机械设计基础-(第五版)讲义14

机械设计基础-(第五版)讲义14

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1、§14-1轴的功用和类型§14-2轴的材料§14-3轴的结构设计§14-4轴的强度计算§14-5轴的刚度计算§14-6轴的临界转速的概念第14章轴14-1轴的功用和类型一、轴的功用用来支撑旋转的机械零件,如齿轮、带轮、链轮、凸轮类型转轴---传递扭矩又承受弯矩按承受载荷分二、轴的分类按轴的形状分传动轴---只传递扭矩心轴---只承受弯矩直轴曲轴挠性钢丝轴21.转轴组成:轴颈、轴头、轴身;特点:传递扭矩又承受弯矩。带式运输机减速器电动机转轴14-1轴的功用和类型14-1轴的功用和类型2.传动轴组成:轴颈、轴头、轴身;特点:只传递扭矩,不承受弯矩或弯矩很小。发动机后桥传动轴14-1轴的

2、功用和类型3.心轴分类:固定心轴、转动心轴;特点:只承受弯矩,不传递扭矩。14-1轴的功用和类型1.直轴分类:阶梯轴、光轴;2.曲轴14-1轴的功用和类型3.挠性钢丝轴由几层紧贴在一起的钢丝层构成,可以把转矩和旋转运动灵活地传到任何位置,常用于振捣器等设备中。14-1轴的功用和类型三、轴设计中的主要问题1)合理选择材料2)轴的结构设计3)轴的工作能力设计(强度和刚度设计)必须先进行结构设计,然后才能进行工作能力的核算。4)轴的结构形状和尺寸确定14-1轴的功用和类型一、轴的失效:多为疲劳损坏二、轴的材料要求:足够的疲劳强度、对应力集中的敏感性小、以及良好的加工性能等。碳素钢:35、

3、45、50钢(优质碳素钢:一般正火);Q235、Q275(普通碳素钢:不重要或者受力较小)合金钢:40CrNi、38CrMoAlA;20Cr、20CrMnTi;(重载、要求减轻重量时、要求提高耐磨性;淬火、调质)球墨铸铁:铸铁QT、合金铸铁、形状复杂轴14-2轴的材料钢种和热处理对弹性模量影响很小,对增大轴刚度无效(增大轴径、减小跨距)合金钢强度高,但对应力集中敏感,如果结构上和表面上不注意,轴强度得不到改善14-3轴的结构设计设计任务:使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。设计要求:1.轴应便于制造,轴上零件要易于装拆;(制造安装)2.轴和轴上零件要有准确的工作位置;(定位)3.各零

4、件要牢固而可靠地相对固定;(固定)4.改善应力状况,减小应力集中。轴端挡圈带轮轴承盖套筒齿轮滚动轴承典型轴系结构④为便于轴上零件的装拆,一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。零件的安装次序一、制造安装要求装零件的轴端应有倒角,需要磨削的轴端有砂轮越程槽,车螺纹的轴端应有退刀槽。②③⑥⑦①⑤①倒角14-3轴的结构设计零件的轴向定位由轴肩或套筒来实现。二、轴上零件的定位轴肩----阶梯轴上截面变化之处。起轴向定位作用。轴肩套筒14-3轴的结构设计轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。三、轴上零件的固定齿轮受轴向力时,向右是通过4、5间的轴肩,并由6、7间的轴肩顶在滚动轴承的内

5、圈上;向左则通过套筒顶在滚动轴承的内圈上。带轮的轴向固定是靠1、2间的轴肩和轴端当圈。双向固定14-3轴的结构设计无法采用套筒或套筒太长时,可采用双圆螺母加以固定。轴肩的尺寸要求:r

6、中图示为起重机卷筒两种布置方案。A图中大齿轮和卷筒联成一体,转距经大齿轮直接传递给卷筒,故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩。图b中轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷相同时,图a结构轴的直径要小。Q方案aQ方案b输出输出输入输出输出输入Tmax=T1+T2Tmax=T11.改善受力状况当轴上有两处动力输出时,为了减小轴上的载荷,应将输入轮布置在中间。T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理T14-3轴的结构设计Rdd/430˚2.减小应力集中合金钢对应力集中比较敏感,应加以注意。应力集中出现在截面突然发生变化的。措施:1.用圆角过渡;2.尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽;3.重要结构可增

7、加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。过渡肩环r凹切圆角B卸载槽也可以在轮毂上增加卸载槽B位置d/414-3轴的结构设计一、按扭转强度计算轴的强度设计应根据轴的承载情况,采用相应的计算方法,常用方法有两种。对于只传递扭转的圆截面轴,强度条件为:设计公式为:对于既传递扭转又传递弯矩的轴,可按上式初步估算轴的直径。计算结果为:最小直径!解释各符号的意义及单位轴的材料A3,20354540Cr,35SiMn[τ](N/mm)12~20

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