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1、 16 1概述 16 2轴的结构设计 16 3轴的强度计算 16 4轴的刚度计算 16 5轴的临界转速 第16章轴 16 1概述 功用 轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力 16 1 1轴的分类 按照承受载荷的不同 轴可分为 1 转轴 同时承受弯矩和转矩的轴 如减速器的轴 2 心轴 只承受弯矩的轴 如火车车轮轴 转动心轴 固定心轴 如 齿轮轴 火车轮轴 3 传动轴 主要承受转矩的轴 不受弯矩或弯矩很小 如汽车的传动轴 除了刚性轴外 还有钢丝软轴 可以把回转运动灵活地传 直轴根据外形的不同 可分为光轴和阶梯轴 按照轴线形状的不同 轴可分为曲轴和直轴两大类 轴一般是实心轴 有特殊要求时也可制
2、成空心轴 16 1概述 到不开敞地空间位置 桥式起重机 大车行走机 构车轮轴 16 1 2轴的材料 16 1概述 轴的材料主要是碳钢和合金钢 轴的常用材料及其部分机械性能 见下页 16 1概述 16 1概述 16 1 3轴设计的主要问题 2 结构 轴向 周向定位 工艺要求 安装和维修 3 工作能力 强度 刚度 耐磨性和振动的稳定性等 重型轴还要考虑毛坯制造 探伤 起重 1 材料 见前述 16 2轴的结构设计 16 2 1轴的毛坯 尺寸较小的轴可以用圆钢车制 尺寸较大的轴则应用锻造毛坯 铸造毛坯应用较少 16 2 2轴的组成 轴主要由轴头 轴身 轴颈三部分组成 轴端 轴头 轴颈 轴头 轴身 轴的
3、结构和形状取决于 轴的毛坯种类轴上作用力的大小及分布情况轴上零件的位置 配合性质以及联结固定的方法轴承的类型 尺寸和位置轴的加工方法 装配方法以及其他特殊要求 16 2轴的结构设计 要求 受载合理 轴及轴上零 部件定位及固定可靠 良好的制造 拆装工艺性 减小应力集中 1 受载合理 1 减小轴上扭矩 改变轴上零件的布置 有时可以减小轴上的载荷 2 减小轴上弯矩 3 改变零件的结构可以改变轴的类型 a T由卷筒传递 轴仅受M 心轴 b T由轴传递 轴受M T 转轴 16 2轴的结构设计 改进轴上零件的结构也可以减小轴上的最大载荷 16 2轴的结构设计 2 轴在轴上零件定位 固定可靠 装拆方便 见1
4、6 2 3 3 良好的工艺性 1 退刀槽 需磨削处 需车螺纹处 2 倒角 易对中安装 紧配合处 安全 倒角 圆角一致 3 键槽 在同一母线上 16 2轴的结构设计 4 非定位轴肩的设置 便于紧配合处的安装 4 尽量避免应力集中 1 减小不必要的尺寸变化和减小尺寸变化的幅度 2 采用大过渡圆角 3 紧配合处采用卸载槽 4 减少表面粗糙度 5 采用輾压 喷丸工艺 16 2 3零件在轴上的固定 轴上零件常以其毂和轴联接在一起 轴和毂的固定可分为轴向固定和周向固定两类 16 2轴的结构设计 1 轴上零件的轴向固定 轴上零件轴向固定的方法有 轴肩 或挡环 弹性挡圈 套筒 锁紧挡圈 加紧定螺钉 锥形轴头
5、紧定螺钉 圆螺母 紧配合 轴端挡圈等结构 详见P311图16 3 轴肩由定位面和内圆角组成 轴肩处 16 2轴的结构设计 16 2轴的结构设计 2 轴上零件的周向固定 常用的周向固定方法有键 花键 成形 弹性环 销和过盈配合等联接 16 3轴的强度计算 轴的强度计算主要由三种方法 据轴受载及对安全要求 设计思路 1 按许用切应力计算 2 许用弯曲应力计算 3 安全系数校核计算 16 3 1按许用切应力计算 1 应用 仅与T有关 1 传动轴计算 主要T 2 需初步结构化的转轴 只知T 3 不重要转轴的计算 将M影响折算进行内 16 3轴的强度计算 2 算式 强度条件 16 1 设计式 16 2
6、式中 16 3轴的强度计算 16 3 2按许用弯曲应力计算 弯扭组合计算 1 应用 1 初步结构化 已知跨度的转轴 支点确定 2 一般为重要的转轴 2 算式 弯曲应力一般计算顺序如下 1 画空间受力简图 2 作水平 垂直平面受力图 3 作 作 4 作合成 由第三强度理论 M T载荷性质相同 5 作T图 M T载荷性质不同时 将修正成与性质相同的应力 引入 16 3轴的强度计算 16 3轴的强度计算 16 3 8 设计式 16 4 对于不变T 对于脉动循环的T 对于对称循环的T 式中 应力修正系数 6 作当量 7 16 3轴的强度计算 3 计算步骤 1 作空间受力简图 图a 2 作垂直平面 V面
7、 受力图 计算支反力 图b 3 作 a b c 16 3轴的强度计算 4 作水平平面 H面 受力图 计算支反力 图d 5 作 d e 16 3轴的强度计算 6 作合成弯曲图M 图f 逐点合成 7 作T图 图g 8 作当量弯矩图 图h 逐点合成 f g h 16 3轴的强度计算 9 计算d作等强度轴 10 进一步结构化 尺寸细化 加工 配合得知 16 3 3安全系数校核计算 1 应用 1 结构细化的重要轴 改善薄弱环节 2 只限危险截面处 2 算式 1 疲劳强度安全系数的校核计算 防疲劳破坏 确定危险截面 16 3轴的强度计算 弯曲作用下的安全系数 扭转作用下的安全系数 16 5 式中 16 3轴的强度计算 16 3轴的强度计算 16 6 2 静强度安全系数校核计算 防止尖峰载荷出现时轴塑性变形 16 3轴的强度计算 16 7 16 3轴的强度计算 例题16 2见P316 16 3轴的强度计算 16 3轴的强度计算 16 4轴的刚度计算 1 目的 防止弯曲 扭转变形过大而影响机器正常运转 这是工程上布允许的 例 2 计算 刚度 指轴所载荷与受载后产生的弹性变形比值 16 4轴的刚度计算 16 5轴的临界转速 1 目的 防止共振的破坏 2 轴的振动与临界转速 轴的振动 横向振动 扭转振动 纵向振动
