《机械设计基础—常用零部件设计 教学课件 ppt 作者 李贵三 第十二章 轴的结构与强度设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础—常用零部件设计 教学课件 ppt 作者 李贵三 第十二章 轴的结构与强度设计（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十二章 轴的结构与强度设计,第一节 轴的类型与应用 第二节 轴的材料及其选择 第三节 轴的强度计算 第四节 轴的刚度计算,第一节 轴的类型与应用,常见轴的类型与应用见表12-1，本章只研究直轴。,按承受载荷的不同,转轴,传动轴,第一节 轴的类型与应用,心轴,直轴,固定心轴,转动心轴,光轴,阶梯轴,第一节 轴的类型与应用,曲轴,挠性轴,第二节 轴的材料及其选择,一、轴的材料与热处理 轴的材料种类很多，常用碳素结构钢和合金结构钢。 优质碳素结构钢对应力集中敏感性小，价格相对便宜，具有较好的强度，主要用于制造不重要的轴或受力较小的轴，应用最为广泛。常用的优质碳素结构钢有35钢、40钢、45钢。 合
2、金钢具有较高的力学性能、较好的热处理性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。,二、轴的材料选择,轴在载荷作用下的主要失效类型有疲劳折断、过载断裂以及变形过大等。选材时首先要满足轴的使用性能要求，同时要考虑轴的结构和加工工艺性以及经济性要求。 轴的毛坯一般用圆钢或锻件，有时也可采用铸钢或球墨铸铁。例如，用球墨铸铁制造曲轴、凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感性较低、强度较好等优点。,三、轴的结构设计,1 阶梯轴的基本结构 主要要求是： 轴应便于加工，轴上零件要易于装拆(制造安装要求)； 轴和轴上零件要有准确的工作位置(轴向定位)； 各零件要牢固而可靠地相对固定(周向固定) 改善受力
3、状况，减小应力集中和提高疲劳强度。 图12-1所示为阶梯轴的典型结构。,图12-1 阶梯轴的典型结构 1、5轴头 2轴肩 3轴身 4、7轴颈 6轴环 8轴承盖 9滚动轴承 10齿轮 11套筒 12带轮 13轴端挡圈,三、轴的结构设计,轴的组成部分如下。 1) 轴头是轴上安装旋转零件的轴段，用于支承传动零件，是传动零件的回转中心。 2) 轴肩是轴两段不同直径之间形成的台阶端面，用于确定轴承、齿轮等轴上零件的轴向位置。 3) 轴颈是轴上安装轴承的轴段，用于支承轴承，并通过轴承将轴和轴上零件固定于机身上。 4) 轴身是连接轴头和轴颈部分的非配合轴段。 5) 轴环是直径大于其左右两直径的轴段，其作用与
4、轴肩相同。,2 制造安装要求,为便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯形。 需磨削的轴段处，应有砂轮越程槽(如图12-1中7的左端)；车制螺纹的轴段，应有退刀槽。 在满足使用要求的情况下，轴的形状和尺寸应力求简单，以便于加工。,3 轴上零件的周向固定,常用的周向固定的方法有销、键、花键、过盈配合和紧定螺钉连接等，见表12-3。,方式 结构图形 应用说明,过盈配合,轴向、周向同时固定，对中精度高。一般用在传递转矩小、不便开键槽或要求零件与轴线对中性高的场合,3 轴上零件的周向固定,方式 结构图形 应用说明,平键连接 滑键连接 销连接,加工容易，拆卸方便。轴向不能限位，不承受轴向载荷。适用于传递转矩较
5、大、对中性要求一般的场合，使用最为广泛，见GB/T 10972003 适用于传递转矩大、对中性要求高或零件在轴上移动时要求导向性良好的场合，见GB/T 11442003 轴向、周向都固定，不能承受较大载荷。按极限载荷设计的圆柱销可以作为过载时被剪断以保护其他重要零件的安全装置,4 轴上零件的轴向定位,安装在轴上的零件，必须有确定的轴向定位。 常用的轴向固定方法见表12-4。,方式 结构图形 应用说明,轴间或轴环,固定可靠，承受的轴向力大，a=(0.070.1)d,4 轴上零件的轴向定位,方式 结构图形 应用说明,套筒 锥面 圆螺母与止动,固定可靠，承受轴向力大，多用于轴上相邻两零件相距不远的场
6、合，套筒两端表面粗糙度要与配合面匹配 对中性好，常用于调整轴端零件位置或需经常拆卸的场合，详见GB/T 15702003 常用于零件与轴承之间距离较大，轴上允许车制螺纹的场合，详见GB/T 8102007、GB/T 8122007和GB/T 8152007,4 轴上零件的轴向定位,方式 结构图形 应用说明,双圆螺母 轴用弹性挡圈,可以承受较大的轴向力，螺纹对轴的强度削弱较大，应力集中严重，详见GB/T 8102007、GB/T 8122007 尺寸小，重量轻，只能承受较小的轴向载荷，详见GB/T 8942003,4 轴上零件的轴向定位,方式 结构图形 应用说明,轴端挡圈 紧定螺钉,承受轴向力小
7、或不承受轴向力的场合，详见GB/T 8922003 只能承受非常小的载荷，详见GB/T 712003,第三节 轴的强度计算,一、按扭转估算轴径 1 按扭转强度计算 这种方法适用于只承受扭矩的传动轴的精确计算，也可用于既承受弯矩又承受扭矩的转轴的近似计 对于只传递转矩的圆截面轴，其强度条件为 对于既传递转矩又承受弯矩的转轴，也可用上式初步估算轴的直径，但必须把轴的许用扭转切应力适当降低(见表12-5)，以补偿弯矩对轴的影响。将降低后的许用扭转切应力代入上式，并改写为设计公式,2轴的各段直径和长度的确定,凡有配合要求的轴段，如图12-1的1段和5段，应尽量采用标准直径。安装滚动轴承、联轴器、密封圈
8、等标准件的轴径，如4与7段，应符合各标准件内径系列的规定。套筒的内径，应与相配合的轴径相同并采用过渡配合。,二、按弯扭合成强度计算,对于一般钢制轴，可用第三强度理论(即最大切应力理论)求出危险截面的当量应力e，其强度条件为 对于一般的转轴，即使载荷大小与方向不变，其弯曲应力b也为对称循环变应力，而的循环特性往往与b不同，所以应对上式中的转矩T乘以折算系数，以考虑两者循环特性不同的影响，即,按弯扭合成强度计算轴径的一般步骤如下： 1)将外载荷分解到水平面和垂直面内。求垂直面支承反力FV和水平面支承反力FH。 2)作垂直面弯矩MV图和水平面弯矩MH图。 3)作合成弯矩M图，M=MH2+MV2。 4
9、)作转矩T图。 5)弯扭合成，作当量弯矩Me图， 6)计算危险截面轴径。由式（12-5）得,二、按弯扭合成强度计算,第四节 轴的刚度计算,一、轴的弯曲刚度计箅 轴受弯矩作用会产生弯曲变形(图12-3)，受转矩作用会产生扭转变形(图12-4)。如果轴的刚度不够，就会影响轴的正常工作。,图12-3 轴的挠度和转角,图12-4 轴的扭角,第四节 轴的刚度计算,设计时必须根据轴的工作条件限制其变形量，即 挠度yy 转角 扭角 计算轴在弯矩作用下所产生的挠度y和转角的方法很多。在材料力学课程中已研究过两种： 按挠度曲线的近似微分方程式积分求解； 变形能法。 对于等直径轴，用前一种方法简便；对于阶梯轴，用后一种方法较适宜。,二、轴的扭转刚度计算,等直径的轴受转矩T作用时，其扭角可按材料力学中的扭转变形公式求出，即 对阶梯轴，其扭角的计算式为,
