第6章 轴设计.ppt

第六章 轴设计 要解决的问题 结构问题— 确定轴的形状和尺寸 强度问题— 防止轴发生疲劳断裂或塑性变形 刚度问题— 防止轴发生过大的弹性变形 振动稳定性问题— 防止轴系发生共振 一、轴设计概述 2. 轴的材料 碳素钢 优质碳素钢：35、45、50等 45钢使用最广泛 普通碳素钢：Q235A等 特点 强度、刚度、塑性和韧性等综合机械性能好 应力集中敏感性小 热处理后提高耐磨性、疲劳强度 2. 轴的材料（续） 合金钢 用于高速、重载、较重要的轴常用40Cr、40MnB、20CrMnTi等 特点 强度和淬火性比碳素钢好 热处理后提高耐磨性、疲劳强度 对应力集中敏感性较大价格比碳素钢贵 注意 刚度与碳素钢相同 (两者弹性模量 E 相近) 我国Cr、Ni 资源少，尽量用代用钢种(如40MnB机械性能接近40Cr) 2. 轴的材料（续） 球墨铸铁 以铁代钢 特点: 吸振性、耐磨性好对应力集中敏感性较小可以做成复杂形状 价廉冲击韧性低、质量不易控制 毛坯 圆钢棒料 尺寸小的轴 锻造毛坯 尺寸较大或为提高强度的轴 焊接毛坯 大件锻造困难 铸造毛坯 形状复杂的轴、空心轴等 二、轴的结构设计 1、轴的结构设计原则 满足强度、刚度、防振的要求，并通过结构设计提高这些方面的性能 保证轴上零件定位且固定可靠 便于轴上零件装拆和调整 轴的加工工艺性好 2. 轴上零件的轴向定位和固定 (2) 圆螺母和弹性档圈 (3)套筒 (4) 轴端档圈 用螺钉将档圈固定在轴的端面 与轴肩或锥面配合、固定轴端零件 (5) 紧定螺钉 3. 轴上零件的周向固定 4. 轴的加工和装配工艺性 5. 提高轴强度与刚度的结构措施 (2) 改善轴的受力状况 6. 轴的设计步骤 7. 轴的结构设计举例 三、轴的强度计算 3. 按弯扭合成强度计算(转轴) 提高轴的强度的常用措施 四、轴毂连接设计 Inventor 轴设计 Inventor 轴设计 Inventor 轴设计 Inventor 轴设计 Inventor 轴设计 Inventor 轴设计 ● 键连接的选择与校核 类型选择，尺寸选择（平键的截面尺寸按轴径查标准）； 普通平键校核挤压强度（静连接），导键或滑键应防止磨损（动连接）； 键的工作长度不一定等于键长，普通平键的键长应小于轮毂宽度。 作 业 说明： 2）按1:2比例绘制轴系装配图，并标注各轴段 的尺寸（可用CAD软件绘图） ； 3）注意轴的转向(已给定)及各分力的方向； 6－4（大作业） 1）轴承型号7300C指内径待定； 4）校核1～2个危险截面。 1 2 3 5 4 6 7 对于转轴 由轴的结构而定 解决办法： 转矩 弯矩 仅考虑 的强度条件 用降低 来考虑 的影响 适于初估直径 ( 跨距？力作用点？) F T 对于实心圆轴 的设计式 107～98 118～107 135～118 148~125 160～135 C 40~52 30~40 20~30 12~25 12~20 40Cr,35SiMn,2Cr13, 20CrMnTi 45 35 1Cr18Ni9Ti A3,20 轴的材料 令其为系数 C 与材料有关 对于转轴，扭转强度公式一般用来初算轴的直径， 弯矩相对转矩较小或只受转矩时，C 取小值。 （高速轴C取大值） 若该轴段同一剖面上有一个键槽，d 值增大5% ,有两个键槽，增大10% 。 弯矩较大时，C 取大值 计算出的 d 作为受扭段的最小直径 dmin 。 注意： 既考虑弯矩又考虑转矩，比前法精确。 需已知： 轴的支反力作用点、外载荷的大小及位置。 弯、扭联合作用时，采用第三强度理论 则轴危险截面上的当量应力： 对于直径为 d 的实心轴： 轴危险截面的弯矩 F T (其他情况的 W 、 WT 查附表 6-8) σb τT 轴的抗弯剖面系数 M M 由于?b 与 ?T 的循环特征可能不同，需引进折合系数α将 ?T 折合成对称循环变应力。 则强度条件为： — 当量弯矩 折合系数α的取值： ● 对于不变的转矩， ?T 看成静应力： ● 频繁启动、振动或情况不明， ● 经常双向运转，?T 看成对称循环： 对称循环变应力下的许用弯曲应力 ?T 看成脉动循环： 转动心轴 －σb为对称循环，许用应力仍为[σ-1]b 设计式： 所计算危险截面若有键槽，则将轴径加大，方法同前。 对于心轴：T ＝0，∴ Mca＝M 固定心轴 －σb看成脉动循环，许用应力为[σ0]b 危险截面轴径 [σ-1]b — 根据轴的材料查表 6-4； —对轴作受力分析，求出危险截面 的 M 、 T 及α 3）、安全系数校核计算 一般的轴用前述方法已足够精确。 重要的轴需用安全系数法进行校核。 a、疲劳强度安全系数计算 目的 — 防止疲劳