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轴的分类和材料轴的结构设计强度与刚度计算 * * Chap 14 轴 主要内容 本章重点 强度计算 轴的结构设计 2 按几何轴线 ┌直轴(光轴、阶梯轴）：凸轮轴、花键轴齿轮轴及蜗杆轴等 │曲轴 ：内燃机、曲柄压力机 └挠性钢丝轴（软轴）(振捣器) §14-2 轴的材料 材料要求：足够的强度，对应力集中敏感性低； 满足刚度、耐磨性、耐腐蚀性及良好的加工性。 1 钢 (1) 碳素钢 优质碳素钢:35、 50 、 45 钢(中载和一般要求的轴 ) 普通碳素钢:Q235、Q255、Q275(轻载和不重要的轴) (2)合金钢 20Cr、20CrMnTi、40Cr、35SiMn、35CrMo （重载和重要的轴 ） 球墨铸铁: QT500-5、QT600-2（形状复杂的轴 ） 轴的材料 表14-1 轴的毛坯: 可用轧制圆钢材、锻造、焊接、铸造等方法获得。 §14-3 轴的结构设计 轴的结构设计的任务: 轴结构设计要求: (1)制造安装要求 (2)定位 (3)固定 (4)受力情况 轴结构的组成 轴颈：轴上被轴承支承的部分 轴头：轴支承零件的部分 轴肩：由直径变化所形成的阶梯处部分 ┌外型 │各段直径和长度 └结构尺寸 一、制造安装要求 二、轴上零件定位 轴肩定位 套筒定位 三、轴上零件固定 a、轴上零件的轴向固定 ???? ①轴肩(轴环)? ②套筒③螺母④挡圈⑤圆锥形轴头等 受力小时，弹性挡圈、紧定螺钉 b、轴上零件的周向固定: ?平键，花键，过盈配合联接。 四、改善轴的受力情况，减小应力集中 （1 ）合理布置轴上零件 （2）减小应力集中，截面变化处用圆角过渡 避免在轴上开槽、切口、凹槽 必要时，用卸载槽、过渡肩环、凹切圆角等 合理布置轴上零件 凹切圆角 轮毂卸载槽 §14-4 轴的强度设计 一、按扭转强度计算 适用：传动轴；转轴的近似计算；不重要的轴 2 强度条件 Mpa 3 近似设计公式 4 经验公式 高速轴：d=(0.8 ～ 1.2)D 低速轴：d=(0.3 ～ 0.4)a 表14-2 1 受力分析 由Ｔ→τ mm 失效：断裂、塑性变形 最细 减速器 二、按弯扭合成强度计算 1 受力分析：M + T 转轴 2 强度条件 钢制轴：按第三强度理论： 当量应力σe： 通常σb 与τ的循环特性不同，引入折合系数α，T → αT ： (1) 当量弯矩Ｍe： α－根据转矩性质而定的折合系数→将扭转切应 力转换成与弯曲应力变化特性相同的扭转切应力。 ┌ r = -1 α= 1 τ │ r = 0 α= [σ-1b ] /[σ0b ]= 0.6 └ r = +1 α= [σ-1b ] /[σ+1b ]= 0.3 (3) 合成弯矩Ｍ: (2)α 取值： 说明 (4) [σ-1b ]、[σ0b ]、[σ+1b ]：对称循环、脉动循环、静应力 下的许用应力，表14-3。 三、按弯扭合成强度设计轴的步骤 1 分析外载荷 2 作MV和MH图 3 合成弯矩Ｍ 4 作T图(正负判断用右手螺旋法则) 5 弯扭合成，作M e图 6 危险截面？ FV FH 1 有键槽的截面，轴径加大4% 2 重要的轴，需要加安全系数 c 例 14-1：试计算某减速器输出轴危险截面的直径。已知作用在齿轮上的圆周力Ft=17400N,径向力Fr=6410N,轴向力Fa=6410N,齿轮分度圆直径d2=146mm,作用在右端轴承的外力F=4500N（方向未定），L=193mm,K=206mm. 书上 §14-5 轴的刚度计算 刚度计算条件 M→弯曲变形?? y≤[y]??? (桡度) ?? θ≤[θ]?? (转角) 表14-4 T →扭转变形 φ ≤[φ] （扭角） 一、弯曲变形计算 方法： （1）等直径轴：按挠度曲线的近似微分方程积分； （2）阶梯轴：变形能法。 二、扭转变形计算 1 等直径轴：按扭转变形公式计算φ。 2 阶梯轴： rad rad G——材料切变模量 Ip——轴截面的极惯性矩