轴的原理学习课件

§14—1轴的功用和类型第十四章轴§14—2轴的材料§14—4轴的强度计算本章重点§14—3轴的结构设计§14—5轴的刚度计算§14—5轴的临界转速的概念精品一、轴的功用1）支承旋转零件；2）传递运动和动力§14—1轴的功用和类型精品二、轴的类型心轴—M传动轴—T转轴—T+M按承载情况精品直轴曲轴按轴线形状钢丝软轴精品光轴按轴的外形阶梯轴精品轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢—为了保证机械性能，应进行调质或正火处理。不重要的轴可用Q235、Q275等普通碳素钢§14—2轴的材料常用35、40、45和50等优质碳素钢（45钢用得最多）精品合金钢—优点：具有较高的机械性能、较好的热处理性能，缺点：对应力集中较敏感、价格较贵。应用：对强度、耐磨性要求高且结构尺寸受限制处；高温或低温条件下工作的轴常用:20Cr，20CrMnTi、38CrMoAl、40Cr、40CrNi、38SiMnMo、40MnB等。合金钢轴必须进行热处理和化学热处理。从结构上减小应力集中，并减小表面粗糙度。精品钢的种类和热处理对弹性模量影响甚微——因此采用热处理，或用合金钢代替碳钢，只能提高其疲劳强度和耐磨性，对提高轴的刚度并无实效。轴的毛坯：一般用轧制的圆钢或锻制毛坯；形状复杂的轴，采用铸钢或球墨铸铁注意：常用材料及其主要力学性能：表14—1。精品材料牌号热处理毛坯直径硬度mmHBS抗拉强度极限σb屈服强度极限σs弯曲疲劳极限σ-1剪切疲劳极限-1许用弯曲应力[σ-1]备注应用最为广泛用于不太重要及受载荷不大的轴用于载荷较大，而无大的冲击的重要轴用于很重要的轴用于重要轴，性能近于40CrNi用于要求高耐磨性，高强度且热处理变形很小的轴用于要求强度及韧性均较高的轴用于腐蚀条件下的轴用于高、低温及腐蚀条件下的轴用于制造复杂外形的轴≤100400~420225100~250375~39021517010540≤100170~217590295255140100~300162~217570285245135100~300685490335185241~286100~300240~270785570370210100~300217~269685540345195100~160241~27778559037522060~100277~302835685410270≤200217~255640355275155≤100735540355200≤100270~300900735430260≤100229~286735590365210≤60293~321930785440280淬火≤6056~626403903051605560707570756075≤100≥241835635395230≤100530190115100~200490180110190~270600370215185245~33580048029025045195≤192渗碳渗碳回火HRC调质调质调质调质调质正火热轧或锻后空冷Q235A4540Cr40CrNi38SiMnMo38CrMoAlAMPa20Cr3Cr131Cr18NiTiQT600-3QT800-2调质淬火精品轴的结构设计——？4.尽量减少应力集中、提高疲劳强度。1.轴要便于加工，轴上零件要易于装拆（制造安装要求）2.轴和轴上零件要有准确的工作位置（定位）3.各零件要牢固而可靠地相对固定（固定）§14—3轴的结构设计主要要求有：根据工作条件，确定轴的外形和全部结构尺寸。精品轴颈－与轴承相配合的部分；轴头－与旋转零件相配合的部分；轴身－连接轴颈与轴头部分；轴肩－直径变化处形成的阶梯部分；精品一、制造安装要求1）将轴做成阶梯形2）两端倒角磨削砂轮越程槽退刀槽车螺纹3）砂轮越程槽、螺纹退刀槽在满足使用要求的情况下，轴的形状和尺寸尽量简单，便于加工。精品二、轴上零件的定位定位：轴上零件的定位，指轴上零件必须有一个准确位置。定位方法：1）轴肩(轴环)2）套筒（活动轴环）精品轴上零件的固定，指轴上零件在外力作用下，不改变其位置。三、轴上零件的固定目的：固定：防止工作时，出现轴向窜动和周向转动。精品1、轴向固定常采用：轴肩（轴环）、套筒、轴端挡圈、园螺母。图中：定位：轴肩（轴环）、套筒固定：轴肩（轴环）、套筒固定：必须双向固定直接固定间接固定轴环+套筒轴肩+轴端挡圈精品轴向力较小时：采用弹性挡圈、紧定螺钉等。精品1）轴肩高度h轴肩定位的几点说明：定位轴肩：h=(0.07~0.1)dd：轴颈尺寸；非定位轴肩：h=(1~2)mm；2）轴肩圆角半径rrC1或rR精品2、轴上零件的周向固定键（平键、楔键）花键过盈配合紧定螺钉注意：采用键联接时，键槽安排在同一直线上。精品四、轴的各段直径和长度的确定直径：首先按强度条件确定最小轴径dmin。3.无配合要求的轴段，在dmin基础上园整。2.有配合要求的轴段，采用标准直径系列数值。1.安装标准件的轴径，应满足装配尺寸要求。轴承对轴肩高有限制精品便于零件装配的措施：2)配合段前端制成锥度；3)配合段前后采用不同的尺寸公差。1)在配合段轴段前应采用较小的直径；精品长度：3）其它：由轴上零件相对位置定。1）轴上传动件有固定元件时：轴段长比轮毂宽小2~3mm。2）与标准件（轴承、联轴器等)配合处：由其宽度定。精品四、改善轴的受力状况，减小应力集中1.改进轴上零件的结构Q方案a潘存云教授研制Q方案b精品2.合理布置轴上零件潘存云教授研制输出输出输入输出输出输入Tmax=T1+T2Tmax=T1T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理精品3.改进轴的局部结构可减小应力集中的影响应力集中出现在截面突然发生变化或过盈配合边缘处（合金钢轴更敏感）——增大圆角半径、或采用：卸载槽30˚r凹切圆角过渡肩环轮毂卸载槽精品轴系结构改错精品精品精品§14—4轴的强度计算心轴—M传动轴—T转轴—T+M按承载情况传动轴：Tmaxmax转轴：T+M+maxmax精品二、按弯扭合成强度计算*当轴上的弯矩M、扭矩T均可求出时，用此法。*受M、T联合作用时，采用第三强度理论，求出当量应力。*强度条件为：][422bbe，，332.01.0dTWMdMWMTb][1)2(4)(b2222eTMWWTWM事实上，弯矩与扭矩的循环特性不同的，应考虑这种不同的影响。精品][11b-22eWMTMWe）（弯矩循环特性：对称循环变应力maxmax扭矩不变——静应力扭矩循环特性：频繁启动停车——脉动循环变应力频繁正反转——对称循环变应力循环特性不同在那里？如何考虑循环特性不同的影响？3.0][][11bb6.0][][01bb0.1][][11bb在T前乘折合系数：扭矩不变频繁启动停车频繁正反转精品验算公式：归纳一下：设计公式：3][1.01beMd][d1.01b-3eeeMWMM、T、画弯矩、扭矩图根据扭矩的循环特性定求Me22）（TM[-1b]表14-3精品例14-1：计算某减速器输出轴危险截面的直径。已知作用在齿轮上的Ft=17400N，Fr=6140N，Fa=2860N，分度圆直径d2=146mm,作用在轴右端带轮上外力F=4500N（方向未定）,L=193mm,K=206mmaadL/2LKFXYZFaFtFr精品解：一、求反力1)求垂直面的支反力N21232221LdFLFFarvN427812vrvFFFF1vF2v12FaFr2)求水平面的支反力NLKFFF48031N87002/21tHHFFF3)求F力在支点产生的反力N930312FFFFFF1HF2H12FtF1FF2F12FdFFaFtFrLK为何F产生的反力要单独求？精品二、绘弯矩图1）垂直面弯矩图Nm4242/2LFMVaVNm2052/1'LFMVaVMavM’av2）绘制水平面的弯矩图Nm8402/1LFMHaHF1vF2v12FaFrF1HF2H12FtF1FF2F12FMaH3)求F力产生的弯矩图Nm9272KFMFM2FMaF在a-a截面：Nm4632/1LFMFaF4)绘制合成弯矩图Nm140022aFaHaVaMMMMNm1328)('22'aFaHaVaMMMMMaM’aM2F精品三、弯矩合成图1）求轴传递的转矩2）求危险截面的当量弯矩22)(TMMaeNm12702/2dFTtT扭切应力为脉动循环变应力：α=0.6MaM’aM2FMeM’eNmMNmMee16001480'精品求考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大4%，故得：mmd67四、计算危险截面处轴的直径33601.010160031][1.0beMdmm4.64选45钢，调质，σB=650MPa,[σ-1b]=60MPa符合直径系列。精品轴的刚度不足，在工作中会产生过大的变形，从而影响轴上零件的工作能力，甚至导致轴的破坏。§14—5轴的刚度计算精品二、扭转刚度计算扭角条件：一、弯曲刚度计算挠度条件：倾角条件：][yy][][精品当轴的转速达到某个数值，使外界干扰力产生的振动频率和轴的自然震动频率相同或相近时，就会出现弯曲共振现象。此时，出现很大的振幅，产生很大的动载荷，以致于可能使轴和机器破坏，轴发生共振时的转速称为轴的临界转速。§14—5轴的临界转速的概念轴的振动计算，就是计算其临界转速精品