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1、 p.353 17-1 17-2 17-3 17-4 17-1 軸的功用和類型一 .軸的功用:支承旋轉(zhuǎn)零件 使所有零件有固定的工作位置(軸向、 周向) 二. 軸的分類:2. 按載荷性質(zhì)分類三. 軸的設(shè)計(jì)過程: 1.按形狀分類直軸 (光軸, 階梯軸)曲軸撓性軸 只承受彎矩不傳遞受轉(zhuǎn)矩(固定、轉(zhuǎn)動(dòng))只傳遞轉(zhuǎn)矩不承受彎矩(或彎矩很小)既承受彎矩又傳遞轉(zhuǎn)矩2. 按載荷性質(zhì)分類固定心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸三. 軸的設(shè)計(jì)過程:軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的強(qiáng)度計(jì)算其它計(jì)算(剛度計(jì)算 ;振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算( 臨界轉(zhuǎn)速)心軸 傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)軸 二 軸的材料 p.354表17-21.鋼 碳素鋼 優(yōu)質(zhì)碳素鋼:35、45、50 普通碳素鋼Q235、Q

2、255、Q275 合金鋼 20Cr、20CrMnTi、40Cr、40CrNi、 35SiMn、 35CrMo2.球墨鑄鐵: QT500-5、QT600-2 曲軸、凸輪軸 17-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (非標(biāo)準(zhǔn)件) p.356(一) 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容：外型各段直徑和長度結(jié)構(gòu)要素2.軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容軸頸軸頭軸身軸頭軸環(huán)軸頸1.軸的組成(二) 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求(三) 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟 一. 軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置 軸向定位固定不能有周向擺動(dòng)不能有軸向竄動(dòng)軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置零件在軸上的位置牢固可靠周向定位固定一.軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置(定位、固定) 二.軸上零件要易于裝拆、調(diào)整三.

3、 軸應(yīng)有良好的制造工藝四. 盡量減少應(yīng)力集中, 改善軸的受力狀態(tài)定位固定定位固定(二) 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求: 零件在軸上的 軸向定位及固定軸肩套筒圓錐形軸頭套筒圓螺母止退墊圈雙圓螺母壓板螺釘緊定螺釘彈性擋圈定位固定被固定的零件 零件在軸上的周向定位及固定:鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、過盈配合、銷聯(lián)接、成形聯(lián)接二.軸上零件要便于裝拆、調(diào)整實(shí)例分析： 62096209620943H7/k685H7/k6 85H7 45k643H7/k685H7/k6 軸肩2)設(shè)計(jì)軸肩時(shí)應(yīng)注意: 定位軸肩零件定位 h (0.070.1) d=(35)mm非定位軸肩緊配合軸段不宜過長h=(0.5 1)mm (1)軸承定位軸肩(套

4、筒) (2)軸長 輪轂寬度 (3)安裝標(biāo)準(zhǔn)件軸段直徑， (a)滾動(dòng)軸承 (b)聯(lián)軸器 (c)密封件 (4)軸肩圓角 輪轂孔圓角(倒角)不能過高(以便拆卸) 應(yīng)略短于(保證零件固定)(為保證軸上零件與軸肩貼合)(1) 減少加工面 (2)軸承間隙調(diào)整 (3)潤滑與密封3)周向定位及固定: 4)其它: 1)為便于裝拆 階梯軸軸肩 h/ dmin在最外端 必有初定位軸環(huán)應(yīng)符合其內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：r Rr R(1)有無? (2)可靠否？ (3)能否裝拆？ 三. 軸應(yīng)有良好的制造工藝 軸的設(shè)計(jì)要便于加工及熱處理, 因而要注意:1.軸肩處要有過渡圓角2.鍵槽應(yīng)位于同一母線上3.螺紋退刀槽4.砂

5、輪越程槽 1)盡量減少應(yīng)力集中2)改善零件位置及結(jié)構(gòu), 以改善軸的受力狀態(tài)改善結(jié)構(gòu)改善軸的受力狀態(tài)心軸轉(zhuǎn)軸軸肩, 鍵槽、緊配合兩端四. 盡量減少應(yīng)力集中, 改善軸的受力狀態(tài) 改善零件結(jié)構(gòu)改善軸的受力狀態(tài)改變零件位置以改善軸的受力狀態(tài)堂上練習(xí):T 4 T3 T2 T1Tmax=T2+T3+T41234輸入輪T4 T3 T2T1Tmax=T2+T3輸入輪34 1 2L Mmax=1/2FL l Mmax=1/2Fl (三) 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟：2.估算軸的最小直徑3.確定軸的各段直 徑及長度4.確定軸上零件周向 固定及結(jié)構(gòu)要素1.擬定軸上零件裝配方案（按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求） 33 63 3 2.0 105

6、5.92.0 2.0 nPCnPTd dTWT TTT 說明:軸上有單鍵,直徑增大4 % ;有雙鍵,直徑增大7 % P傳遞的功率(kw) ; n軸的轉(zhuǎn)速(r/min) ; d軸的直徑(mm) ； C系數(shù)表(14-2) P.230 材料的許用扭剪應(yīng)力 (Mpa) (1) 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 （假設(shè)其只受轉(zhuǎn)矩不受彎矩)(14-1) (14-2)(2) 經(jīng) 驗(yàn) 公 式高 速 軸 :按 電 機(jī) 軸 徑 D估 算 :d=(0.8 1.2)D 低 速 軸 :按 同 級 齒 輪 中 心 距 a估 算 :d=(0.3 0.4)a17.2 估算軸的最小直徑 3.確定軸的各段直徑及長度由外向內(nèi)確定各段直徑 由內(nèi)向外確定各

7、段長度4.確定軸上零件周向固定及結(jié)構(gòu)要素定定定dmin=60mm 60 68 70 72 70 80 82 70k6 72H 7/r6 60H 7/k6選軸承30214 ,寛B=26mm 21齒寛B=125mm12296.5206 96.5鍵20110鍵18100 例1711.擬定軸上零件裝配方案 圖14-18 p.232(有錯(cuò))L=193mm,k=206mm mmTd 6.56352.0 1027.12.0 3 63min 2.估算dmin:考慮鍵 dmin=56.61.04=58.9mmT =Ftd2/2=17400146/2 =1.27106 Nmm 取45鋼, 調(diào)質(zhì) 表14-2 =30

8、 40Mpa 取=35Mpa 1)圓錐滾子軸承應(yīng)正裝2)軸承組合應(yīng)采用兩端固定LL/2 k 3. 取d1=60mm 帶輪定位 d2=68mm 裝軸承 d3=70mm 裝齒輪d4=72mm 齒輪定位d5=82mm初選一對30214圓錐滾子 軸承(正裝) 。長度占不定d 2d3d4 d1d5 (二)軸的強(qiáng)度計(jì)算步驟 :(三)軸的設(shè)計(jì)步驟:14-4 軸的強(qiáng)度計(jì)算 p.229只受彎矩按彎曲強(qiáng)度計(jì)算1.受力分析：由b設(shè):不變 b 不變靜應(yīng)力1固定心軸軸不轉(zhuǎn)動(dòng)但常開停 脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力= 0 轉(zhuǎn)動(dòng)心軸軸轉(zhuǎn)動(dòng) 雖然不變但 b 變對稱循環(huán)變應(yīng)力=12.強(qiáng)度計(jì)算:按彎曲強(qiáng)度計(jì)算正確選擇 b 表(14-3) P.2

9、31(一)軸的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算拉壓一. 心軸:二.傳動(dòng)軸 三. 轉(zhuǎn)軸 二.傳動(dòng)軸1.受力分析： 軸單向傳動(dòng)： 軸雙向傳動(dòng)：按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算(估算軸的最小直徑)（開停）由2.強(qiáng)度計(jì)算 nPT dTWTT 6 31055.9 2.0 說明：P傳遞的功率(kw) ; n軸的轉(zhuǎn)速(r/min) ; d軸的直徑(mm) ; 材料的許用扭剪應(yīng)力 (Mpa)Mpa (17-1)Nmm 只受轉(zhuǎn)矩按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 P.229 三. 轉(zhuǎn)軸 由 2.當(dāng)量彎矩e： 單向 雙向b r =1 彎矩e 求當(dāng)量r =0r =1第三強(qiáng)度理論： bbe 22 4 WTdTWTdMdMWM Tb 216/;1.032/ 333 當(dāng)b

10、 (r =1), (r =1)時(shí)2222 124 TMWWTWMe eMTM 22 彎轉(zhuǎn)按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算1.受力分析：M + T (14-3) 根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)將扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力轉(zhuǎn) 換成與彎曲應(yīng)力變化特性相同的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。 22 )( TMMe 當(dāng)b (r =1), (r 1)時(shí)當(dāng)= r = 1 = -1 /-1 = 1 P.231第3 r = 0 = -1 /0 0.6 r = +1 = -1/ +1 0.3當(dāng)b (r =1), (r =1)時(shí)22 TMMe 3.轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度計(jì)算： bee d TMWM 13 22 1.0 )( 3 1 223 1 1.0 )(1.0 bbe TMMd

11、彎扭合成強(qiáng)度mm (14-6) 許用彎曲應(yīng)力， Mpa， 按材料 B及應(yīng)力性質(zhì)查表(14-3) P.231B 查表(14-1) P226 b 1 Mpa (14-5) 1.作軸的計(jì)算簡圖 1)把階梯軸看成餃鏈支承的梁求支反力 2)假設(shè)軸上載荷為集中載荷, 作用在輪緣中點(diǎn)處2.求作支反力及彎矩圖3.求作扭矩及扭矩圖4.求作當(dāng)量彎矩及當(dāng)量彎矩圖5.強(qiáng)度計(jì)算(轉(zhuǎn)軸) 彎扭合成強(qiáng)度校核(一般軸) 疲勞強(qiáng)度(安全系數(shù))校核(重要軸) (二)軸的強(qiáng)度計(jì)算步驟 (結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后) 例題 1 .作計(jì)算簡圖2 .求作支反力及彎矩圖 FR1H=FR2H=Ft/2=17400/2 =8700N FR1VL FrL/2

12、Fad2/2=0 FR1V=(FrL/2Fad2/2)/L =2123N F R2V=FrFR1V=64102123 =4287NMaH=FR1HL/2=8700193/2 =840000 Nmm FrFt Fa FFtFR1H FR2H H面V面MaHM aV MaVF面MaV=FR2VL/2=4287193/2=414000NmmMaV=FR1VL/2=2123193/2=205000Nmm FaFr FR2VFR1V MaHMH VMV 考慮最不利情況，F(xiàn)與H、V面的合力共面FR1F=FK/L=4500206/193=4803NFR2F=FR1FF=48034500=9303NMaF=F

13、R1FL/2=4803193/2 =463000NmmM2F=FK=4500206 =927000Nmm FR2F F2FFR1FF面: M a Ma M2M合: mmN MMMM aFaHaVa 6 22104.1 mmNMMMM aFaHaVa 622 10328.1mmNMM F 92700022 M2FMaFMaV MaV MaH MHMVFMFM 合 T=Ftd2/2=17400146/2 =1.27106Nmm mmNTMM mmNMTMM mmNTMM e aaae aae 62222 62 622 102.1)( 10328.1)( 106.1)(5 .求危險(xiǎn)截面處軸的直徑：a

14、-a mmMd bae 4.64)1.0/(3 1 T4.求作當(dāng)量彎矩圖： 3. 作轉(zhuǎn)矩圖MaeMae M2e 考慮鍵:d=64.41.046772mm(結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求)Ma Ma M2M合T Me表(14-1)P.226: B=650Mpa ; 表(14-3)P.231: -1=60Mpa取45鋼, 調(diào)質(zhì)裝齒輪d4=72mm 1.擬定軸上零件裝配方案2.估算軸的最小直徑min3.確定各段直徑及長度4.確定軸的結(jié)構(gòu)要素 (三) 軸的設(shè)計(jì)步驟:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算其它計(jì)算軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的強(qiáng)度計(jì)算其它計(jì)算1.剛度計(jì)算 p.2332.振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算( 臨界轉(zhuǎn)速) p.2351.許用切應(yīng)力法(扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度)2.許用彎曲應(yīng)力法( 彎扭合成強(qiáng)度 )3.安全系數(shù)疲勞強(qiáng)度計(jì)算 計(jì)算法 靜強(qiáng)度計(jì)算 小結(jié)：1.軸的功用及分類（按載荷性質(zhì)）（會判斷）2.軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求（會設(shè)計(jì)、改錯(cuò)）3.軸的強(qiáng)度計(jì)算（傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)軸）