重庆大学：机械设计课件13.pdf

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1、机械设计第十三章轴Shafts第十三章轴第一节概述一、轴的作用轴是组成机器的重要零件，主要包括两方面的作用：①支承轴上的零件，并使其有确定的工作位置；②传递运动和动力。实例说明实例说明实例说明二、轴的分类根据承载情况轴可分为三类：转轴转动心轴轴心轴固定心轴传动轴按轴线的几何形状分两类：阶梯轴直轴光轴轴（按形状分）曲轴钢丝软轴转轴转动心轴固定心轴固定心轴应用实例传动轴讨论°±×²×׳×阶梯轴光轴曲轴钢丝软轴TraditionalNomenclature¢Axle---Astationarymembersupportingrotatingparts.¢Shaft-

2、--Arotatingmembersupportingattachedelements.¢Spindle---Ashortshaftoraxle.¢Headorstudshaft---Ashaftintegralwithamotororprimemover.¢Lineshaft---Ashaftusedtodistributepowerfromoneprimemovertomanymachines.¢Jackshaft---Ashortshaftusedforpowertransmissionasanauxiliaryshaftbetweentwoothersh

3、afts(countershaft,backshaft).轴设计的一般问题①轴的结构设计②轴的强度校核③轴的刚度校核④轴的振动稳定性第十三章轴第二节轴的材料轴的材料选择原则轴的材料品种很多，设计时主要根据轴的强度、刚度和耐磨性等要求以及实现这些要求而采用的热处理方法，同时考虑制造工艺等问题加以选用，力求经济合理。常用的材料是碳素钢和合金钢。碳素钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，并能通过热处理改善其综合机械性能，应用广泛。合金钢具有很好的机械强度和淬火性能，但对应力集中比较敏感，价格较贵，多用于制造有特殊要求的轴。注意：由于在常温下合金钢与碳素钢的弹性模量差别不大

4、，所以当其它条件相同时，用合金钢代替碳素钢并不能提高轴的刚度。球墨铸铁价格低廉，强度高，耐磨性、吸振性和切削加工性能都较好，对应力集中的敏感性低。特别适合制造形状复杂的轴，如曲轴。常用材料及机械性能第十三章轴第三节轴直径的初步估算一、类比法参照同类型机器轴的结构和尺寸，分析对比，确定所设计轴的直径。二、经验公式计算对于一般的减速器可按经验公式来估算直径。Ⅰ、高速输入轴的直径按与其相连的电动机轴的直径估算；d=(0.8~1.2)DⅡ、各级低速轴的直径按同级齿轮传动中心距估算。d=(0.3~0.4)a三、按扭转强度条件计算由材料力学可知，轴受扭矩T时产生扭应力τT，

5、强度条件为Tτ=≤[τ]TTWT对实心圆轴，将上式改写为设计公式：39550×10PPd≥3⋅3=C⋅30.2[τ]nnT系数C注意的问题①由此计算出的轴径，对有键槽的轴段，应放大5%（一个键槽）或10%（两个键槽），然圆整成标准直径。②该方法较粗略，但只需知道轴所传递的功率和转速，选取材料后即可算出受扭轴段的最小轴径。③该方法也可应用于转轴的设计，相应的值取较大值。第十三章轴第四节轴的结构设计轴上各部分的名称轴头轴身轴颈轴头轴身轴颈轴的结构设计的内容轴的结构设计包括确定轴的合理形状和全部结构尺寸。结构设计的已知条件一般要求已知轴上主要零件的参数、结构尺寸和它们

6、之间的相互位置（见图）。一般a=10~15mms=5~10mml=15~20mm一般过程①初步估算受扭段轴的最小直径；②根据轴上零件的布置、装配顺序及定位要求等，从轴的两端分别向中间逐段增大并定出各段轴径；③同时，根据轴上零件的轴向尺寸、零件间距及总体布局要求，定出各轴段长度。注意：轴颈和轴头的直径必须取标准值。轴的结构应满足的要求①轴和轴上零件要有确定的工作位置（包括轴向和周向）；②轴上零件应便于装拆；③轴应具有良好的制造工艺性；④应尽量减少应力集中源。一、轴上零件的固定1）轴向固定2）周向定位1）轴向固定为确定轴上零件的轴向位置，轴上零件必须沿轴向固定。常用

7、下列几种方法：①轴肩和轴环②套筒③螺母、紧定螺钉及弹性挡圈④轴端挡圈⑤锥面①轴肩和轴环由定位面和过渡圆角组成。优点：定位可靠，能承受较大的轴向载荷，应用较广。缺点：轴的毛坯直径较大，且有较大的应力集中。轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩。注意的问题a)轴肩和轴环的倒圆半径r必须小于相关零件的倒角C或倒圆半径R；b)高度h必须大于C或R，一般h=(2~3)C；c)一般轴环宽度b=1.4h；d)非定位轴肩无严格规定。②套筒当轴的中部两个零件相距较小时常作相对固定用，定位可靠。有以下特点：①可避免开槽、钻孔及减少轴径变化，减少应力集中源；②使用套筒增加材料用量及机器重量；③

8、套筒与轴配合较松，不宜高