Chapter 19 Design of Shafts课件.ppt

按弯扭合成校核轴的强度—— 画轴空间受力简图 轴空间受力简图； Fr Fa FVA FVB Ft FHA FHB 将轴上作用力分解为垂直面受力； 将轴上作用力分解为水平面受力。 取集中力作用于齿轮和轴承宽度的中点。 Fr Ft Fa A B 轴系结构改错 四处错误 正确答案 三处错误 正确答案 两处错误 1.左侧键太长，套筒无法装入 2.多个键应位于同一母线上 思考题： 试指出图中结构不合理的地方，并予以改正。 14.2.4 提高轴的强度的措施 改进轴的结构以减少应力集中—— 轴上相邻轴段的直径不应相差过大，在直径变化处，尽量用圆角过渡，圆角半径尽可能大。 轴上与零件毂孔配合的轴段，在配合边缘会产生较大的应力集中。可以在轴或轮毂上开卸载槽以及加大配合部分的直径等措施进行改善。 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽。 盘铣刀加工的键槽与端铣刀铣出的键槽相比，前者槽底过渡平缓；采用渐开线花键结构代替矩形花键，均可减小应力集中。避免在轴上受载较大的部分设计螺纹结构。 改进轴上零件的结构或布置以减小轴的载荷—— Example 1 —— 起重卷筒的两种不同结构方案比较 × × Motor 1 × 2 3 FQ × Motor 1 2 3 FQ × × 左图方案——齿轮2与卷筒3之间用螺栓连接，空套于轴上，固定心轴。也可改为齿轮2与轴用键连接，转动心轴 。轴直径小。 右图方案——齿轮2和卷筒3分别用键与轴连接，转轴。轴直径大。 Example 2 —— 起重卷筒的两种不同结构方案比较 输入 T1 +T2 × × × 输出 T1 输出 T2 输入 T1 +T2 × × 输出 T2 × 输出 T1 转矩图 T1 T2 T1 +T2 T1 T2 T1 +T2 转矩图 Example 3 ——合理安排轴上载荷的传递路线 当动力需要两个轮输出时，为了减小轴上的转矩，尽量将输入轮布置在中间（左图）。当输入转矩为T1+T2时，此时左图轴上的最大转矩为T1。而右图的结构，轴上的最大转矩为T1+T2。 改善轴的表面品质以提高其疲劳强度—— 轴的表面粗糙度对疲劳强度有很大的影响。疲劳裂纹常常发生在表面最粗糙的地方。 为提高轴的疲劳强度，可采用表面强化处理，如碾压、喷丸、氮化、渗碳、淬火等方法，可显著提高轴的承载能力。 14.3 轴的设计计算 根据轴的失效形式，对轴的计算内容通常为 强度(strength)计算—— 刚度(stiffness)计算——轴受载后发生弯曲、扭转等变形。如果变形过大，超过允许变形范围，轴上零件就不能正常工作，甚至影响机器的性能。因此，对于有刚度要求的轴，必须进行刚度校核。轴的刚度分为弯曲刚度和扭转刚度。 临界转速(critical rotating speed)计算——若轴受载荷作用引起的强迫振动频率与轴的固有频率相同或接近时，将产生共振现象，以至于轴或轴上零件乃至整个机器遭到破坏。发生共振时轴的转速称为临界转速。因此，对于重要的轴，尤其是高速轴或受周期性外载作用的轴，都必须计算其临界转速，并使轴的工作转速避开临界转速。 14.3.1 轴的强度计算 三种方法——按扭转强度计算，按弯扭合成强度计算，安全系数校核计算。 按扭转强度计算——只需知道转矩大小，方法简便，但计算精度低。它主要用于下列情况： 传递转矩或以转矩为主的传动轴； 对于弯矩尚不能确定的转轴，初步估算轴径，将其作为最小直径，以便进行结构设计； 不重要的转轴的最终计算。 对于实心圆轴—— 扭转强度条件—— T — 轴传递的转矩(N?mm)； WT — 轴的抗扭截面系数(mm3)，表19.2； P — 轴传递的功率(kW)； n — 轴的转速(r/min)； [?T] — 许用切应力(MPa)，表19.3。 当截面上有键槽时，可按圆轴计算，并适当增大轴径。对于直径小于100的轴，单键增大5~7%，双键增大10~15%；对于直径大于100的轴，单键增大3%，双键增大7%。 表19.2 按弯扭合成强度计算—— 适用前提——在轴结构设计后，轴的主要结构形状和尺寸、轴上零件的位置、外载荷和支反力的作用位置均已确定。 适用对象——同时受弯矩和转矩的转轴，仅受弯矩的心轴。 方法特点——同时考虑弯、扭，按强度理论进行合成，对轴的危险截面(即弯矩、扭矩大的截面)进行强度校核。一般的轴用此方法已足够可靠。 根据第三强度理论，转轴计算截面弯扭合成强度条件为 M — 轴所受的合成弯矩(N?mm)； T — 轴传递的转矩(N?mm)； W — 轴的抗弯截面系数(mm3)，表19.2； WT — 轴的抗扭截面系数(mm3)，表19.2； ?c — 当量弯曲应力(MP