第十一章轴-Chinareducers.doc

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1、第11章轴（计划学时：6h）（一）教学要求掌握轴结构设计特点，及轴的强度计算方法，了解轴的疲劳强度计算和振动（二）教学的重点与难点轴的弯扭合成法强度计算方法（三）教学内容§1概述一、轴的用途与分类1、功用：1）支承回转零件；2）传递运动和动力2、分类按承载情况分转轴——T和M的轴——齿轮轴心轴——而不受扭矩：转动心轴；固定心轴传动轴——主要受扭矩而不受弯矩或弯矩很小的轴按轴线形状分直轴——光轴——作传动轴（应力集中小）阶梯轴：优点：1）便于轴上零件定位；2）便于实现等强度曲轴——另外还有空心轴（机床主轴

2、）和钢丝软轴（挠性轴）——7它可将运动灵活地传到狭窄的空间位置，如牙铝的传动轴。§2轴的材料及其选择碳素钢——价廉时应力集中不敏感——常用45#，可通过热处理改善机械性能，一般为正火调质和合金钢——机械性能（热处理性）更好，适合于大功率，结构要求紧凑的传动中，或有耐磨、高温（低温）等特殊工作条件，但合金钢对应力集中较敏感。注意：①由于碳素钢与合金钢的弹性模量基本相同，所以采用合金钢并不能提高轴的刚度。②轴的各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（喷丸、滚压）对提高轴的疲劳强度有显著效

3、果。轴的常用材料及其主要机械性能§3轴的结构设计轴设计的主要内容：结构设计——按轴上零件安装定位要求定轴的形状和尺寸交替进行工作能力计算——强度、刚度、振动稳定性计算轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。轴的结构设计要求：①轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置；②轴上零件装拆、调整方便；③轴应具有良好的制造工艺性等。④尽量避免应力集中（书上无）一、拟定轴上零件的装配方案根据轴上零件的结构特点，首先要预定出主要零件的装配方向、顺序和相互关系，它是轴

4、进行结构设计的基础，拟定装配方案，应先考虑几个方案，进行分析比较后再选优。原则：1）轴的结构越简单越合理；2）装配越简单、方便越合理。二、轴上零件的定位1、零件的轴向定位1）轴肩和轴环（轴中间高两边低轴向尺寸小的环）——最常用，轴向传力大。（定位轴肩（大），要求r轴

5、3）4）轴端档圈——轴端零件的定位，应用较广5）轴承端盖——对轴承外圈轴向定位，从而使轴有确定的轴向工作位置6）弹性档圈——结构简单，定位方便，但有应力集中，适于轻载7）锁紧档圈、紧定螺钉或销——结构简单、但承载能力低，可同时兼作周向定位（仪器、仪表中较常用）8）圆锥面（+档圈、螺母）——适于轴端零件定位。兼作周向定位（靠摩擦）2、零件的周向定位键——常用；花键——承载大，定位精度高，适于动联接；紧定螺钉、销——同时实现轴向定位，传力不大处；过盈配合三、各轴段的直径和长度的确定1、各轴段直径确定a)按扭矩

6、估算所需的轴段直径dmin；b)按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径。注意：①与标准零件相配合轴径应取标准植；②同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。2、各轴段长度①与各轴段上相配合零件宽度相对应；②考虑零件间的适当间距——（特别）是转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。四、轴的结构工艺性1）轴肩圈角r——避免应力集中，查标准（手册）2）轴端倒角C×45°——便于装配、去毛刺。3）砂轮越程槽——磨削4）螺纹退刀槽——切制螺纹5）同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同尺寸（均有标准）。圆角半径r也尽量一致

7、。6）轴端中心孔。§4轴的强度计算一、按扭转强度条件计算适用：①用于只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算；②结构设计前按扭矩初估轴的直径dmin强度条件：Mpa设计公式：（mm）轴上有键槽放大：3~5%一个键槽；7~10%二个键槽。取标准植——许用扭转剪应力（N/mm2），——考虑了弯矩的影响7A0——轴的材料系数，与轴的材料和载荷情况有关。注意表下面的说明对于空心轴：（mm），d1—空心轴的内径（mm）注意：如轴上有键槽，则d放大：3~5%1个；7~10%2个取整。二、按弯扭合成强度条件计算条件：已

8、知支点、距距，M可求时步骤：以斜齿轮轴为例1、作轴的空间受力简图（将分布看成集中力，）轴的支承看成简支梁，支点作用于轴承中点，将力分解为水平分力和垂直分力2、求水平面支反力RH1、RH2作水平内弯矩3、求垂直平面内支反力RV1、RV2，作垂直平面内的弯矩图4、作合成弯矩图5、作扭矩图6、作当量弯矩图——为将扭矩折算为等效弯矩的折算系数∵弯矩引起的弯曲应力为对称循环的变应力，而扭矩所产生的扭转剪应力往往为非对称循环变应力∴与扭矩