机械设计基础第五版第十四章试题.ppt

当量应力： 校核公式 由校核公式得设计公式： 按弯扭合成强度计算轴径的一般步骤： （1）将外载荷分解到水平面和垂直面内， 求垂直面支反力FV和水平面支反力FH。 （2）作垂直面弯矩MV图，水平面弯矩MH图。 （3）作合成弯矩M图， （4）作转矩T图， （5）弯扭合成，作当量弯矩Me图， （6）计算危险截面轴径： 注意： 对于有键槽的截面，应将计算出的轴径加大4%左右。 若计算出的轴径小于结构设计的估算轴 径，且相差不很大，一般以结构设计的 轴径为准。 反之，表明结构图中轴的强度不够，必 须修改结构设计。 14-5 轴的刚度计算 轴的刚度不够，受弯矩作用会产生弯曲 变形，受转矩作用会产生扭转变形，影 响轴的正常工作。 必须根据轴的工作条件限制其变形量： 挠度 转角 扭角 扭角： 一、弯曲变形计算： 计算轴在弯矩作用下所产生的挠度y， 转角θ。 方法： （1）按挠曲线的近似微分方程式积分求解 （等直径轴） （2）变形能法（阶梯轴） 二、扭转变形计算： 等直径轴扭角： T—转矩，Nmm l—轴受转矩作用的长度，mm G—材料的切变模量，Mpa Ip—轴截面的极惯性矩 d—轴径，mm 阶梯轴扭角： 14-6 轴的临界转速的概念 临界转速nc：产生共振时轴的转速。 对于重要的，尤其是高转速的轴必须计 算其临界转速，并使轴的工作转速避开 临界转速。 临界转速可以有许多个，最低的一个为一阶临界转速。其余为二阶、三阶------ 工作转速低于一阶临界转速的轴—刚性轴 工作转速超过一阶临界转速的轴—挠性轴 刚性轴： 挠性轴： 第十四章 轴 14-1 轴的功用和类型 轴是机器中的重要零件之一，用来支持 旋转的机械零件。如齿轮、带轮等。 分类： 承受载荷不同 转轴 传动轴 心轴 转轴： 既传递转矩又承受弯矩 传动轴： 只传递转矩不承受弯矩或弯矩很小。 汽车传动轴 心轴： 只承受弯矩不传递转矩。 火车轴 自行车 分类： 轴线形状 直轴 曲轴 挠性钢丝轴 14-2 轴的材料 碳素钢：35、45、50，正火或调质处理， Q235、Q275适用于不重要或受力较小的轴。 合金钢：20Cr、20CrMnTi 轴的常用材料及其主要力学性能见表14-1。 轴的毛坯：圆钢、锻钢、铸钢、球墨铸铁 14-3 轴的结构设计 主要要求： （1）轴应便于加工，轴上零件要易于装拆 （制造安装要求） （2）轴和轴上零件要有准确的工作位置。 （定位） （3）各零件要牢固可靠地相对固定（固定） （4）改善受力状况，减小应力集中。 一、制造安装要求： 为了便于零件的装拆，轴作成阶梯形， 为了易于零件安装，轴端及各轴段的端部应倒角 轴上磨削的轴段，应有砂轮越程槽， 车制螺纹的轴段，应有退刀槽。 二.轴上零件的定位： 阶梯轴上的截面变化处——轴肩 轴肩起轴向定位作用 采用套筒定位 三、轴上零件的固定： 1、轴向固定： 常采用轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈（压板）、销等形式 1、轴向固定：同时周向定位 轴向力较小时，可采用弹簧挡圈、 紧定螺钉。 注意： （1）采用套筒、螺母、轴端挡圈作轴向 固定时，装零件的轴段长度做得比 零件轮毂短2~3mm。 注意： （2）为了保证轴上零件紧靠定位面（轴肩） R r r C1 h h 2、周向固定： 采用键、花键、或过盈配合等联接形式。 注意：各轴段的键槽应设计在同一加工直线上，尽可能采用同一规格的键槽截面尺寸。 四、改善轴的受力状况，减小应力集中 1、合理布置轴上的零件，改善轴的受力状况 卷筒 只受弯矩 2、减小应力集中的措施： 一般在截面尺寸变化处应采用圆角过渡。 重要结构中： 采用卸载槽B、过渡肩环、 凹切圆角、在轮毂上作出卸载槽B。 14-4 轴的强度计算 根据轴的承载情况，采用相应的计算方法。 一、按扭转强度计算： 此方法只适用于承受转矩的传动轴的精确计算。 也适用于既受弯矩又受扭矩的轴的近似计算。 强度条件： τ—轴的扭切应力，Mpa T—转矩，Nmm WT— 抗扭截面系数，mm3 P—轴传递的功率，Kw n—轴的转速，r/min d—轴的直径，mm [τ]—许用扭切应力，Mpa 设计公式： 注意： 1、对于既传递转矩又承受弯矩的轴， 利用上式估算轴径必须把[τ]适当降低 （C取大值）。 2、当作用在轴上弯矩比转矩小或只传 递转矩时，C取较小值。 也可采用经验公式来估算轴的直径： 高速输入轴直径： d=（0.8~1.2）D