机械设计基础ppt课件轴.ppt
中南大学专用 作者：潘存云教授,第 14 章 轴,教、学目标,14-1 14-2、简要了解轴的类型及材料；了解轴的失效形式；,14-3、掌握轴的结构设计方法；,14-4、简要了解轴的强度校核方法；,14-6、了解轴的临界转速概念；,中南大学专用 作者：潘存云教授,14-1 轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。,类型,转轴-传递扭矩又承受弯矩。,按承受载荷分有：,分类：,D,中南大学专用 作者：潘存云教授,14-1 轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。,类型,转轴-传递扭矩又承受弯矩。,按承受载荷分有：,分类：,传动轴-只传递扭矩,中南大学专用 作者：潘存云教授,14-1 轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。,类型,转轴-传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分有：,分类：,按轴的形状分有：,传动轴-只传递扭矩,心轴-只承受弯矩,固定心轴,火车轮轴,中南大学专用 作者：潘存云教授,14-1 轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。,类型,转轴-传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分有：,分类：,传动轴-只传递扭矩,心轴-只承受弯矩,直轴,按轴的形状分有：,中南大学专用 作者：潘存云教授,14-1 轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。,类型,转轴-传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分有：,分类：,按轴的形状分有：,传动轴-只传递扭矩,心轴-只承受弯矩,直轴,曲轴,中南大学专用 作者：潘存云教授,14-1 轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。,类型,转轴-传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分有：,分类：,按轴的形状分有：,传动轴-只传递扭矩,心轴-只承受弯矩,直轴,曲轴,挠性钢丝轴,中南大学专用 作者：潘存云教授,种类,碳素钢：35、45、50、Q235,轴的毛坯:圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。,14-2 轴的材料,合金钢:20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等,中南大学专用 作者：潘存云教授,轴的受力、应力、失效形式及设计方法,、疲劳弯曲断裂：,M合,-折合系数,0.3-转矩不变；,0.6-脉动变化；,1-频繁正反转。,强度准则：,-1b,中南大学专用 作者：潘存云教授,M,T,、变形过大,挠度 y,、转角,轴的受力、应力、失效形式及设计方法,中南大学专用 作者：潘存云教授,、变形过大,扭角,轴的受力、应力、失效形式及设计方法,带式运输机,减速器,电动机,转轴,M,T,中南大学专用 作者：潘存云教授,带式运输机,减速器,电动机,转轴,M,T,、变形过大,轴的受力、应力、失效形式及设计方法,中南大学专用 作者：潘存云教授,设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。,14-3 轴的结构设计,设计要求：,1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；,2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；,3.各零件要牢固而可靠地相对固定；,4.改善应力状况，减小应力集中。,D,中南大学专用 作者：潘存云教授,典型轴系结构,D1,为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。,1、制造安装要求,一、合理的结构形状,中南大学专用 作者：潘存云教授,1、制造安装要求,一、合理的结构形状,为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。,中南大学专用 作者：潘存云教授,装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应有退刀槽。,1、制造安装要求,一、合理的结构形状,中南大学专用 作者：潘存云教授,零件的轴向定位由轴肩或套筒来实现。,轴肩-阶梯轴上截面变化之处。,一、合理的结构形状,2、轴上零件的定位,中南大学专用 作者：潘存云教授,轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。,3、轴上零件的固定,b,一、合理的结构形状,中南大学专用 作者：潘存云教授,无法采用套筒或套筒太长时，可采用双圆螺母加以固定。,轴肩的尺寸要求:,r C1 或 r R,h(0.07d+3)(0.1d+5)mm,b1.4h(与滚动轴承相配合处的h和b值,见轴承标准),b,中南大学专用 作者：潘存云教授,轴向力较小时，可采弹性挡圈或紧定螺钉来实现。,周向固定大多采用键、花键、或过盈配合等联接形式来实现。,键槽应设计成同一加工直线,中南大学专用 作者：潘存云教授,二、合理的尺寸,中南大学专用 作者：潘存云教授,轴肩的尺寸要求:,r C1 或 r R,D,d,r,R,设计：潘存云,C1,D,d,r,h,h,h(0.07d+3)(0.1d+5)mm,b1.4h(与滚动轴承相配合处的h和b值,见轴承标准),中南大学专用 作者：潘存云教授,三、改善轴的受力状况，减小应力集中,1.改善受力状况,合理,不合理,中南大学专用 作者：潘存云教授,2.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：1.用圆角过渡；,2.尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽;,3.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,中南大学专用 作者：潘存云教授,14-4 轴的强度计算,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：,设计公式为：,计算结果为：最小直径！,MPa,mm,WT-抗扭截面系数；,圆,中南大学专用 作者：潘存云教授,二、按弯扭合成强度计算,第三强度理论：,x,-1b,0b,+1b,强度准则,校核,中南大学专用 作者：潘存云教授,-折合系数,折合系数取值：=,0.3-转矩不变；,0.6-脉动变化；,1-频繁正反转。,x,-1b,0b,+1b,中南大学专用 作者：潘存云教授,=Fa,P231,按弯扭合成强度计算轴径的步骤：,（2）、分析外载荷并将外载荷分解到水平和垂直面内。求垂直面支承反力FV和水平面支承反力FH;,（1）、画简图,中南大学专用 作者：潘存云教授,Fr,=Fa,P231,按弯扭合成强度计算轴径的步骤：,（2）、分析外载荷并将外载荷分解到水平和垂直面内。求垂直面支承反力FV和水平面支承反力FH;,（1）、画简图,（3）、求水平面弯矩MV图、水平面弯矩MH图和F平面弯矩MF图；,中南大学专用 作者：潘存云教授,=Fa,P231,按弯扭合成强度计算轴径的步骤：,（2）、分析外载荷并将外载荷分解到水平和垂直面内。求垂直面支承反力FV和水平面支承反力FH;,（1）、画简图,（4）、作合成弯矩M合图;,（3）、求水平面弯矩MV图、水平面弯矩MH图和F平面弯矩MF图；,中南大学专用 作者：潘存云教授,=Fa,P231,按弯扭合成强度计算轴径的步骤：,（2）、分析外载荷并将外载荷分解到水平和垂直面内。求垂直面支承反力FV和水平面支承反力FH;,（1）、画简图,（4）、作合成弯矩M合图;,MH,2,+,MV,2,M合=,（5）、作转矩T图;,(6)、弯扭合成，作当量弯矩Me图；,(7)、校核危险截面强度,+,MF,（3）、求水平面弯矩MV图、水平面弯矩MH图和F平面弯矩MF图；,中南大学专用 作者：潘存云教授,b,中南大学专用 作者：潘存云教授,B,中南大学专用 作者：潘存云教授,
