机械原理与机械设计 下册 第2版 教学课件 作者 张策 第二十章 轴的设计计算.ppt

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1、第一节概述第二节轴的强度计算第二十章轴的设计计算第三节轴的刚度计算第四节轴的振动与临界转速§11-1概述1一、轴的用途及分类第一节概述轴的功用：1）支承回转件；2）传递运动和动力。按所受载荷的不同，分为：按轴线形状的不同，轴可分：图例转　轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。心　轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。可以随意弯曲，把回转运动灵活地传到任意空间位置。曲轴直轴钢丝软轴：光轴阶梯轴实心轴空心轴:有特殊要求时，如航空发动机的主轴。转动心轴固定心轴示例示例概述3二、轴设计

2、的主要内容轴的设计过程：根据轴上零件的安装、固定及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构和尺寸。校核轴的强度、刚度和振动稳定性等。结构设计：承载能力计算：轴的设计包括：选材料验算合格?结束yesno轴的承载能力计算估算轴的直径轴的结构设计轴的概述合金钢比碳钢有更高的强度和更好的淬火性能。一般情况下用碳钢，重要的轴用合金钢。概述2轴的概述三、轴的材料毛坯多用圆钢或锻件。轴的常用材料及其主要力学特性表合金钢代替碳钢并不能提高轴的刚度。碳钢合金钢钢球墨铸铁：用于外形复杂的轴。价廉、吸振性和耐磨性好，对应力集中的敏感性

3、较低，但是质较脆。正火调质淬火等钢轴常用热处理（见表11－1）§11-2轴的结构设计1轴的结构设计：即确定轴的合理形状和全部结构尺寸。轴的结构设计应该保证：◆便于轴上零件的装拆和调整；◆轴应具有良好的制造工艺性等。一、轴的各部名称及其功能轴上安装轮毂的轴段。轴上安装轴承的轴段。1）轴头：2）轴颈：3）轴肩：轴上零件的装配过程示例定位轴肩：非定位轴肩：用于确定轴上零件位置的轴肩。为便于安装零件而设计的轴肩。二、拟定轴上零件的装配方案轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。◆轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；

4、轴的结构示例三、轴的结构工艺性在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单越好。轴上应设计加工和装配所需要的倒角、螺纹退刀槽和砂轮越程槽等。不同轴段的键槽应设计在同一母线上。详细说明四、轴上零件的定位和固定定位是指安装时保证轴上零件有准确的轴向位置。定位方法：轴肩和套筒示例定位轴肩的高度h、轴肩圆角半径r和轮毂孔圆角半径R之间应满足：r＜R（或倒角C）＜h见图11－10轴的结构设计21）估算的轴径作为轴上最细处的直径。轴的结构设计3轴上零件的固定轴向固定方法：详细介绍轴肩套筒轴端挡圈圆螺母弹性挡圈等周向固定方法：键、花键、

5、销、紧定螺钉以及过盈配合等。五、各轴段直径和长度的确定1.直径的确定原则轴的结构设计（见图11－11）轴的结构设计六、提高轴强度的常用措施详细说明轴的结构设计41）轴头的长度应比轮毂的宽度小2～3mm，以保证固定可靠。2）轴颈的长度一般等于轴承的宽度。2.长度的确定原则5）为便于零件的装拆而设计的非定位轴肩高度（半径差）h≈1～2mm。2）与标准件配合的轴径应根据标准件的尺寸设计。4）滚动轴承的定位轴肩，应小于轴承内圈的厚度。3）定位轴肩的高度（半径差）h≈（0.07～0.1）d＋1～2mm。（见图11－13）（见图

6、11－14）（见图11－15）1）改进轴的结构以减小应力集中2）改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度3）改进轴上零件的结构以减小轴的载荷4）合理布置轴上零件以减小轴的载荷§11-3轴的强度计算1第二节轴的强度计算结构设计结束之后，对轴进行适当简化，并进行受力分析，计算出轴所受的载荷，即可对轴进行校核计算。一、轴的力学计算简图简化时需做下列工作：1）将轴简化为一简支梁。2）确定轴上支反力的位置。4）确定作用在轴上的转矩位置。（见图11－16）3）确定轴上零件所受力的大小、方向和作用点。（见图11－17）轴的强度计算21．

7、转矩法这种方法用于只受转矩或主要受转矩作用轴的强度计算。通常按这种方法估算转轴的直径。实心轴的直径为：扭转强度条件为：考虑到键槽的影响，应适当加大轴径：式中：C－计算常数，见表11－3。－许用扭应力，见表11－3。有1个键槽，轴径加大4％；有2个键槽，轴径加大7％；二、轴的强度计算轴的强度计算3轴强度的计算2．当量弯矩法这种方法适用于转轴的计算。计算步骤如下：1）轴的弯矩与扭矩分析轴的强度计算4用应力校正系数a考虑扭切应力与弯曲应力循环特性不同的影响。2）校核轴的强度式中：[σ-1w]－对称循环应力下轴的许用弯曲应力

8、（可查表11－1选取）；详细内容根据弯矩图和转矩图（或当量弯矩图）确定可能的危险截面。可按第三强度理论计算危险截面的弯扭合成强度。强度条件：当量应力：≤W－轴的抗弯截面系数（mm3）。（α的值见P251）轴强度的计算（WT=πd3／16；W＝πd3／32）轴的强度计算53．安全系数法根据轴上危险截面的循环应力，计算疲劳强度安全系数：详细内容扭切