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,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,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),二 轴的材料 p.354表17-2,1.钢 碳素钢 优质碳素
2、钢:35、45、50 普通碳素钢Q235、Q255、Q275合金钢 20Cr、20CrMnTi、40Cr、40CrNi、 35SiMn、 35CrMo 2.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.356,(一) 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,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靠,周向定位固定,一.轴与轴上零件要有准确的工作位置
3、(定位、固定) 二.轴上零件要易于装拆、调整 三. 轴应有良好的制造工艺 四. 尽量减少应力集中, 改善轴的受力状态,(二) 轴结构设计的要求:,零件在轴上的轴向定位及固定,轴肩,套筒,圆锥形轴头,套筒,圆螺母止退垫圈,双圆螺母,压板螺钉,紧定螺钉,弹性挡圈,被固定的零件,零件在轴上的周向定位及固定: 键联接、花键联接、过盈配合、销联接、成形联接,二.轴上零件要便于装拆、调整,实例分析：,轴 肩,2)设计轴肩时应注意:,定位轴肩零件定位 h (0.070.1) d=(35)mm,非定位轴肩紧配合轴段不宜过长h=(0.5 1)mm,(1)轴承定位轴肩(套筒),(2)轴长 轮毂宽度(3)安装标准件
4、轴段直径，(a)滚动轴承 (b)联轴器 (c)密封件(4)轴肩圆角 轮毂孔圆角(倒角),不能过高(以便拆卸),应略短于,(保证零件固定),(为保证轴上零件与轴肩贴合),(1) 减少加工面 (2)轴承间隙调整 (3)润滑与密封,3)周向定位及固定:,4)其它:,1)为便于装拆 阶梯轴轴肩,/ dmin在最外端, 必有初定位轴环,应符合其内径标准, 轴的结构设计注意事项：,(1)有无? (2)可靠否？ (3)能否装拆？,三. 轴应有良好的制造工艺, 轴的设计要便于加工及热处理, 因而要注意:,1.轴肩处要有过渡圆角,2.键槽应位于同一母线上,3.螺纹退刀槽 4.砂轮越程槽,1)尽量减少应力集中,2
5、)改善零件位置及结构, 以改善轴的受力状态,改善结构改善轴的受力状态,心轴,转轴,轴肩, 键槽、紧配合两端,四. 尽量减少应力集中, 改善轴的受力状态,改善零件结构改善轴的受力状态,改变零件位置以改善轴的受力状态,堂上练习:,(三) 轴结构设计步骤：,2.估算轴的最小直径 3.确定轴的各段直径及长度 4.确定轴上零件周向固定及结构要素,1.拟定轴上零件装配方案 （按结构设计的要求）,说明:轴上有单键,直径增大4 % ;有双键,直径增大7 %P传递的功率(kw) ; n轴的转速(r/min) ;d轴的直径(mm) ； C系数表(14-2) P.230 材料的许用扭剪应力 (Mpa),(1) 按扭
6、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:按电机轴径D估算:d=(0.81.2)D 低速轴:按同级齿轮中心距a估算:d=(0.30.4)a,17.2 估算轴的最小直径,3.确定轴的各段直径及长度,由外向内确定各段直径,由内向外确 定各段长度,4.确定轴上零件周向固定及结构要素,定,定,定,dmin=60mm,选轴承30214 , 寛B=26mm,齿寛B=125mm,例171 1.拟定轴上零件装配方案 图14-18 p.232(有错) L=193mm,k=206mm,2.估算dmin:,考虑键 dmin=56.61.04=58.9mm,T =Ftd
7、2/2=17400146/2=1.27106 Nmm 取45钢, 调质 表14-2 =30 40Mpa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) 。 长度占不定,(二)轴的强度计算步骤 : (三)轴的设计步骤:,14-4 轴的强度计算 p.229,只受弯矩按弯曲强度计算,1.受力分析：由b,设:不变 b 不变静应力1,固定心轴轴不转动,但常开停 脉动循环变应力= 0,转动心轴轴转动,虽然不变但 b 变对称循环变应力=
8、1,2.强度计算:,按弯曲强度计算正确选择 b 表(14-3) P.231,(一)轴的受力分析及强度计算,一. 心轴:,二.传动轴 三. 转轴,二.传动轴,1.受力分析：,轴单向传动：,轴双向传动：,按扭转强度计算(估算轴的最小直径),（开停）,由,2.强度计算,说明：P传递的功率(kw) ; n轴的转速(r/min) ;d轴的直径(mm) ; 材料的许用扭剪应力 (Mpa),Mpa (17-1),Nmm,只受转矩按扭转强度计算 P.229,三. 转轴,由,2.当量弯矩e：, 单向双向,b r =1,r =0,r =1,第三强度理论：,当b (r =1), (r =1)时,弯转按弯扭合成强度计
9、算 1.受力分析：M + T,(14-3),根据转矩性质而定的折合系数将扭转切应力转换成与弯曲应力变化特性相同的扭转切应力。,当b (r =1), (r 1)时,当b (r =1), (r =1)时,3.转轴的强度计算：,弯扭合成强度,mm (14-6),许用弯曲应力， Mpa，按材料B及应力性质查表(14-3) P.231 B 查表(14-1) P226,Mpa (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力2)假设轴上载荷为集中载荷, 作用在轮缘中点处 2.求作支反力及弯矩图 3.求作扭矩及扭矩图 4.求作当量弯矩及当量弯矩图 5.强度计算(转轴)弯扭合成强度校核(一
10、般轴)疲劳强度(安全系数)校核(重要轴),(二)轴的强度计算步骤 (结构设计之后),例题 1 .作计算简图,2 .求作支反力及弯矩图,FR1H=FR2H=Ft/2=17400/2=8700N, FR1VL FrL/2Fad2/2=0, FR1V=(FrL/2Fad2/2)/L=2123NFR2V=FrFR1V=64102123=4287N,MaH=FR1HL/2=8700193/2=840000 Nmm,H 面,V面,F面,MaV=FR2VL/2=4287193/2=414000Nmm MaV=FR1VL/2=2123193/2=205000Nmm,H,MH,V,MV,考虑最不利情况， F与H
11、、V面的合力共面,FR1F=FK/L=4500206/193=4803N FR2F=FR1FF=48034500=9303N,MaF=FR1FL/2=4803193/2=463000Nmm M2F=FK=4500206=927000Nmm,F面:,M合:,MH,MV,F,MF,M合,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=64.41.046772mm(结构设计的要求),M合,T,Me,表(14-1)P.226: B=650Mpa ; 表(14-3)P.231: -1=60Mpa,取45钢,调质,装齿轮d4=72mm,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,(三) 轴的设计步骤:,结构设计强度计算其它计算,1.刚度计算 p.233 2.振动稳定性计算( 临界转速) p.235,1.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.安全系数疲劳强度计算计算法 静强度计算,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）,
