机械设计基础轴

请完成如图所示的轴系设计。 请完成如图所示的轴系设计。 请选择齿轮的装配方向
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思考题： 思考题： 试指出图中结构不合理的地方，并予以改正。 试指出图中结构不合理的地方，并予以改正。
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轴的常用材料
30、35、40、45、50：加工工艺性好，应用最广， 、 、 、 、 ：加工工艺性好，应用最广， 主要用于一般用途的轴 20Cr、20CrMnTi、40Cr、38CrMoAl：热处理工艺性 好，主要用于重要的轴 QT600-3：良好的铸造工艺性，减振性好，对应力 ：良好的铸造工艺性，减振性好， 集中的敏感性低， 集中的敏感性低，用于形状复杂的曲轴 Q235： 不重要或受力较小的轴 ：
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二、按弯扭合成强度计算
此方法既考虑弯矩又考虑转矩，比前法精确。 此方法既考虑弯矩又考虑转矩，比前法精确。 需已知： 需已知： 轴的支反力作用点、外载荷的大小及位置。 轴的支反力作用点、外载荷的大小及位置。 弯、扭联合作用时，采用第三强度理论。 扭联合作用时，采用第三强度理论。 则轴危险截面上的当量应力： 则轴危险截面上的当量应力：
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轴
• • • • • 轴的功用 轴的分类 轴的材料 轴的结构要求 轴上零件的定位和固定
• 轴的结构设计
• 轴的设计计算
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设计轴的一般步骤为
⑴选择轴的材料 ⑵轴的结构设计 ⑶轴的强度校核
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估算轴的最小直径
9.55 × 10 6 3 P P d≥3 • = C3 0.2[τ] n n
有一个键，轴径加大5%，有二个键，轴径加大10% 有一个键，轴径加大5%，有二个键，轴径加大10% 。 并圆整为标准值
轴上各段直径和长度的确定
• 有配合要求的轴段，采用标准直径； 有配合要求的轴段，采用标准直径； • 安装标准件部位的轴径，应取为相应的标准值。 安装标准件部位的轴径，应取为相应的标准值。 • 各段的长度主要根据轴上零件和轴承与轴配合部 分的轴向尺寸决定， 分的轴向尺寸决定，同时要保证零件所需的装配 和调整空间。 和调整空间。
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轴的结构设计
• • • • 拟订轴上零件的装配方案 估算轴的最小直径 轴上各段直径和长度的确定 考虑轴的结构工艺性并注意提高轴的疲劳 强度
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机械基Leabharlann Baidu教研室
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• 定位轴肩： 定位轴肩：
r轴< C孔或r轴< R 孔 轴肩或轴环的高度h必须大于C 孔 或R 孔
• 轴肩高度 滚动轴承内圈高度 轴肩高度<滚动轴承内圈高度 h=（0.07d＋3）～（ （ ）～（0.1d＋5） mm ＋ ）～（ ＋ ）
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3. 轴上零件的定位和固定 ⑴. 轴上零件的轴向定位和固定 轴肩 轴环
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拟订轴上零件的装配方案
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五. 轴的结构应满足的条件 （1）轴上零件有准确的位置和可靠的相对固定； ）轴上零件有准确的位置和可靠的相对固定； （2）轴上零件应便于装拆和调整； ）轴上零件应便于装拆和调整； （3）形状、尺寸应有利于减少应力集中； ）形状、尺寸应有利于减少应力集中； （4）良好的制造和安装工艺性。 ）良好的制造和安装工艺性。
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四. 影响轴的结构的因素
（1）轴上零件的类型、尺寸、数量、配合性质及其定位
固定的方法； （2）轴上作用力的大小及其分布情况； （3）轴承的类型、尺寸和位置； （4）轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求。
一. 轴的功用 1）支承回转零件；2）传递运动和动力 ）支承回转零件； ） 二. 轴的分类 按承载情况分： 心轴—— ——只受弯矩 按承载情况分： 心轴——只受弯矩 转轴——扭矩和弯矩 转轴——扭矩和弯矩 —— 传动轴——主要受扭矩 传动轴——主要受扭矩 ——
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• 轴的结构工艺性和轴的疲劳强度要求
轴径变化处圆角过渡 轴端部倒角、过盈配合段导向锥 键槽在同一母线上 退刀槽、越程槽 注意提高轴的疲劳强度 结构力求简单，便于加工
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直轴 按轴线形状可分为： 曲轴
实心轴 空心轴
光轴 阶梯轴
挠性钢丝轴 三. 轴的材料 选择轴的材料要考虑 1.轴的强度 刚度及耐磨性要求； 轴的强度、 1.轴的强度、刚度及耐磨性要求； 2.轴的热处理方法及机加工工艺性的要求； 2.轴的热处理方法及机加工工艺性的要求； 轴的热处理方法及机加工工艺性的要求 3.轴的材料来源和经济性等 轴的材料来源和经济性等。 3.轴的材料来源和经济性等。
扭转强度设计式: 扭转强度设计式
9.55 × 10 6 3 P P d ≥3 3 0.2[τ T ] n = C n mm
系数 C 与轴的材料和承载情况有关，查表10-2。 与轴的材料和承载情况有关，查表1010 令其为系数 C 注意： 注意： 弯矩相对转矩较小或只受转矩时， 取小值。 弯矩相对转矩较小或只受转矩时，C 取小值。 弯矩较大时， 取大值。 弯矩较大时，C 取大值。 扭转强度公式一般用来初算轴的直径， 扭转强度公式一般用来初算轴的直径， 计算出的 d 作为受扭段的最小直径 dmin 。 若该轴段有一个键槽， 增大5% , 若该轴段有一个键槽，d 值增大 有两个键槽，增大10% 。 有两个键槽，增大
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⑵. 轴上零件的周向定位
键
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花键
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销
过盈配合
成型面
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或依经验公式 高速级d=(0.8~1.2)D 低速级d=(0.3~0.4) a
• 轴环宽度 b≈l.4h • 非定位轴肩： 非定位轴肩：
h=1.5-2mm, r≤(D-d)/2 ≤
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一、按扭转强度计算
T 9.55 ×106 P / n 9.55 ×106 P ≤ [τ T ] 扭剪应力: 扭剪应力 τ T = = = 3 3 WT πd / 16 0.2d n
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轴的强度校核
应力分析： 应力分析：
T
F
弯曲应力σ 对称循环变应力； 弯曲应力 b － 对称循环变应力； 扭剪应力τ 循环特征根据实际情况而定。 扭剪应力 T － 循环特征根据实际情况而定。 计算方法： 计算方法： ● 按扭转强度计算； 按扭转强度计算； 按弯扭合成强度计算； ● 按弯扭合成强度计算； 轴的抗扭 剖面系数 安全系数法计算。 ● 安全系数法计算。 一般的轴
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套筒
圆螺母
轴端挡圈
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紧定螺钉
弹性挡圈
圆锥面
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rr
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轴上各段直径和长度的确定
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