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1、12.3 V带传动的设计与计算一、 V带的规格 二、 V带传动的主要失效形式、计算准则及单根V带的许用功率三、 v带传动的设计与计算,上一讲主要内容回顾,第14章 轴,14-1 概述14-2 轴的材料14-3 轴的结构设计14-4 轴的强度计算14-4 轴的刚度计算,本章内容提要,学习提示,1、熟悉轴的类型2、熟练掌握轴和轴上零件的轴向或周向的 定位与固定方法3、掌握轴的强度设计（设计原理、方法与步骤）难点是轴的结构设计,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
2、：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,二、轴的分类1 按载荷性质分类2 按形状分类,一、轴的功用 支承回转零件，传递运动、动力,是一切回转件的支承中心，也是动力传递的枢纽。,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,固定心轴,转动心轴,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min3.确
3、定各段直径及长度4.确定轴的结构要素,轴的结构设计,轴的强度计算,其它计算,1.刚度计算2.振动稳定性计算( 临界转速),1.按扭转强度初算轴的直径2.按弯扭合成强度计算轴径,14 .2 轴的材料,轴的材料，见表14-11. 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,2. 球墨铸铁: QT500-5、QT600-2,14.3 轴的结构设计,轴肩(轴环)：轴的直径变化所形成的阶梯处,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,轴的结构设计的要求,3.
4、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2. 装拆要求：轴上零件要易于装拆、调整,4. 尽量减少应力集中, 改善轴的受力状态,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,光轴,等强度轴,阶梯轴,车削,倒角,磨削,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(
5、以便拆卸) 轴长应略短于轮毂宽度(保证零件固定)轴肩圆角轮毂孔圆角(倒角),3 定位和固定要求,周向、 轴向定位和固定,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,周向定位和固定,常用的周向固定方法：键、花键、紧定螺钉、过盈配合等,防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩,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
6、置及结构, 以改善轴的受力状态,心轴,转轴,结构示例1,结构示例2：结构改错, 轴承没定位 轴向定位不确定 轴承用错或装错 无调整垫片 端盖端面无凹坑加工量大, 无定位轴肩 端盖无密封 键槽太长无非定位轴肩套筒太高,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：,机器的结构,轴的长度轴上零件的位置,载荷计算简图,力学分析简 化,强度计算,轴径,轴的结构设计,计算方法：按扭转强度计算按弯扭合成强度计算,1 按扭转强度计算,扭转强度条件:,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,设计
7、公式:,系数 C 与轴的材料和承载情况有关，查表14-2注意: 若该轴段有一个键槽，d 值增大4%; 有两个键槽，增大7-10%,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：,为扭-弯应力性质折合系数,静应力,对称循环变应力,脉动循环变应力, 不明确,步骤：,弯扭合成设计公式,对只承受弯矩的心轴,设计公式：,危险截面的确定：综合轴上弯扭矩和轴直径选择一两个截面,对转动心轴对不转动心轴,例题14-1 1 .作计算简图,2 .求作
8、支反力及弯矩图,F1H=F2H=Ft/2=17400/2 =8700N, F1VL FrL/2Fad2/2=0, F1V=(FrL/2Fad2/2)/L =2123 N F2V=FrF1V=64102123 =4287 N,MaH=F1HL/2=8700193/2 =840000 Nmm,H面,V面,F面,MaV=F2VL/2=4287193/2=414000 NmmMaV=F1VL/2=2123193/2=205000 Nmm,H,MH,V,MV,考虑最不利情况，F与H、V面的合力共面,F1F=FK/L=4500206/193=4803NF2F=F1FF=48034500=9303N,MaF
9、=F1FL/2=4803193/2 =463000 NmmM2F=FK=4500206 =927000 Nmm,F面:,M合:,MH,F,MF,T=Ftd2/2=17400146/2 =1.27106Nmm,5 .求危险截面处轴的直径：a-a,4.求作当量弯矩图：,3. 作转矩图,考虑键:d=64.41.0467,M合,T,Me,表(14-1) : B=650Mpa ; 表(14-3) : -1=60Mpa,取45钢, 调质,装齿轮d=72mm,例141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=56.61.04=58.9mm,T =
10、Ftd2/2=17400146/2 =1.27106 Nmm 取45钢, 调质 表14-1 =25 45Mpa 取=35Mpa,1)圆锥滚子轴承应正装,2)轴承组合应采用两端固定,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,初选一对30214圆锥滚子 轴承(正装) 。,14.5 轴的刚度计算,二、 扭转刚度计算扭角条件：,一、弯曲刚度计算挠度条件：转角条件：,小结：1.轴的功用及分类（按载荷性质）（会判断）2.轴结构设计的要求（会设计、改错）3.轴的强度计算（传动轴、转轴）,1.拟定轴上零件装配方案2.估算轴的最小直径min3.确定各段直径及长度4.确定轴的结构要素,轴的设计步骤:,结构设计强度计算其它计算,1.刚度计算2.振动稳定性计算( 临界转速),1.许用切应力法(扭转强度)2.许用弯曲应力法( 弯扭合成强度 ),指出下图结构错误,
