轴的设计计算

轴的设计计算16.1概述轴的功用：支撑回转零件、传递运动和转矩轴大多是直的，但也有曲轴（实现往复运动）16.1.1轴的分类（按照载荷分类）转轴：弯矩＋扭矩，最常见心轴：只受弯矩，如机车的轴传动轴：只受扭矩：如汽车传动轴16.1.2轴的材料要求良好的综合性能（强度、刚度、塑性和韧性等）一般常用碳素钢、合金钢等（45#）热处理常用调质或正火16.1.3轴设计的主要问题结构设计：轴上零件的固定方式（轴向与周向）、轴的支撑形式、轴制造与装配工艺强度与刚度：保证有足够的强度和刚度16.2轴的结构设计设计原则：满足强度、刚度、防振的要求，并通过结构设计提高这些方面的性能保证轴上零件定位且固定可靠便于轴上零件装拆和调整轴的加工工艺性好一般设计成中间大、两端小的阶梯形状16.2.1轴的毛坯圆钢或锻造毛坯、一般不用铸造毛坯16.2.2轴各部分名称轴颈：被支撑部分，一般指安装轴承处（尺寸根据轴承）轴头：安装轮毂部分（尺寸考虑轮毂）轴身：联结轴头和轴颈部分作成阶梯轴的原因：综合考虑等强度、加工工艺和装配工艺的结果16.2.3零件在轴上的固定轴向固定：轴肩、档圈、圆螺母、套筒、锥形轴头等见P311图16.3(1)轴肩与轴环轴的过渡圆角半径r零件毂孔倒角C或圆角R轴肩高度hC或R(2)套筒不宜用于较高转速的轴不能有“过定位”LBBL(3)紧定螺钉兼作周向固定受力较小、不宜于高速轴(4)圆螺母和弹性档圈螺纹应力集中严重、不宜在轴的中间部位用于轴向力较小的场合圆螺母弹性档圈(5)轴端档圈用螺钉将档圈固定在轴的端面要与轴肩或锥面配合、固定轴端零件周向固定：键、花键、销、过盈联结等，见P312图16.516.2.4结构草图画法考虑要素：固定方法、支撑点位置、装配工艺、制造工艺例题16.116.3轴的强度计算三种计算方法：许用切应力法、许用弯曲应力法、安全系数校核法许用切应力法：只需要知道转矩大小，主要用来计算转矩为主的传动轴及轴的初步估算许用弯曲应力法：需要知道力及作用位置，一般在结构设计后进行校核安全系数校核法：要求在结构设计后，并且知道圆角、轮毂配合等后进行，一般用于重要轴的校核一般计算时先根据许用切应力法估算，然后结构设计后用许用弯曲应力法校核16.3.1按许用切应力计算C见P314表16.2TTTdnpWT][2.01055.936336][2.01055.9npCnpdT设计式：16.3.2按许用弯曲应力计算内此种方法用于受弯扭复合作用的转轴。（1）求出支点反力；（2）作出轴在水平面内弯矩Mxy图，在垂直面内弯矩Mxz图；22)3(xzxyMMM作出合成弯矩：22)()5(TMM作出当量弯矩：][)()6(122bbWTMWM强度校核：：考虑扭矩和弯矩产生应力的循环特性差异的系数。扭转切应力为静应力、脉动循环应力、对称循环应力时，分别取=0.3、0.6、1。（4）作出扭矩T图.轴结构水平面受力简图水平弯矩图转矩图当量弯矩图垂直面受力简图垂直弯矩图合成弯矩图16.3.3安全系数校核计算（重要轴）疲劳强度校核（各系数含义见P315）静强度校核(P316)][22SSSSSS复合安全系数：makS＋：弯矩作用下的安全系数1makS＋：扭矩作用下的安全系数1例题16.216.316.4轴的刚度计算16.4.1轴的弯曲刚度计算当量轴径法：把阶梯轴简化为一当量等径光轴，然后再利用材力公式计算y及。轴的一般设计过程：估算轴径初步结构设计按弯扭合成强度计算修正结构设计按疲劳强度精确核算绘制工作图。dM、T其中：li、di——轴上第i段的长度和直径；mmradmmyy偏转角挠度16.4.2轴的扭转刚度轴在扭矩作用时pGIT41073.5光轴piiiIlTGl11073.54阶梯轴16.6提高轴的强度、刚度和减轻重量的措施提高轴承载能力的途径：结构和工艺合理安排轴上载荷的传递路线T1T2输入T1+T2T1T1+T2扭矩图T1T2输入T1+T2T1T2扭矩图改善轴上零件结构采用载荷分担方法减少轴的载荷（P327图16.7,16.8）采用力平衡抵消部分载荷，如斜齿轮改变支点位置，图16.20改进轴的结构，减少应力集中减小过盈处应力集中—开减载槽凹切圆角过渡肩环a)端铣刀加工的键槽b)盘铣刀加工的键槽a)凹切圆角c)椭圆形圆角b)肩环d)减载槽改善表面质量，提高疲劳强度降低粗糙度、采用表面强化等减速器传动比i=9，传动效率＝0.9，输入轴直径d=18mm，若输出轴与输入轴同材料，试估算输出轴直径d＇。dAPn03dAPn03ddPPnnTTi///.33330992dd221836mm用扭转强度估算轴直径的公式为：，两轴材料相同，A0取同样的值。End