2012年12月機(jī)械設(shè)計(jì)第十五章軸§1、概述一、主要功用二、分類1、按承載分心軸：只承受彎曲（M），不傳遞轉(zhuǎn)矩（T=0）1、支承軸上回轉(zhuǎn)零件（如齒輪）轉(zhuǎn)動(dòng)心軸：軸轉(zhuǎn)動(dòng)固定心軸：軸固定2、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力問：火車輪軸屬于什么類型？問：自行車軸屬于什么類型？轉(zhuǎn)軸：既傳遞轉(zhuǎn)矩（T）、又承受彎矩（M）如：減速器中的軸。傳動(dòng)軸：只受轉(zhuǎn)矩，不受彎矩M=0，T≠0

如：汽車下的傳動(dòng)軸。曲軸：發(fā)動(dòng)機(jī)專用零件2、按軸線形狀分直軸又可分為實(shí)心、空心（加工困難）光軸階梯軸鋼絲軟軸：軸線可任意彎曲，傳動(dòng)靈活。動(dòng)力源被驅(qū)動(dòng)裝置接頭接頭鋼絲軟軸三、軸的材料1、碳素鋼：30、35、45、50(正火或調(diào)質(zhì))，45應(yīng)用最廣。

價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中不敏感，良好的加工性。2、中、低碳合金鋼：強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)力集中敏感，用于重載、小尺寸的軸。鋼絲軟軸的繞制注意：鋼材種類熱處理對(duì)鋼材彈性模量E影響很小，3、合金鑄鐵、QT：鑄造成形，吸振，可靠性低，品質(zhì)難控制，常用于凸輪軸、曲軸。四、軸設(shè)計(jì)的主要問題失效形式：1、疲勞破壞—疲勞強(qiáng)度校核。2、變形過大—?jiǎng)偠闰?yàn)算（如機(jī)床主軸）。問：當(dāng)軸的剛度不足時(shí)，如何提高軸的剛度？∴用熱處理合金鋼不能提高軸的剛度。3、振動(dòng)折斷—高速軸，自振頻率與軸轉(zhuǎn)速接近；4、塑性變形—短期尖峰載荷—驗(yàn)算屈服強(qiáng)度。設(shè)計(jì)的主要問題：a、有足夠的強(qiáng)度—疲勞強(qiáng)度、靜強(qiáng)度；1、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—保證軸上零件有可靠的工作位置；裝配、拆卸方便；周向、軸向固定可靠；便于軸上零件的調(diào)整；b、有足夠的剛度—防止產(chǎn)生大的變形；c、有足夠的穩(wěn)定性—防止共振—穩(wěn)定性計(jì)算。2、工作能力計(jì)算二、要求1、軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的相對(duì)位置；2、受力合理——軸結(jié)構(gòu)有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度；3、軸的加工、裝配有良好的工藝性、減少應(yīng)力集中；三、軸的毛坯d小——圓鋼（棒料）：車制；d大——鍛造毛坯；空心軸：充分利用材料，↓質(zhì)量，但加工困難。§2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、目的確定軸的尺寸、形狀：d、l；結(jié)構(gòu)復(fù)雜——鑄造毛坯，如曲軸；☆☆☆☆重點(diǎn)四、階梯軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)F等強(qiáng)度階梯軸1、擬定軸上零件裝配方案動(dòng)畫（平面flash、三維avi）組成軸頸：裝軸承處尺寸=軸承內(nèi)徑；軸頭：裝輪轂處直徑與輪轂內(nèi)徑相當(dāng)；軸身：聯(lián)接軸頸和軸頭部分；裝配方案的比較：2、零件在軸上的固定（1）軸向固定a）借助軸本身形狀定位：軸肩、圓錐形軸頭；b）借助擋圈、圓螺母、套筒等定位；注意：防止過定位

L軸段長(zhǎng)度=B輪轂寬-(2~3)mm保證軸上零件可靠定位：軸圓角半徑r＜軸上零件倒角尺寸c＜軸肩高度h

或軸圓角半徑r＜軸上零件圓角半徑R＜軸肩高度h（2）周向固定鍵、花鍵、成形聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)接、過盈、銷等——軸轂聯(lián)接軸肩定位軸肩：h=(0.07~0.1)dd：軸頸尺寸；非定位軸肩：h=(1~2)mm；五、軸段尺寸1、d：由載荷→dmin→由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定各段的d。2、L：由軸上零件相對(duì)位置及零件寬度決定，同時(shí)考慮：1）軸段長(zhǎng)比輪轂寬小2~3mm——可靠定位。2）傳動(dòng)件、箱體、軸承、聯(lián)軸器等零件間距離(查手冊(cè))。固定方式＞軸結(jié)構(gòu)的改錯(cuò)實(shí)例1,2注意：各軸段直徑d和長(zhǎng)度L的確定。六、軸的結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)1、需磨削的軸段：砂輪越程槽。3、軸端應(yīng)有倒角：c×45°——便于裝配。4、裝配段不宜過長(zhǎng)。5、固定不同零件的各鍵槽應(yīng)布置在同一母線上，以減少裝夾次數(shù)。2、需切制螺紋的軸段：螺紋退刀槽。§3、軸的強(qiáng)度計(jì)算一、按許用切應(yīng)力計(jì)算（按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算）強(qiáng)度條件：式中：WT——抗扭截面系數(shù)，mm3[τT]——許用切應(yīng)力C——與材料有關(guān)的系數(shù)（表16.2）公式應(yīng)用：a）傳動(dòng)軸精確計(jì)算；b）轉(zhuǎn)軸的初估軸徑dmin——結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，逐步階梯化di（∵支點(diǎn)、力作用點(diǎn)未知）；c）對(duì)于轉(zhuǎn)軸：算出dmin→結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→彎矩圖→彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算；d）有鍵槽處：↑d，單鍵——↑3%；雙鍵——↑7%。二、按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算（彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算）已知條件：作用力大小、位置、軸d、l、支點(diǎn)位置由dmin(扭轉(zhuǎn)初估)→結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→支點(diǎn)、力大小、作用點(diǎn)→畫出M、T合成彎矩圖→危險(xiǎn)截面→計(jì)算。步驟：P3141、畫出軸的空間受力簡(jiǎn)圖：力分解到水平面、垂直面2、作水平面彎矩Mxy圖和垂直面彎矩Mxz圖3、作出合成彎矩圖4、繪轉(zhuǎn)矩T圖5、求當(dāng)量彎矩，繪圖α——根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)不同而引入的應(yīng)力校正系數(shù)。σ——一般為對(duì)稱循環(huán)變化（彎矩引起的彎曲應(yīng)力）（M）1）單向旋轉(zhuǎn)、載荷穩(wěn)定：切應(yīng)力接近不變r(jià)=+1，2）單向旋轉(zhuǎn)、載荷不穩(wěn)定：切應(yīng)力接近脈動(dòng)循環(huán)r=0，3）連續(xù)正反轉(zhuǎn)、載荷不穩(wěn)定：切應(yīng)力接近對(duì)稱循環(huán)，r=-1，T※實(shí)際機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不可能完全均勻，且有扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的存在，為安全計(jì)，常按脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算。循環(huán)特性：靜應(yīng)力r=+1（），脈動(dòng)循環(huán)r=0（，）對(duì)稱循環(huán)r=-1（，）6、強(qiáng)度條件：W——軸的抗彎截面系數(shù)，P332附錄表75、確定危險(xiǎn)截面。若軸上開鍵槽：d適當(dāng)↑單鍵：↑（3~5）%，雙鍵：↑（7~10）%花鍵：計(jì)算出的d為內(nèi)徑。三、軸的安全系數(shù)校核計(jì)算（精確計(jì)算）1、疲勞強(qiáng)度校核1）按計(jì)算：尺寸系數(shù)（εσ、ετ）表面狀態(tài)β應(yīng)力集中（kσ、kτ）∴重要軸：需進(jìn)一步在軸結(jié)構(gòu)化后進(jìn)行精確計(jì)算。沒有精確計(jì)入影響疲勞強(qiáng)度的其它重要因素。2）方法：對(duì)軸上若干“危險(xiǎn)剖面”（實(shí)際應(yīng)力較大的剖面，如受力較大、截面較小及應(yīng)力集中較嚴(yán)重處）進(jìn)行安全系數(shù)校核。3）基本公式：?jiǎn)渭兪軓潱簡(jiǎn)渭兪芘ぃ簁σ、kτ——有效應(yīng)力集中系數(shù)，P329、P330；β——表面狀態(tài)系數(shù)P331；εσ、ετ——尺寸系數(shù)P331；復(fù)合安全系數(shù)：2、靜強(qiáng)度校核校核軸對(duì)塑性變形的抵抗能力（尖峰載荷）。σmax、τTmax——尖峰載荷所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力、切應(yīng)力；σsb、τs——材料的彎曲和剪切屈服極限；例16.2§4、軸的剛度計(jì)算（自學(xué)）軸的變形：撓度、轉(zhuǎn)角、扭角§5、軸的臨界轉(zhuǎn)速（略）§6、提高軸的強(qiáng)度、剛度和減輕重量的措施1、合理布置軸上零件，↓軸受扭矩。a)不合理的布置b)合理的布置2、改進(jìn)軸上零件結(jié)構(gòu)，↓軸彎矩。a)不合理的布置b)合理的布置3、載荷分擔(dān)，↓軸上載荷卸荷帶輪：雙聯(lián)齒輪斜齒輪：兩斜齒輪旋向應(yīng)相同4、采用力平衡或局部相互抵消的辦法減少軸的載荷。行星齒輪減速器：多個(gè)行星輪均布5、改變支點(diǎn)位置，改善軸的強(qiáng)度和剛度。更差！錐齒輪減速器結(jié)構(gòu)圖6、改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu),減少應(yīng)力集中1）避免相鄰軸徑相差太大；3）合理選擇