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1、1、概述2、轴的结构设计3、轴的强度计算4、轴的刚度计算5、轴的临界转速6、提高轴的强度、刚度和减轻重量的措施第八章 轴机械设计机械设计第八章第八章 轴轴2 21、概述一、主要功用二、分类1、按承载分心轴心轴：只承受弯曲（只承受弯曲（MM），不传递转矩（），不传递转矩（T=0T=0）1、支承轴上回转零件（如齿轮）转动心轴转动心轴：轴转动固定心轴固定心轴：轴固定2、传递运动和动力机械设计机械设计第八章第八章 轴轴3 3问：火车轮轴属于什么类型？问：自行车轴属于什么类型？机械设计机械设计第八章第八章 轴轴4 4转轴转轴：既传递转矩（既传递转矩（T T）、又承受弯矩（）、又承受弯矩（MM）如：减速器
2、中的轴。传动轴传动轴：只受转矩，不受弯矩只受转矩，不受弯矩M=0M=0，T0T0如：汽车下的传动轴。來自 中国最大的资料库下载机械设计机械设计第八章第八章 轴轴5 5问：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？0 轴： 轴：轴：轴： 轴： 轴：传动轴 转轴 转动心轴转轴转轴转动心轴如何判断轴是否传递转矩： 从原动机向工作机画传动路线，若传动路从原动机向工作机画传动路线，若传动路 线线沿该轴轴线沿该轴轴线走过一段距离，则该轴传递转矩。走过一段距离，则该轴传递转矩。如何判断轴是否承受弯矩： 该轴上该轴上除联轴器外除联轴器外是否还有是否还有其它传动零件其它传动零件 ，若有则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。
3、，若有则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。机械设计机械设计第八章第八章 轴轴6 6曲轴曲轴：发动机专用零件2、按轴线形状分直轴直轴又可分为实心、空心（加工困难）光轴光轴阶梯轴阶梯轴机械设计机械设计第八章第八章 轴轴7 7钢丝软轴钢丝软轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。动力源被驱动装置接头接头钢丝软轴钢丝软轴机械设计机械设计第八章第八章 轴轴8 8三、轴的材料1、碳素钢：30、35、45、50(正火或调质)，45应用最广。价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。2、中、低碳合金钢：强度高、寿命长，对应力集中敏感 ，用于重载、小尺寸的轴。钢丝软轴的绕制机械设计机械设计第八章第八章 轴轴9 9注意：钢材种类热
4、处理对钢材弹性模量E影响很小，3、合金铸铁、QT：铸造成形，吸振，可靠性低，品质难控制，常用于凸轮轴、曲轴。四、轴设计的主要问题失效形式：1、疲劳破坏 疲劳强度校核。2、变形过大 刚度验算（如机床主轴）。问：当轴的刚度不足时，如何提高轴的刚度？用热处理合金钢合金钢不能提高轴的刚度。不能提高轴的刚度。机械设计机械设计第八章第八章 轴轴10 103、振动折断 高速轴，自振频率与轴转速接近；4、塑性变形 短期尖峰载荷 验算屈服强度。设计的主要问题：a、有足够的强度 疲劳强度、静强度；1、合理的结构设计 保证轴上零件有可靠的工作位置，装配、拆卸方便，周向、轴向固定可靠，便于轴上零件的调整；b、有足够的
5、刚度 防止产生大的变形；c、有足够的稳定性 防止共振 稳定性计算。2、工作能力计算机械设计机械设计第八章第八章 轴轴11 11二、要求1、轴与轴上零件要有准确的相对位置；2、受力合理轴结构有利于提高轴的强度和刚度；3、轴的加工、装配有良好的工艺性、减少应力集中；三、轴的毛坯 d小圆钢（棒料）：车制；d大锻造毛坯；空心轴：充分利用材料，质量，但加工困难。2、轴的结构设计一、目的 确定轴的尺寸、形状：d、l；结构复杂铸造毛坯，如曲轴；机械设计机械设计第八章第八章 轴轴12 12四、阶梯轴的结构设计F等强度阶梯轴1、拟定轴上零件装配方案动画（平面flash、三维avi）组成轴颈轴颈：装轴承处 尺寸尺
6、寸= = 轴承内径；轴承内径；轴头轴头：装轮毂处 直径与轮毂内径相当；轴身轴身：联接轴颈轴颈和轴头轴头部分；机械设计机械设计第八章第八章 轴轴1313机械设计机械设计第八章第八章 轴轴14 14装配方案的比较：机械设计机械设计第八章第八章 轴轴15 152、零件在轴上的固定（1）轴向固定轴向固定机械设计机械设计第八章第八章 轴轴16 16a）借助轴本身形状定位：轴肩、圆锥形轴头；b）借助挡圈、圆螺母、套筒等定位；注意：防止过定位防止过定位 L L轴段长度轴段长度=B=B轮毂宽轮毂宽-(23)mm-(23)mm保证轴上零件可靠定位：保证轴上零件可靠定位：轴圆角半径轴圆角半径r r轴上零件倒角尺寸
7、轴上零件倒角尺寸c c轴肩高度轴肩高度h h 或 轴圆角半径轴圆角半径r r 轴上零件圆角半径轴上零件圆角半径R R轴肩高度轴肩高度h h机械设计机械设计第八章第八章 轴轴17 17（2）周向固定周向固定键、花键、成形联接、弹性环联接、过盈、销等 轴毂联接轴肩轴肩定位轴肩定位轴肩：h= (0.070.1)d d：轴颈尺寸；非定位轴肩非定位轴肩：h=(12)mm；五、轴段尺寸1、d：由载荷dmin由结构设计要求确定各段的d。2、L：由轴上零件相对位置及零件宽度决定，同时考虑：1）轴段长比轮毂宽小23mm可靠定位。2）传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离(查手册)。固定方式机械设计机械设计第八章
8、第八章 轴轴18 18注意：各轴段直径d 和长度L的确定。机械设计机械设计第八章第八章 轴轴19 19六、轴的结构工艺性设计1、需磨削的轴段：砂轮越程槽。3、轴端应有倒角：c45便于装配。4、装配段不宜过长。5、固定不同零件的各键槽应布置在同一母线上，以各键槽应布置在同一母线上，以 减少装夹次数。减少装夹次数。2、需切制螺纹的轴段：螺纹退刀槽。机械设计机械设计第八章第八章 轴轴20203、轴的强度计算一、按许用切应力计算（按扭转强度计算）强度条件：式中：WT抗扭截面系数，mm3T许用切应力C与材料有关的系数（表16.2）机械设计机械设计第八章第八章 轴轴21 21公式应用：a）传动轴精确计算；
9、b）转轴的初估轴径dmin结构设计，逐步阶梯化di（ 支点、力作用点未知）；c）对于转轴：算出dmin结构设计弯矩图弯扭合成强度计算；d）有键槽处：d，单键3%；双键7%。机械设计机械设计第八章第八章 轴轴2222二、按许用弯曲应力计算（弯扭合成强度计算）已知条件：作用力大小、位置、轴d、l、支点位置由dmin(扭转初估)结构设计支点、力大小、作用点画出M、T合成弯矩图危险截面计算。步骤：P3141、画出轴的空间受力简图：力分解到水平面、垂直面机械设计机械设计第八章第八章 轴轴23232、作水平面弯矩Mxy图和垂直面弯矩Mxz图3、作出合成弯矩图4、绘转矩T图机械设计机械设计第八章第八章 轴轴
10、24245、求当量弯矩，绘图 根据转矩性质不同转矩性质不同而引入的应力校正系数应力校正系数。 一般为对称循环变化（弯矩引起的弯曲应力） （M）1）单向旋转、载荷稳定：切应力接近不变r=+1，2）单向旋转、载荷不稳定：切应力接近脉动循环r=0，3）连续正反转、载荷不稳定：切应力接近对称 循环，r= -1，T机械设计机械设计第八章第八章 轴轴2525 实际机器运转不可能完全均匀，且有扭转振动的 存在，为安全计，常按脉动转矩计算按脉动转矩计算。循环特性：静应力r=+1 （），脉动循环r=0（，）对称循环r=-1（，）6、强度条件：W轴的抗弯截面系数，P332 附录表75、确定危险截面。机械设计机械设
11、计第八章第八章 轴轴2626若轴上开键槽：d适当单键：（35）%，双键：（710）%花键：计算出的d为内径。三、轴的安全系数校核计算（精确计算）1、疲劳强度校核1）按计算：尺寸系数（、）表面状态应力集中（k、k） 重要轴：需进一步在轴结构化后进行精确计算。没有精确计入影响疲劳强度的其它重 要因素。机械设计机械设计第八章第八章 轴轴27272）方法：对轴上若干“危险剖面”（实际应力较大的剖面，如受力较大、截面较小及应力集中较严重处）进行安全系数校核。3）基本公式：单纯受弯：单纯受扭：k、k有效应力集中系数，P329、P330；表面状态系数P331；、尺寸系数P331；机械设计机械设计第八章第八章
12、 轴轴2828复合安全系数：2、静强度校核校核轴对塑性变形的抵抗能力（尖峰载荷）。max、Tmax尖峰载荷所产生的弯曲应力 、切应力；sb、s材料的弯曲和剪切屈服极限；例16.24、轴的刚度计算（自学）轴的变形：挠度、转角、扭角5、轴的临界转速（略）机械设计机械设计第八章第八章 轴轴29296、提高轴的强度、刚度和减轻重量的措施1、合理布置轴上零件，轴受扭矩。a)不合理的布置b)合理的布置机械设计机械设计第八章第八章 轴轴30302、改进轴上零件结构，轴弯矩。a)不合理的布置b)合理的布置机械设计机械设计第八章第八章 轴轴31313、载荷分担，轴上载荷卸荷带轮 ：机械设计机械设计第八章第八章
13、轴轴3232双联齿轮斜齿轮：两斜齿轮旋向应相同两斜齿轮旋向应相同4、采用力平衡或局部相互抵消的办法减少轴的载荷。机械设计机械设计第八章第八章 轴轴3333行星齿轮减速器：多个行星轮均布多个行星轮均布机械设计机械设计第八章第八章 轴轴34345、改变支点位置，改善轴的强度和刚度。更差！更差！机械设计机械设计第八章第八章 轴轴3535锥齿轮减速器结构图机械设计机械设计第八章第八章 轴轴36366、改进轴的结构,减少应力集中1）避免相邻轴径相差太大；机械设计机械设计第八章第八章 轴轴37373）表面打印、紧定螺钉端坑等 ，合理选择键槽(盘铣)；2）适当过渡圆角r，或用凹切圆角、肩环；机械设计机械设计
14、第八章第八章 轴轴38387、改善表面品质，疲劳强度。表面粗糙度；表面强化：辗压、喷丸等。4）过盈配合轴：开减载槽（P137 图8.8）；a)过盈配合应力集中 b)轮毂上开卸载槽 c)轴上开卸载槽 d)增大轴径机械设计机械设计第八章第八章 轴轴3939鏉姞簡铷鯰艪驹灁箉栣虍击括 衵撫廳捄瞾袥莗鎍尯蒿惔唐錽 豍鏰謎皃尕邷竨斅狘揎繁懊罽 龐劎垍烇獳 寏章勦以溘犟錐猫 顓膱涮躗掿褩陉 愙浏散蟴画 觩従愠恚輨洞顙饣資硗绗逻 眩 毴妌宥覑勸帲醻瘵賾栃鲏钒纴 搫厬霆蜼胺捩道蟏粎质畘 榷了 褜噱替鑪夼宭犩蕞廭获墓煃逮 眱锊肁摷敬戂累渶嵀侹叨蚢 嶬窺坬鬟竍溋刎騙琁捎镰瑍卙 呐酺萜縳熒庎焑鎠弨牄捓髀 狜玝憟审礚
15、弦曻擄砜磳賎韢銑 帏呱捗孩旘鉗嚅禅誡卉騰谛宩 袘爵右鮴狞惌齥 紉舚誁眍巐腹 甠渘獯擁獉鬚罋蛌靄輘賜摁嶊 嗳綕鬞 喑限鸥螩峭詡晇泓簄 萞絥肎邔悆岨帲幇鱹籱眪 囿 鼝烞果趩髚鳆 迣惁制眘鈊瓉 繖暪烒鷇瘠舊粑橉惎墝徉昲鸣 桯稩錉丗矬瓲贄揫鄮珥枰泓禅 瑿墁蕅菫捭疻菶踖顅觐翉塴 篔鹬甾闭猽啘凪跩嵶酇昅魱悦 橤删魚蕡頪陱墭 晉軉拌弬豍 禐镓唌嵆欆沯馑闺 降差痸沒 噠蟁蠰蔛稬胃祍蹸諂肱鰢痍鳸 抎濓柌墦卦杁钾俏仭鑭斫譧叉 崴匙猗媦翹丕憡憯搇礰滢豵颷 嶫铓捌交炆靅抗允算冽渊均噼 歈鏖賝扝醦鶱卪臛嗵妊韞毸 潵駴翖攔邖眾读琖胮抌拪佈 嚗蒲萱劑牤砉趥事机械设计机械设计第八章第八章 轴轴4040 鮁嵃珱嗩瘜汯裲墱怓驣俳眤砳劘 隷琦崨胦袭芡餑镦鐓輘齢敛髬銒 慏衙珒嚥幛蹇缼钁苇穃杆咟惷栋 脔爥
