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1、第11章 轴,11-1 概述 11-2 轴的结构和材料 11-3 轴的计算,机械设计基础 轴,11-1 概述,机械设计基础 轴,二、轴的分类 1 按载荷性质分类 2 按形状分类,轴：支承回转零件的零件 一、轴的功用 1. 支承旋转零件并传递运动和动力 2. 保证所有轴上零件有确定的轴向工作位置,1 按载荷性质分类,心轴：只承受弯矩，不承受转矩 传动轴：主要承受转矩 转轴：既承受弯矩，又承受转矩,机械设计基础 轴,2 按形状分类,直轴、曲轴、软轴,机械设计基础 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
2、、振动稳定性问题 防止轴发生共振,机械设计基础 轴,1.拟定轴上零件装配方案 2.估算轴的最小直径min 3.确定各段直径及长度 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.许用切应力法(扭转强度) 2.许用弯曲应力法( 弯扭合成强度 ) 3.安全系数计算法：疲劳强度计算、静强度计算,一、轴的结构,机械设计基础 轴,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,11-2 轴的结构和材料,轴的结构设计的要求,机械设计基础 轴,3. 定位和固定要求： 轴
3、与轴上零件要有准确的工作位置，并牢固地保持这一位置 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 2. 装拆要求： 轴上零件要易于装拆、调整,1 制造工艺性要求,轴应有良好的制造工艺，便于加工,机械设计基础 轴,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,机械设计基础 轴,设计轴肩时应注意: 轴承定位轴肩(套筒)不能过高(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),轴上零件要易于装拆、调整 不同的装拆方案
4、，得到不同结构 轴的直径应圆整成标准值 阶梯状轴轴端应有45倒角 非定位轴肩(便于装配)、定位轴肩(零件定位),3 定位和固定要求,机械设计基础 轴,周向固定 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,机械设计基础 轴,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,机械设计基础 轴,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,防止轴上零件工作时发生轴向蹿动,4 尽量减少应力集中, 改善轴的受力状态,机械设计基
5、础 轴,改善零件位置及结构, 以改善轴的受力状态,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,结构示例1,机械设计基础 轴,结构示例2：结构改错,机械设计基础 轴, 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,二、轴的材料,机械设计基础 轴,2. 球墨铸铁:QT500-5、QT600-2,轴的材料 1. 钢： 碳素钢 ：优质碳素钢:35、 50 、 45 轴钢普通碳素钢Q235、Q255、Q275 合金钢：20Cr、20CrMnTi、40Cr、35SiMn、35CrMo,计算方法
6、： 按扭转强度计算 按弯扭合成强度计算,11-3 轴的计算,机械设计基础 轴,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,一、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,1 按扭转强度计算,机械设计基础 轴,扭剪应力:,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，按扭距作初步计算,设计公式:,系数 C 与轴的材料和承载情况有关 注意: 若该轴段有一个键槽，d 值增大3%; 有两个键槽，增大7%,2 按弯扭合成强度计算,机械设计基础 轴,步骤： 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M 强度条件：,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,为扭-弯应力性质折合系数,静应力,循环应力,脉动应力, 不明确,弯扭合成设计公式,机械设计基础 轴,对只承受弯矩的心轴： 对转动心轴： 对不转动心轴：,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,二、轴的刚度计算,机械设计基础 轴,2、 扭转刚度计算 扭角条件：,1、弯曲刚度计算 挠度条件： 倾角条件：,
