1、机械设计第十章 轴第十章 轴10-1 概述10-2 轴的结构设计10-3 轴的强度计算10-4 轴的振动计算和临界转速10-1 概述二、分类 一、功用 支承传动件并传递运动和动力 轴 按承载不同 按轴线形状 直 轴 曲 轴 钢丝软轴 光轴 阶梯轴 空心轴 心 轴 传动轴转 轴 转动心轴 固定心轴 10-1 概述 练习：试分析图示传动装置中各轴所受的载荷，并注明各轴类别。10-1 概述三、轴的设计1.主要内容：结构设计和工作能力验算 2.设计方法 初定最小直径结 构 设 计验算合格?结 束是否3.主要问题(1)选材(2)结构设计（外形、尺寸）(3)强度计算（防断裂、塑性变形）(4)刚度计算（防过
2、大弹性变形）(5)振动稳定性计算（高速轴防共振）10-1 概述四、轴的材料 2.合金钢：20Cr，40Cr等 重载或者要求提高耐磨性或者对体积、重量有严格要求 3.铸铁、球墨铸铁(QT)、合金铸铁：形状复杂轴 1.碳素钢：普通碳素钢（Q235Q275）：优质碳素钢（35、45、50）不重要或受力较小的轴 10-1 概述五、刚度计算弯矩 挠度 转角 转矩 扭角 轴的变形，10-2 轴的结构设计已知：轴传递的功率、转速；传动件尺寸；装配简图。求：轴的合理外形；轴全部尺寸。10-2 轴的结构设计一、初算轴径 法2.利用类比法或借助经验公式确定法1.按扭转强度计算 支点未知 先结构设计，后强度校核二、
3、结构工艺性 光轴阶梯轴（倒角、退刀槽、越程槽、键槽）10-2 轴的结构设计三、轴上零件定位 1.轴向定位 轴肩（轴环）定位 套筒定位 圆螺母定位 挡圈定位 圆锥形轴头定位 弹性挡圈锁紧挡圈轴端挡圈 2.周向定位 键联接过盈联接销联接弹性环联接成型联接花键联接10-2 轴的结构设计四、确定轴的各段直径及长度 1.各轴段直径：考虑因素标准件；螺纹；配合；定位等2.各轴段长度：根据与轴配合零件轴向尺寸，并考虑安装及调整需求。10-2 轴的结构设计五、减小应力集中 1.在轴上或轮毂上开减载槽 2.增大圆角半径，采用内圆角、凹切圆角、肩环或柔性轮毂等 3.尽量避免在轴上开横孔（孔端倒角）、切口或凹槽等
4、4.避免在轴上打印、键槽圆角过小等 5.盘铣刀开键槽 10-2 轴的结构设计六、改善受力状况 1.使轴只受弯矩而不受转矩 2.轴上零件的合理布置 3.轴上零件结构的合理设计 4.轴支点位置的合理选择 5.力平衡或局部相互抵消 10-3 轴的强度计算一、按扭转强度计算 强度条件：设计公式：10-3 轴的强度计算二、按弯扭合成强度计算 强度条件（第三强度理论）：设计公式：应力校正系数 10-3 轴的强度计算二、按弯扭合成强度计算 一般步骤：(1)作计算简图；(2)求水平面和垂直面上的弯矩，并作出相应的水平面 弯矩图和垂直面弯矩图，然后作合成弯矩图；(3)作扭矩图；(4)弯扭合成，作当量弯矩图；(5
5、)校核强度是否满足要求或计算危险截面轴径。10-3 轴的强度计算示例：10-3 轴的强度计算三、安全系数校核计算 强度条件：1.疲劳强度校核 确定危险剖面时应注意：应力大小（弯矩大小、转矩有无、轴径大小）；有无应力集中（过盈配合、键槽、过渡圆角等）。10-3 轴的强度计算计算说明：(1)寿命系数 (2)弯矩弯曲应力 、扭矩切 应 力 、(5)许用安全系数 材质均匀程度载荷与应力计算精度(3)材料对循环载荷的敏感性系数，(4)综合影响系数 过盈配合P155表10-11，10-3 轴的强度计算2.静强度校核 强度条件：10-4 轴的振动计算和临界转速10-4 轴的振动计算和临界转速轴的振动：轴的转
6、速达到一定值时，运转便不 稳定而发生显著的反复变形的现象。轴的临界转速 ：发生显著变形时的转速。横向振动扭转振动纵向振动 刚性轴 挠性轴 10-4 轴的振动计算和临界转速离心力：静位移：10-4 轴的振动计算和临界转速圆盘中心点运动方程：圆频率：10-4 轴的振动计算和临界转速圆半径：轴挠度：分解代换法：共振 轴设计实例已知：装配简图；轴输入功率P2=2.22kW，轴转速n2=89.2rpm；齿宽b2=55mm，分度圆直径d2=225.58mm，螺旋角 ；链轮宽b=52mm，链轮压轴力Q=3699N。轴设计实例轴设计实例轴设计实例受力简图：轴设计实例轴设计实例轴设计实例轴设计实例危险剖面：思 考 题思 考 题思 考 题思 考 题思 考 题思 考 题思 考 题思 考 题思 考 题思 考 题转动心轴固定心轴传动轴转轴光轴阶梯轴空心轴曲轴钢丝软轴轴肩（轴环）定位套筒定位圆螺母定位挡圈定位圆锥形轴头定位轴系示例键联接花键联接成型联接弹性环联接销联接过盈联接开减载槽增大过渡圆角半径横孔孔端倒角铣键槽使轴只受弯矩而不受转矩 结构一 结构二轴上零件的合理布置 轴上零件结构的合理设计 轴支点位置的合理选择 力平衡或局部相互抵消 应力校正系数HFW内毛刺刀杆HFW内毛刺刀杆HFW内毛刺刀杆
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