件： 针对危险剖面（当量弯矩大、直径小的剖面）进行校核。 键槽对W影响很小，故不论剖面是否有键槽，对实心轴取W=0.1d3； 轴的许用应力[σ]： 轴旋转时，弯矩在剖面上引起的应力是对称循环变应力[σ]= [σ-1b] 当轴固定时，考虑停车影响，弯矩所引起的应力是脉动循环应力[σ]= [σ0b] 当轴只受弯矩（心轴）则T=0；当轴只受扭矩（传动轴）M=0； 有键槽时，同上面一样，计算出的直径要加大。 按疲劳强度条件进行精确校核（用于重要轴）： 已知轴的外形，尺寸及载荷； 确定一个或几个危险截面（不仅要考虑Mca的大小，而且要考虑应力集中、表面状况核和尺寸影响等）； 据M、T σ、τ σm、 τm、 σa τa 弯曲应力通常按对称循环变化： 切应力通常按脉动循环变化： 据应力循环性质 3）求弯矩作用下的安全系数Sσ和扭矩作用下的安全系数Sτ。 复合安全系数： 材料均匀，载荷与应力计算较精确时，[S]≥1.3～1.5； 材料不够均匀，载荷与应力计算不够精确时，[S]≥1.5～1.8； 材料均匀性和计算精确度都很低，或尺寸很大的转轴(d200mm)，则[S]≥1.8～2.5； 重要的轴，应适当增加[S]值。 静强度校核： 校核轴对塑性变形的抵抗能力； 按尖峰时进行静强度校核： 轴的刚度校核： 轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形，当变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会丧失机器应有的工作性能； 在设计有刚度要求的轴时，必须进行刚度校核。 轴的弯曲刚度校核： 轴视为简支梁； 如是光轴则按材料力学公式计算； 轴的扭转刚度校核： 轴的扭转变形用每米长的扭转角φ来表示； 光轴? 3）阶梯轴： 对钢G=8.41×108Mpa； 对阶梯轴可转化为等效的光轴进行计算； 当载荷作用于两支承间时，L=l（l为支承跨距）； 当载荷作用于悬臂端时，L=l+k（k为悬臂长度）。 4）轴弯曲刚度条件： 轴的扭转刚度条件： 轴的振动稳定性计算： 解：1.求输出轴上的功率P3、转速n3和扭矩T： 取每级齿轮传动的