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1、 第十七章 轴 p.353 17-1 轴的功用和类型 17-2 轴的材料 17-3 轴的结构设计 17-4 轴的强度计算 17-1 轴的功用和类型17-1 功用和类型一 .轴的功用:支承旋转零件 使所有零件有固定的工作位置(轴向、 周向) 二. 轴的分类:2. 按载荷性质分类三. 轴的设计过程: 1.按形状分类直轴 (光轴, 阶梯轴)曲轴挠性轴 只承受弯矩不传递受转矩(固定、转动)只传递转矩不承受弯矩(或弯矩很小)既承受弯矩又传递转矩2. 按载荷性质分类固定心轴转动心轴三. 轴的设计过程:轴的结构设计 轴的强度计算其它计算(刚度计算 ;振动稳定性计算( 临界转速)心轴 传动轴转轴 二 轴的材料
2、 p.354表17-2二 轴的材料 p.354表17-21.钢 碳素钢 优质碳素钢:35、45、50 普通碳素钢Q235、Q255、Q275合金钢 20Cr、20CrMnTi、40Cr、40CrNi、 35SiMn、 35CrMo2.球墨铸铁: QT500-5、QT600-2 曲轴、凸轮轴 17-3 轴的结构设计 (非标准件) p.35617-3 轴的结构设 (非标准件) p.356(一) 轴结构设计的内容：( ) 轴结构设计的内容外型各段直径和长度结构要素2.轴结构设计的内容轴颈轴头 轴身轴头轴环轴颈1.轴的组成(二) 轴结构设计的要求(三) 轴结构设计步骤( ) ( ) 一. 轴与轴上零件
3、要有准确的工作位置 轴向定位固定不能有周向摆动不能有轴向窜动轴与轴上零件要有准确的工作位置零件在轴上的位置牢固可 周向定位固定一.轴与轴上零件要有准确的工作位置(定位、固定) 二.轴上零件要 、 三. 轴 有 的 工 . , 轴的受 状 定位 固定定位固定(二) 轴结构设计的要求:( ) 结构设计的 : 零件在轴上的轴向定位 固定轴 形轴头 currency1 “定 性定位固定固定的零件 fi零件在轴上的周向定位 固定:fl 、fl 、过合、 、成形 二.轴上零件要 、 分”： 62096209620943H7/k685H7/k6 85H745k643H7/k685H7/k6 轴2)设计轴 :
4、 定位轴 零件定位 h (0.070.1) d=(35)mm非定位轴 “合轴段不 过长h=(0.5 1)mm(1)轴承定位轴 ( )(2)轴长 轮度(3) 标准件轴段直径(a)动轴承 (b) 轴 (c)件(4)轴 轮 ( )不能过( ) ( 零件固定)( 轴上零件与轴 合)(1) 工 (2)轴承 (3) 与3)周向定位 固定: 4)其它:1) 阶梯轴轴 h/ dmin在 外 有 定位轴环合其内径标准 fi轴的结构设计 ：r Rr R(1)有 ? (2)可 (3)能 三. 轴 有 的 工 轴的设计要 工 , 要:1.轴 要有过 2.fl 位 一上3. 4. 轮程 1) 2) 零件位置 结构, 轴
5、的受 状 结构 轴的受 状 心轴 转轴轴 , fl 、“合 . , 轴的受 状 零件结构 轴的受 状 零件位置 轴的受 状 上:T 4 T 3T 2T 1Tmax=T2+T3+T41234 轮T 4 T 3T 2T1Tmax=T2+T3轮34 1 2L Mmax=1/2FL l Mmax=1/2Fl (三) 轴结构设计步骤：( ) 2. 算轴的 小直径3.确定轴的各段直径 长度4.确定轴上零件周向固定 结构要素1. 定轴上零件 方案（按结构设计的要求） 336332.01055.92.02.0nPCnPTddTWTTTT说明: 轴上有单fl,直径增大4 % ;有fl,直径增大7 %fiP传递的
6、功率(kw) ; n轴的转速(r/min) ;d轴的直径(mm) ； C系数表(14-2) P.230 材料的许用扭剪 (Mpa)(1) 按扭转强度 （假设其只受转矩不受弯矩)(14-1)(14-2)(2) 经验公式高速轴: 按 机电 轴径D估算:d=(0.81.2)D 低速轴: 按同 中心距级齿轮 a估算:d=(0.30.4)a17.2 算轴的 小直径 3.确定轴的各段直径 长度由外向内确定各段直径 fi由内向外确定各段长度4.确定轴上零件周向固定 结构要素定定定dmin=60mm60 68 70 72 70808270k672H7/r660H7/k6选轴承30214 ,寛B=26mm 21
7、齿寛B=125mm12296.5206 96.5fl20110fl18100 1711. 定轴上零件 方案 图14-18 p.232(有错)L=193mm,k=206mm mmTd 6.56352.01027.12.0363min 2. 算dmin:考虑fl dmin=56.61.04=58.9mmT =Ftd2/2=17400146/2=1.27106 Nmm取45钢, 质 表14-2 =30 40Mpa取=35Mpa1) 子轴承 正 2)轴承组合 采用 固定LL/2 k 3. 取d1=60mm 带轮定位 d2=68mm 轴承 d3=70mm 齿轮d4=72mm齿轮定位d5=82mm选一对3
8、0214 子轴承(正 ) 。长度占不定d2d3d4d1d5 (二)轴的强度计算步骤 :(三)轴的设计步骤:( )轴的强度计算步骤 :( )轴的设计步骤:14-4 轴的强度计算 p.22914-4 轴的强度计 p.229只受弯矩按弯曲强度计算1.受 分”：由b设:不 b 不静 1固定心轴轴不转动但常开停 脉动循环 = 0fi转动心轴轴转动 虽然不但 b 对称循环 =12.强度计算:按弯曲强度计算正确选择 b 表(14-3) P.231(一)轴的受 分” 强度计算( ) 的受 分”拉一. 心轴:二.传动轴 三. 转轴 二.传动轴1.受 分”：轴单向传动：fi轴向传动：按扭转强度计算( 算轴的 小直
9、径) （开停） 由 2.强度计算 nPTdTWTT631055.92.0 说明：P传递的功率(kw) ; n轴的转速(r/min) ;d轴的直径(mm) ; 材料的许用扭剪 (Mpa)Mpa (17-1)Nmm只受转矩按扭转强度计算 P.229 三. 转轴由2.当 弯矩e： 单向向b r =1 弯矩e 求当 r =0r =1第三强度论： bbe 22 4WTdTWTdMdMWMTb 216/;1.032/ 333 当b (r =1), (r =1)2222 124 TMWWTWMe eMTM 22弯 转按弯扭合成强度计算1.受 分”：M + T(14-3) 根据转矩性质 定的折合系数将扭转切
10、转换成与弯曲 化特性相 的扭转切 。22 )( TMMe 当b (r =1), (r 1)当= r = 1 = -1 /-1 = 1 P.231第3r = 0 = -1 /0 0.6 r = +1 = -1/ +1 0.3当b (r =1), (r =1)22 TMMe 3.转轴的强度计算： bee d TMWM 13 22 1.0 )( 3 12231 1.0)(1.0 bbe TMMd弯扭合成强度mm (14-6)许用弯曲 Mpa按材料B 性质查表(14-3) P.231B 查表(14-1) P226 b1Mpa (14-5) 1.作轴的计算简图1)把阶梯轴看成饺链支承的梁求支反 2)假设
11、轴上载荷 载荷, 作用在轮缘 点2.求作支反 弯矩图3.求作扭矩 扭矩图4.求作当 弯矩 当 弯矩图5.强度计算(转轴)弯扭合成强度校核(一般轴)疲劳强度(全系数)校核(重要轴) (二)轴的强度计算步骤 (结构设计之后)( )轴的强度 () 题 1 .作计算简图2 .求作支反 弯矩图 FR1H=FR2H=Ft/2=17400/2=8700NFR1VL FrL/2 Fad2/2=0FR1V=(FrL/2Fad2/2)/L=2123NFR2V=FrFR1V=64102123=4287NMaH=FR1HL/2=8700193/2=840000 NmmFrFtFaFFtFR1H FR2HHV MaHM
12、aVMaVF MaV=FR2VL/2=4287193/2=414000NmmMaV=FR1VL/2=2123193/2=205000NmmFaFrFR2VFR1VMaHMHVMV 考虑 不利情况F与H、V 的合 共 FR1F=FK/L=4500206/193=4803NFR2F=FR1F F=4803 4500=9303NMaF=FR1FL/2=4803193/2=463000NmmM2F=FK=4500206=927000NmmFR2FF2FFR1FF :MaMa M2M合:mmNMMMM aFaHaVa622104.1mmNMMMM aFaHaVa 622 10328.1mmNMM F 9
13、2700022M2FMaFMaVMaVMaHMHMVFMFM合 T=Ftd2/2=17400146/2=1.27106NmmmmNTMMmmNMTMMmmNTMMeaaaeaae6222262622102.1)(10328.1)(106.1)(5 .求危险截 轴的直径：a-a mmMd bae 4.64)1.0/(3 1 T4.求作当 弯矩图：3. 作转矩图MaeMaeM2e考虑fl:d=64.41.0467 72mm(结构设计的要求)MaMa M2M合TMe表(14-1)P.226: B=650Mpa ; 表(14-3)P.231: -1=60Mpa取45钢,质 齿轮d4=72mm 1. 定轴上零件 方案2. 算轴的 小直径min3.确定各段直径
