《机械设计》教学PPT课件 第九章 轴

练习4
指出图中结构不合理的地方，并予以改正。
练习5
§9-3 轴的工作能力计算
轴的强度计算应根据轴的承载情况，采用相应的计 算方法。常见的轴的强度计算有以下两种
一、按扭转强度计算
对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为
T
WT
9.55 10 6 0.2d 3n
P
[ ]
MPa
设计公式为
9.55106 P
三、轴的结构工艺性
1.轴端倒角C×45°(1C、2C等) 2.螺纹退刀槽——切制螺纹 3.砂轮越程槽——磨削 4.同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同 尺寸。圆角半径r也尽量一致。
1.轴端倒角C 2.螺纹退刀槽——切制螺纹
3.砂轮越程槽——磨削
4.同一轴上键槽位于圆柱同 一母线上，且取相同尺寸。 圆角半径r也尽量一致。
1.轴向固定 —— 轴肩定位
r轴<C孔
r轴<R孔
特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力
应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位
r轴>C孔
固定滚动轴承的轴肩高度 ─-查轴承的安装尺寸
da
轴向固定
2-3
轴长应略短于轮毂宽度(保证零件固定)
套筒用于两个零件间距离较小时 不宜用于高速旋转
轴向固定 圆螺母
2. 按轴线形状分
直轴 曲轴
光轴 阶梯轴
空心轴: 有特殊要求时，如航空发 动机的主轴。
实心轴
钢丝软轴：可以随意弯曲，把回转运动灵活地传到任意 空间位置。
钢丝软轴
选用合适的材料 结构设计
强度计算 轴的结构形状和尺寸
一、碳钢
1.对应力集中敏感性低，强度、塑性和韧性均较好； 2.般经调质或正火热处理，如40、45； 3.不重要或承受载荷较小的轴，可用普通碳素钢，Q235等
性以及对应力集中的敏感性较低等优点。但铸铁抗冲击 性差，铸造质量不易控制，可靠性差。
轴的常用材料及其主要力学特性表
§9-2 轴的结构设计
轴的设计过程
根据总体结构的要求进行轴的结构设计 轴的承载能力验算
no 验算合格？ yes 结束
轴的结构设计
设计任务
使轴的各部分具有合理的形状和尺寸
轴上零件装拆、调整方便
2.作垂直弯矩MV图和水平弯矩MH图 ；
3.作合成弯矩M图； 4.作转矩T图；
M
M
2 H
M
2 V
5.弯扭合成，作当量弯矩Me图；
6.计算危险截面轴径:
说明：
d 3 Me mm 0.1[ 1b ]
Me
M 2 (T )2
1.若危险截面上有键槽，则应加大4%；
2.若计算结果大于结构设计初步估计的轴径，则强度不够， 应修改设计；
二、轴的分类
1. 按承载情况分 转轴 —— 受扭矩和弯矩 心轴 —— 只受弯矩 传动轴 —— 主要受扭矩
转轴：工作时既承受弯矩又承受转矩。
例：减速器中的轴
心轴：支承转动零件，只承受弯矩而不传递转矩。
例：自行车的前轮轴、火车车轮轴
传动轴：传递转矩而不承受弯矩或受弯矩很小。
例：汽车中联接变速箱与后桥之间的轴。
P
d 3
3 C3
mm
0.2[ ] n
n
计算结果为 最小直径 应圆整为标准直径
对于既传递扭转又传递弯矩的轴，可按上式初步 估算轴的直径
二、按弯扭合成强度计算
强度条件为
e
2 b
4 2
[b]
弯曲应力
b
M W
M
d 3 / 32
M 0.1d 3
扭切应力
T WT
W 2W
第九章 轴的设计
§9-1 概 述 §9-2 轴的结构设计 §9-3 轴的工作能力计算
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教学目标：了解轴的功用、分类、常用材料 及热处理方法； 掌握轴的结构设计和强度计算；
教学重点：轴的结构设计和强度计算； 教学难点：轴的结构设计。
§9-1 轴的概述
一、轴的功用 1. 支承回转零件； 2. 传递运动和动力
满足零件定位要求，轴上零件有准确的工作位置
设计要求
满足结构工艺性要求，使加工方便和节省材料
减小应力集中，改善轴的受力状况
一、轴上零件装拆、调整方便
首先拟定轴上零件的装配方案(减速器输出轴)
二、轴上零件轴上零件定位方法.swf的定位
轴向定位：轴肩、套筒、圆螺母、弹性挡圈和轴端挡圈等 周向定位：键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合和型面连接
二、合金钢
1. 具有较高的综合力学性能和较好的热处理性能；
2. 多用于有特殊要求的轴。20Cｒ、20CrMnTi、40Cｒ、 40CrNi 。
比较
★从强度考虑，合金钢优于碳钢，但价格高；
★合金钢对应力集中敏感，故表面质量要求也高； ★从刚度考虑，合金钢与碳素差别不大。
三、球墨铸铁和高强度铸铁
1. 外形复杂的轴，如内燃机的曲轴、凸轮轴等。 2.具有价廉、强度高、良好的耐磨性、吸振性和易切削
过渡肩环
凹切圆角
2.改善受力状况
方案 a Ft
方案b
Q
输出 输入 输出
T
T
T
T1
合理
T2 Tmax = T1
Q
输出
输出
输入
T
TT
T2
T1+T2 T1
不合理
Tmax= T1+T2
T1+T2
练习1
练习2
轴系结构改错
轴系结构改错
正确答案
练习3
1.左侧键太长，套筒无法装入 2.多个键应位于同一母线上
1 W
[ M 2 T 2
b]
因σb和τ的循环特性不同，折合后得
[ ] e
Me W
M 2 (T )2
0.1d 3
1b
l1
l
折合系数取值 α=
0.3 ——转矩不变； 0.6 ——脉动变化；
1 ——频繁正反转。
设计公式
d 3 Me
mm
0.1[ 1b ]
按弯扭合成强度计算轴径的一般步骤：
1.将外载荷分解到水平面和垂直面。求垂直面支撑反力FV 和水平面支撑反力FH ；
四、减小应力集中，改善轴的受力状况
1.减小应力集中 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意 应力集中出现在截面突然发生变化的
措施： a、用圆角过渡 b、尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽
c、重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力
B
d/4
B
d
卸载槽
30˚ r
特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力
应用：常用于轴的中部和端部
弹性挡圈
特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力。 应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位
轴端挡圈（压板）、紧定螺钉
用于轴端定位可承受 剧烈振动和冲击
适用于轴向力小，转 速低的场合
2.周向固定——采用键、花键、过盈配合、销等 联接形式来实现
3.若计算结果小于结构设计初步估计的轴径，且相差 不大，一般以结构设计的轴径为准。