华中科技大学机械设计基础ppt课件轴设计.ppt

,第六章 轴设计,6-1 概 述,一、轴的功用,支撑回转零件；,传递运动和转矩,二、轴的类型,心轴 只承受弯矩,传动轴 只承受转矩,转轴 既受弯矩、又受转矩,按受载,直 轴,曲 轴,按轴心线,2、强度问题,防止轴发生疲劳断裂,3、刚度问题,防止轴发生过大的弹性变形,4、振动稳定性问题,防止轴发生共振,三、轴设计时所要解决的问题,1、结构问题,确定轴的形状和尺寸,6-2 轴的结构设计,轴颈 与轴承相配的,部分；,轴头 与轮毂相配的,部分；,轴身 连接轴颈与轴,头部分；,轴的结构应满足的要求：,加工工艺性要好,便于轴上零件装拆,轴上零件要有准确的定位,轴上零件要有可靠的固定,尽量减少应力集中,一、加工工艺要求,光轴,等强度轴,阶梯轴,车削,倒角,加工方法不同，轴的结构也可能不同,磨削,二、装拆要求,砂轮越程槽,装拆应方便；,不同的装拆方案，得到不同结构；,轴的直径应圆整成标准值。,定位 使轴上零件处于正确的工作位置；,轴肩或轴环,三、轴上零件的轴向定位和固定,固定 使轴上零件牢固地保持这一位置。,目的 防止轴上零件工作时发生轴向蹿动。,常用的轴向定位和固定方法：,定位轴肩：h(0.070.1)d,R 或 C,非定位轴肩：h12 mm，作用是便于轴上零件的装拆,为保证定位准确，R 或 C r,轴环宽度一般取：b=1.4 h,滚动轴承的定位轴肩或轴环高度 查标准,套 筒,轴端挡圈,弹性挡圈,圆 螺 母,锥 面,对轴上零件起固定作用。,常用于近距离的两个零件间的固定。,用于轴上两零件距离较远时，或轴端。,需切制螺纹，削弱了轴的强度。,需切环槽，削弱了轴的强度。,承受不大的轴向力。,用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。,常与轴端挡圈配合使用。,注意：,采用这些方法固定轴上零件时，为保证固定可靠，,应使：与轮毂相配的轴段长度比轮毂宽度短23 mm，,即：lB-(23),平 键,问题：,四、轴上零件的周向固定,目的 防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。,常用的周向固定方法：,花 键,紧定螺钉,滚动轴承是否需要用键作周向固定？,五、提高轴的强度,减小应力集中,适当加大截面变化处的过渡圆角半径。,或采用：,凹切圆角,过渡肩环,减载槽,改善轴的受力状况,改变轴上零件的结构，使受载减小。,五、结构设计示例,6-3 轴的强度计算,应力分析：,弯曲应力b 对称循环变应力；,扭剪应力T 循环特征根据实际情况而定。,计算方法：,按扭转强度计算；,按弯扭合成强度计算；,安全系数法计算。,一般的轴,一、按扭转强度计算,扭剪应力:,轴的抗扭剖面系数,扭转强度公式一般用来初算轴的直径，,扭转强度设计式:,系数 C 与轴的材料和承载情况有关，查表12-2。,弯矩相对转矩较小或只受转矩时，C 取小值。,若该轴段有一个键槽，d 值增大5%,弯矩较大时，C 取大值。,计算出的 d 作为受扭段的最小直径 dmin。,注意：,有两个键槽，增大10%。,此方法既考虑弯矩又考虑转矩，比前法精确。,二、按弯扭合成强度计算,需已知：,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。,则轴危险截面上的当量应力：,对于直径为 d 的实心轴：,由于b 与 的循环特征可能不同，需引进校正系数将 折合成对称循环变应力。,则强度条件为：,当量弯矩,校正系数的取值：,对于不变的转矩：,频繁启动、振动或情况不明：,经常双向运转：,对称循环变应力下的许用应力,设计式：,三、轴设计步骤和方法,1、根据功率 P 和转速 n，用扭转强度公式初算受扭段的最小直径dmin。,2、根据初算轴径，进行轴的结构设计。,3、按弯扭合成强度校核轴的危险截面。,N,将 dmin 圆整成标准直径（查“机械设计课程设计”）,最小直径dmin,危险截面：Me 最大的截面；,画出空间受力图，求出支反力；,分别作出水平面受力图和垂直面受力图；,分别作出水平面弯矩图MH和垂直面弯矩图MV；,求合成弯矩：,求危险截面的当量弯矩：,靠近Memax，直径较小的截面。,按弯扭合成强度条件校核：,危险截面直径,若强度不足，应适当增大轴径。,