江苏大学机械设计第15章_轴
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28
本章结束
29
谢谢谢谢大大家家！！
30
4．作当量弯矩图 M ca M 2 T2
5．按弯扭合成强度计算（2~3 个危险截面） 6．按安全系数法精确校核计算（2~3 个危险截面）
27
四．提高轴的强度措施 1．减少轴上载荷
• 合理布置轴上零件 • 改进轴的结构
2．减少轴上应力集中的影响 3．改进轴的表面质量，提高其机械性能
具体见轴系结构设计
说明 ①对心轴：以 T=0 代入计算。
②计算时应找 2~3 个危险截面。
24
3．安全系数法精确校核计算
●疲劳强度条件 sca
ss s s2 s2
式s 中 K K aN 1 ms K K aN 1 m
当为对称循环变应力时
a
m ax
M W
m 0
当为脉动循环变应力时
a
m
1 2max
T 2WT
★★★轴环 b=0.4a
17
轴肩定位：多用于轴向力较大的场合。（表15-2）规范
轴 套筒定位：多用于两个零件之间的定位。
向
定 圆螺母定位：可承受大的轴向力，一般用于轴端零件的
位 固定。（图15-9）
的 方
轴端挡圈：用于轴端零件的固定。
法 轴承端盖定位：一般也用于整个轴系的轴向定位
其它：用于较小轴向力的场合。如：弹性挡圈、紧定螺钉、 锁紧挡圈、圆锥面定位等。（图15-10---图15-13）
25
4．按静强度条件进行校核（防止过载） ●静强度条件
ssca
ssss
s
s2s s2s
式中
s s
s
M max Fanax
W
A
s s
s
Tmax W T
26
二．刚度计算及振动稳定性计算（略） 三．轴的强度计算过程
1．作计算简图（力的分解与合成）
2．作弯矩图 3 ．作转矩图
总弯M 矩 M2HM2V
2．轴上零件的周向固定：键，花键，销，过盈配合
紧定螺钉、成型联接
ห้องสมุดไป่ตู้18
（三）确定轴的各段直径和长度
●直径：
初值d A03
P n
●长度：根据结构确定
图示：与轮毂相配的 轴段长度应比轮毂短 2～3mm
19
（四）结构工艺性（制造、安装、拆卸）
1．轴端应倒角，且倒角尺寸应尽量相同 2．应注意留有砂轮越程槽、螺纹退刀槽等 3．不同轴段键槽应布置在同一母线上 4. 考虑轴上零件的装拆工艺性的要求 如：轴肩或套筒的高度低于轴承内圈的高度
利用过渡轴肩以方便轴上零件的装拆
具体见轴系结构设计
20
§15-3 轴的计算重点
一．强度计算 1．按扭转强度计算：传动轴设计或转动轴初估
●强度条件
T
T WT
9 .55 10 6 P n
0 .2 d 3
T
d3
9 .55 10 6
0 . 2 T
P n
P
d
A
3 0
n
21
式中
T 转矩
WT 抗扭截面模量 P 传递功率
③传动轴：只受转矩
F
T
T3
2．按形状分
直轴 曲轴
光轴 阶梯轴
特殊轴
4
5
6
7
8
9
10
11
三．设计内容 ★轴的结构设计：确定轴段的长度和直径 ★轴的工作能力计算：强度，刚度，振动稳定性
12
四．材料选择
要求 常用材料
疲劳强度高 对应力集中的敏感性小
①碳钢 如：45 40 特点：价廉、对应力集中敏感性低、可进行热处理。
机 械 原理及设计 （Ⅱ）
第十五章 轴
2021年3月8日
1
第十五章 轴 §15-1 概 述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的计算
2
§15-1 概 述
一．功用：支承回转零件，并传递转矩
二．分类
1．按载荷分
F
①心轴：只受弯矩，不受转矩
转动心轴，固定心轴（应力性质不同）
②转轴：同时受弯矩和转矩
WT
d 3
16
0.2d3
n 转速
d 轴径
T 许用扭转切应力
①公式只适用于实心圆轴
说明
②对外伸轴：A0可取小值 中间轴：A0可取大值
③当有键槽时： 一个键 d 增加5～7%
(d<100mm) 二个键 d 增加10～15% 22
2．按弯扭合成强度计算：转轴校核
ca242
W M 4 W T T 2
M 2T 2 W
●强度条件
ca
M 2T2
W
1
式中 W抗弯截面W 模量 d30.1d3
32
1轴的许用弯曲应力
23
应力折算系数
当 为对称循环变应力时
①若 为静应力
1 1
0.3
②若 为脉动循环变应力
1 0
0.6
③若 为对称循环变应力
1 1
1
问题
①为何要引入应力折算系数？ ②当σ为脉动循环变应力时，上述公式及α如何？
②合金钢 如：40Cr 20Cr 特点：机械性能比碳钢高，淬火性能更好，但价高、
对应力集中敏感性高、可进行热处理。
③铸铁 如：QT600－3 特点：容易制造复杂形状的零件、价廉、有良好的吸振
性、和耐磨性、对应力集中敏感性低。 13
§15-2 轴的结构设计
一．结构设计的基本要求 1．定位、固定要求 2．装拆方便合理 3．制造工艺性
☆☆☆☆重点
14
二．结构设计思路 （一）拟定轴上零件的装配方案 （二）轴上零件的定位固定
1．轴上零件的轴向定位固定 ★轴上零件的定位固定：轴肩、套筒、轴承端盖 圆螺母、 轴承挡圈、弹性挡圈、紧定螺钉等
15
16
★★轴肩分二类
①定位轴肩 h=(0.07~0.1)d r<C(或R)<h
②非定位轴肩 h=1~2mm 作用：过渡（方便装拆）
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谢谢谢谢大大家家！！
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4．作当量弯矩图 M ca M 2 T2
5．按弯扭合成强度计算（2~3 个危险截面） 6．按安全系数法精确校核计算（2~3 个危险截面）
27
四．提高轴的强度措施 1．减少轴上载荷
• 合理布置轴上零件 • 改进轴的结构
2．减少轴上应力集中的影响 3．改进轴的表面质量，提高其机械性能
具体见轴系结构设计
说明 ①对心轴：以 T=0 代入计算。
②计算时应找 2~3 个危险截面。
24
3．安全系数法精确校核计算
●疲劳强度条件 sca
ss s s2 s2
式s 中 K K aN 1 ms K K aN 1 m
当为对称循环变应力时
a
m ax
M W
m 0
当为脉动循环变应力时
a
m
1 2max
T 2WT
★★★轴环 b=0.4a
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轴肩定位：多用于轴向力较大的场合。（表15-2）规范
轴 套筒定位：多用于两个零件之间的定位。
向
定 圆螺母定位：可承受大的轴向力，一般用于轴端零件的
位 固定。（图15-9）
的 方
轴端挡圈：用于轴端零件的固定。
法 轴承端盖定位：一般也用于整个轴系的轴向定位
其它：用于较小轴向力的场合。如：弹性挡圈、紧定螺钉、 锁紧挡圈、圆锥面定位等。（图15-10---图15-13）
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4．按静强度条件进行校核（防止过载） ●静强度条件
ssca
ssss
s
s2s s2s
式中
s s
s
M max Fanax
W
A
s s
s
Tmax W T
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二．刚度计算及振动稳定性计算（略） 三．轴的强度计算过程
1．作计算简图（力的分解与合成）
2．作弯矩图 3 ．作转矩图
总弯M 矩 M2HM2V
2．轴上零件的周向固定：键，花键，销，过盈配合
紧定螺钉、成型联接
ห้องสมุดไป่ตู้18
（三）确定轴的各段直径和长度
●直径：
初值d A03
P n
●长度：根据结构确定
图示：与轮毂相配的 轴段长度应比轮毂短 2～3mm
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（四）结构工艺性（制造、安装、拆卸）
1．轴端应倒角，且倒角尺寸应尽量相同 2．应注意留有砂轮越程槽、螺纹退刀槽等 3．不同轴段键槽应布置在同一母线上 4. 考虑轴上零件的装拆工艺性的要求 如：轴肩或套筒的高度低于轴承内圈的高度
利用过渡轴肩以方便轴上零件的装拆
具体见轴系结构设计
20
§15-3 轴的计算重点
一．强度计算 1．按扭转强度计算：传动轴设计或转动轴初估
●强度条件
T
T WT
9 .55 10 6 P n
0 .2 d 3
T
d3
9 .55 10 6
0 . 2 T
P n
P
d
A
3 0
n
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式中
T 转矩
WT 抗扭截面模量 P 传递功率
③传动轴：只受转矩
F
T
T3
2．按形状分
直轴 曲轴
光轴 阶梯轴
特殊轴
4
5
6
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三．设计内容 ★轴的结构设计：确定轴段的长度和直径 ★轴的工作能力计算：强度，刚度，振动稳定性
12
四．材料选择
要求 常用材料
疲劳强度高 对应力集中的敏感性小
①碳钢 如：45 40 特点：价廉、对应力集中敏感性低、可进行热处理。
机 械 原理及设计 （Ⅱ）
第十五章 轴
2021年3月8日
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第十五章 轴 §15-1 概 述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的计算
2
§15-1 概 述
一．功用：支承回转零件，并传递转矩
二．分类
1．按载荷分
F
①心轴：只受弯矩，不受转矩
转动心轴，固定心轴（应力性质不同）
②转轴：同时受弯矩和转矩
WT
d 3
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0.2d3
n 转速
d 轴径
T 许用扭转切应力
①公式只适用于实心圆轴
说明
②对外伸轴：A0可取小值 中间轴：A0可取大值
③当有键槽时： 一个键 d 增加5～7%
(d<100mm) 二个键 d 增加10～15% 22
2．按弯扭合成强度计算：转轴校核
ca242
W M 4 W T T 2
M 2T 2 W
●强度条件
ca
M 2T2
W
1
式中 W抗弯截面W 模量 d30.1d3
32
1轴的许用弯曲应力
23
应力折算系数
当 为对称循环变应力时
①若 为静应力
1 1
0.3
②若 为脉动循环变应力
1 0
0.6
③若 为对称循环变应力
1 1
1
问题
①为何要引入应力折算系数？ ②当σ为脉动循环变应力时，上述公式及α如何？
②合金钢 如：40Cr 20Cr 特点：机械性能比碳钢高，淬火性能更好，但价高、
对应力集中敏感性高、可进行热处理。
③铸铁 如：QT600－3 特点：容易制造复杂形状的零件、价廉、有良好的吸振
性、和耐磨性、对应力集中敏感性低。 13
§15-2 轴的结构设计
一．结构设计的基本要求 1．定位、固定要求 2．装拆方便合理 3．制造工艺性
☆☆☆☆重点
14
二．结构设计思路 （一）拟定轴上零件的装配方案 （二）轴上零件的定位固定
1．轴上零件的轴向定位固定 ★轴上零件的定位固定：轴肩、套筒、轴承端盖 圆螺母、 轴承挡圈、弹性挡圈、紧定螺钉等
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16
★★轴肩分二类
①定位轴肩 h=(0.07~0.1)d r<C(或R)<h
②非定位轴肩 h=1~2mm 作用：过渡（方便装拆）