机械设计基础之轴.ppt

机械原理——机械的平衡 基本要求: 知道转轴、心轴和传动轴 掌握轴的结构设计原则，熟悉轴上零件的轴向和周向固定定位方法，明确轴的结构设计中应注意的问题 掌握轴的三种强度计算方法 了解轴的刚度计算方法 本章特点： 轴的设计过程是结构设计与强度(或刚度)校核计算交替进行，逐步完善的 14.1 轴的功用和类型 一、轴的功用 支承回转零件，传递运动、动力 二、轴的分类 1 按载荷性质分类 2 按形状分类 1 按载荷性质分类 心轴：只承受弯矩，不传递转矩 传动轴：主要传递转矩 转轴：既承受弯矩，又传递转矩 2 按形状分类 直轴、曲轴、软轴 三、轴设计解决的问题 1、结构问题 — 确定轴的形状和尺寸 2、强度问题 — 防止轴发生疲劳断裂 3、刚度问题 — 防止轴发生过大的弹性变形 4、振动稳定性问题 — 防止轴发生共振 1.拟定轴上零件装配方案 2.估算轴的最小直径ｄmin 3.确定各段直径及长度 4.确定轴的结构要素 轴的材料，见表14-1 1. 钢： 优质碳素钢:35、 45 、 50号钢 普通碳素钢Q235、Q255、Q275 合金钢：20Cr、20CrMnTi、40Cr、35SiMn、35CrMo 14.3 轴的结构设计 轴头：轴和旋转零件的配合部分 轴颈：轴和轴承配合的部分 轴身：连接轴颈与轴头部分 轴肩(轴环)： 轴的直径变化所形成的阶梯处 轴的结构设计的要求 1. 制造工艺性要求： 轴应有良好的制造工艺，便于加工 2. 装拆要求： 轴上零件要易于装拆、调整 3. 定位和固定要求： 轴与轴上零件要有准确的工作位置，并牢固地保持这一位置 1 制造工艺性要求 轴应有良好的制造工艺，便于加工 加工方法不同，轴的结构也可能不同 键槽应位于同一母线上；螺纹退刀槽；砂轮越程槽 2 装拆要求 轴上零件要易于装拆、调整 不同的装拆方案，得到不同结构 阶梯状轴——轴端应有45°倒角 轴的直径应圆整成标准值 非定位轴肩(便于装配)、定位轴肩(零件定位) 设计轴肩时应注意: 轴承定位轴肩(套筒)不能过高(以便拆卸) 轴长应略短于轮毂宽度(保证零件固定) 轴肩圆角ｒ＜轮毂孔圆角Ｒ(倒角Ｃ) 3 定位和固定要求 轴与轴上零件要有准确的工作位置 定位：零件有准确的工作位置 固定：零件在轴上的位置牢固可靠 周向、 轴向定位和固定 周向定位和固定 防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩 常用的周向固定方法： 键、花键、紧定螺钉、过盈配合等 轴向定位和固定 防止轴上零件工作时发生轴向蹿动 常用的轴向定位和固定方法： 轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈等 轴头长度 轮毂的轴向长度 4 尽量减少应力集中, 改善轴的受力状态 尽量减少应力集中： 轴肩处要有过渡圆角 相邻轴径的变化不宜太大 4 尽量减少应力集中, 改善轴的受力状态 改变零件位置及结构, 以改善轴的受力状态 结构示例1 结构示例2：结构改错 ① 无定位轴肩 ② 端盖无密封 ③ 键槽太长 ④无非定位轴肩 ⑤套筒太高 ⑥ 轴承没定位 ⑦ 轴向定位不确定 ⑧ 轴承用错或装错 ⑨ 无调整垫片 ⑩ 端盖端面无凹坑加工量大 14.4 轴的强度计算 轴的工作能力主要取决与强度和刚度，高速轴还要校核振动稳定性 轴的强度计算 轴的计算流程： 1 按扭转强度计算 适用状况： (1)轴只传递转矩，不承受弯矩（或很小的弯矩） (2)弯矩未知，按扭矩作初步计算 扭转强度条件: 2 按弯扭合成强度计算 适用状况： 轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大小、方向和作用点已知——准确计算 弯、扭联合作用时，采用第三强度理论 绘制受力计算简图 计算所有力引起的弯矩 合成弯矩M 计算扭矩 合成当量弯矩Me 强度条件： 弯扭合成设计公式 设计公式： 对只承受弯矩的心轴 3. 取d1=60mm →带轮定位 d2=68mm →装轴承 d3=70mm →装齿轮d4=72mm →齿轮定位d5=82mm 14.5 轴的刚度计算 一、弯曲刚度计算 挠度条件： 转角条件： 二、 扭转刚度计算 扭角条件： 1.拟定轴上零件装配方案 2.估算轴的最小直径ｄmin 3.确定各段直径及长度 4.确定轴的结构要素 例14－1结构设计 1.拟定轴上零件装配方案 L=193mm,k=206mm 2.估算dmin: 考虑键 dmin=56.6×1.04=58.9mm T =Ft·d2/2=17400×146/2 =1.27×106 Nmm 取45钢, 调质 表14-1 → [τ]=25～ 45Mpa 取[τ]=35Mpa 1)圆锥滚子轴承应正装 2)轴承组合应采用两端固定 L L/2 k 初选一对30214圆锥滚子 轴承(正装) 。 d2 d3 d4