机械设计基础第12章轴.ppt

* 校核式： 危险截面 Mca最大处 Mca较大且d 较小处 [σ-1]b：对称循环变应力作用下的许用弯曲应力 * 弯扭合成法计算流程： 垂直面受力 垂直面弯矩 扭矩 轴的当量弯矩 水平面受力 水平面弯矩 合成弯矩 强度不满足要求 轴的简化受力图 重新设计 初算轴的最细处直径 进行结构设计 进行强度验算 刚度验算 振动稳定性计算 选择轴的材料 轴的设计方法： 对于阶梯直轴，一般流程是： 轴的设计并无固定不变的步骤，视具体情况而定 有特殊要求时才进行 §12-4　轴的设计方法及综合示例 * 作业 P227 12－15 12－13 12－14 * 第12章 轴的设计 了解轴的基本概念，掌握轴的结构设计，了解轴的强度计算。 * 轴：shaft §12-1　概 述 一 轴的功用 传递运动和动力 支承回转零件 二 轴的类型 按轴线分： 挠性钢丝轴 直轴 曲轴 光轴 阶梯轴 可以弯曲且不影响传递扭矩。比如汽车、摩托车和轮船里程表、转速表，计数器，割草机及各种机械转动仪表中的、通下水的、等等 * 转 轴 心 轴 传动轴 按受载性质分： 只受弯矩M 只受扭矩T 既受弯矩M，又受扭矩T 转动心轴 固定心轴 * 三 轴设计的主要内容 设计任务 — 选材、结构设计、校核工作能力 结构设计 根据轴上零件的定位、固定、安装以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的形状和尺寸 — 校核工作能力 强度 — 防止轴发生疲劳断裂 刚度 — 防止轴发生过大的弹性变形 振动稳定性 — 防止高速时轴发生共振 * 轴的设计过程 N 选择材料 结构设计 轴的工作能力验算 验算合格? Y 结 束 强度问题 结构问题 重点本章讨论： * 四 轴的材料 碳素钢、合金钢和铸铁 碳素钢 — 具有较好的综合力学性能，应用较多，尤其是45钢应用最广 合金钢 — 具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴 铸铁：用来制造形状复杂的轴，具有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感较低等优点。 * §12-2　轴的结构设计 加工工艺性要好 便于轴上零件装拆 轴上零件要有准确的定位 轴上零件要有可靠的固定 尽量减少应力集中 需考虑的问题： 轴颈 轴头 轴身 — 与轴承相配的部分 — 与轮毂相配的部分 — 连接轴颈与轴头部分 轴颈 轴身 轴头 轴的常用术语： 轮毂：齿轮中心的圆柱部分,常带有一孔,其作用是安装在轴上使其在轴上转动或与轴一起转动 * 一 轴上零件的轴向定位和固定 轴肩或轴环 r 简单可靠，能受较大轴向力 定位轴肩： 非定位轴肩： 滚动轴承的定位轴肩或轴环高度查轴承标准 为保证定位准确，R 或 C ＞ r h=(0.07~0.1)d ，一般为2.5~5mm 便于轴上零件装拆 h≈1～2 mm，甚至更小 轴环宽度：b ≈1.4 h 孔倒角C C h — 阶梯轴上截面变化之处 * 套筒 间距较大、转速较高时不宜采用 用于两个近距离零件间 需切制螺纹，削弱了轴的强度 用于两零件距离较远时，或轴端 圆螺母和止动垫圈 对顶螺母（两个细牙螺母） 螺母 需切环槽，削弱了轴的强度 弹性挡圈 只能受较小轴向力、常用于滚动轴承的固定 * 能承受较大的轴向力 轴端挡圈 圆锥面 用来固定轴端零件 常与轴端挡圈配合使用 与轮毂相配的轴段长度应比轮毂宽度短2～3 mm! 固定可靠 B L B = L – (2～3)mm * 目的：防止零件与轴发生相对转动，并传递转矩 二 轴上零件的周向固定 平键连接 花键连接 紧定螺钉 过盈配合 销 连 接 如：滚动轴承内圈与轴之间的配合 成型连接 * 例：试分析下图中轴上零件的定位和固定情况。 * 结构设计之前，要先拟定好轴上零件的装配方案 — 确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互关系 * 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。 * 轴应便于加工、测量，工作量少、生产效率高 三 轴的加工和装配工艺性 通常情况下轴应设计成阶梯直轴 轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽等尺寸一致 不同轴段的各键槽应布置在同一直线上 磨削或车螺纹应留有越程槽或退刀槽 越程槽 轴上零件应装拆方便 轴的配合直径应尽量按标准值选取 轴的标准尺寸系列 * 便于轴承的装拆 * * 要求轴肩高度滚动轴承内圈高度 错误 正确 * 四 提高轴的强度、刚度 1、改变轴上零件结构 Q 方案b 图示为起重机卷筒两种布置方案 T Q 方案 a 轴径大 轴径小 a图中大齿轮和卷筒联成一体，故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩。 b图中轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷相同时，图a结构轴的直径要小。