1、第17章軸的設(shè)計(jì)，17-1的概要，17-4軸的強(qiáng)度和剛性的計(jì)算，17-3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，17-2軸徑的初步估計(jì)，17-1的概要，1，軸的主要作用，1，軸上的旋轉(zhuǎn)零件(齒輪等)，2，運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞，3，受到彎曲力矩，變形二、軸的分類、一、按負(fù)荷狀況、旋轉(zhuǎn)軸：傳遞扭矩(t )，承受彎矩(m ) :減速機(jī)的軸。 傳動(dòng)軸：僅受到扭矩，不受到彎曲力矩M=0，T0 :在汽車中連接變速器和后橋之間的軸。 心軸：只受彎曲力矩(m )，不傳遞扭矩(T=0)，固定心軸：軸固定，q :火車車軸是什么類型，主軸，使皮帶輪軸旋轉(zhuǎn)，自行車前輪軸是什么類型，固定心軸，自行車問(wèn)：根據(jù)負(fù)荷狀況，以下各軸是哪種類型？傳動(dòng)軸、傳動(dòng)

2、軸、傳動(dòng)軸、傳動(dòng)軸、傳動(dòng)軸、傳動(dòng)軸、傳動(dòng)軸如何傳遞扭矩，從原動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作如何判斷軸是否受到彎曲力矩：軸是否有聯(lián)軸器以外的傳動(dòng)部件，如果軸承受到彎曲力矩，是否受到彎曲力矩。 根據(jù)、2、軸線形狀區(qū)分，實(shí)心、中空(加工困難)、光軸、臺(tái)階軸、曲柄軸：發(fā)動(dòng)機(jī)專用零件，電線軟軸：軸線可任意彎曲，傳動(dòng)靈活。 鋼絲軟軸纏繞，三、軸材料，軸材料要求：軸強(qiáng)度和剛性充分的材料熱處理性能和加工技術(shù)性好的材料來(lái)源廣泛，價(jià)格適中。 1、碳鋼： 30、35、45、50 (正火或調(diào)質(zhì))、45的應(yīng)用最廣泛。 價(jià)格便宜，對(duì)應(yīng)力集中不敏感，加工性良好。 2、合金鋼： 40Cr、40MnB、20CrMnTi等，強(qiáng)度高，壽命長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)力

3、集中敏感，價(jià)格高。 用于重負(fù)荷、小尺寸的軸。 3、合金鑄鐵，QT :鑄造成形，吸振，可靠性低，質(zhì)量難控，常用于凸輪軸、曲軸。 問(wèn)：軸的剛性不足時(shí)，如何提高軸的剛性？ 軸坯：圓鋼棒材尺寸小的軸，鍛造坯尺寸大或提高強(qiáng)度的軸，焊接坯大的鍛造困難，鑄造坯形狀復(fù)雜的軸，中空軸等，四，軸設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題和設(shè)計(jì)特征，故障形式： 1，疲勞破壞-疲勞強(qiáng)度檢查。 2、變形過(guò)大-剛性管理(機(jī)床主軸等)。 3、振動(dòng)折斷-高速軸，自振頻率和軸轉(zhuǎn)速接近。 管理4、塑性變形-短期峰值載荷-屈服強(qiáng)度。 設(shè)計(jì)主要問(wèn)題：1，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-確保軸上零件有可靠的工作位置，組裝，拆卸容易，周向，軸向固定可靠，軸上零件的調(diào)整容易，a，充

4、分的強(qiáng)度-疲勞強(qiáng)度，靜強(qiáng)度，b，充分的剛性-防止大的變形，c，充分的穩(wěn)定性-。 2、工作能力的計(jì)算、軸的設(shè)計(jì)步驟、軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸、合適的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度和剛性的計(jì)算、軸的設(shè)計(jì)特征：首先不能通過(guò)正確的計(jì)算確定軸的截面尺寸。 17-2軸徑的初步估計(jì)，一、以扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)軸徑、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件：T，T軸的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力和允許扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，MPa； T轉(zhuǎn)矩、Nmm； P軸傳遞電力、kW、WT軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)、mm3、相對(duì)于實(shí)心圓軸，WT=d3/160.2d3； d軸的直徑、mm； n軸的轉(zhuǎn)速、r/min。 實(shí)心圓軸，設(shè)計(jì)公式：C軸的材料和負(fù)荷狀況相關(guān)系數(shù)。計(jì)算說(shuō)明：1 )求出的d是扭轉(zhuǎn)部分的最小直徑，通常是

5、軸端，2 )該軸段上有鍵槽，單結(jié)合槽增大5%，雙鍵槽增大10%，將計(jì)算出的直徑舍入為標(biāo)準(zhǔn)值，即：3 )軸的最小直徑dmin，4 )對(duì)傳動(dòng)軸正確地計(jì)算6 )關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸： dmin結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)彎曲角圖扭轉(zhuǎn)合成強(qiáng)度計(jì)算，二、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)式推定軸徑，高速軸：d=(0.8-1.2)D，其中，d是電動(dòng)機(jī)軸徑，低速軸：d=(0.3-0.4)a，其中，a是兄弟齒輪的中心17-3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)要求：1 .軸和軸上的零件必須與確定的位置可靠地固定，2 .軸上的零件必須容易安裝、拆卸、調(diào)整，3 .軸必須具有良好的加工技術(shù)性，4 .有利于提高軸的強(qiáng)度和剛性。 軸頸：安裝軸承部尺寸=軸承內(nèi)徑，軸頭：安裝輪轂的直徑相當(dāng)于輪轂

6、內(nèi)徑，軸：連接軸頸和軸頭部分。 一、軸上零件的配置，典型的軸系結(jié)構(gòu)，組裝方案的比較：二、各軸段的直徑和長(zhǎng)度的確定，一，d :載荷dmin結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求中確定各段的d。 2、l :由軸上零件的相對(duì)位置和零件寬度決定。 同時(shí)，考慮：1)軸長(zhǎng)比輪轂寬度小23mm。 2 )致動(dòng)器、外殼、軸承、聯(lián)軸器等部件間距離(檢查手冊(cè))。 一)零件軸向固定的目的，三、軸上零件的軸向固定，防止零件的軸向晃動(dòng)，確保零件軸向的正確位置。 (二)常用軸方向固定，軸肩，軸環(huán)，1 .軸肩(或軸環(huán))，過(guò)渡圓角r，定位高度h，特征：定位可靠，能承受大的軸方向載荷，用于各種零件的軸方向定位和固定。 注意：1 )軸的過(guò)渡圓角半徑r小于軸

7、上零件的倒角c或圓角半徑r；2 )顏色寬度b b1.4h 10 mm，定位肩：高度hC (或r )，通常h=(23)C或(2 3)R或滾動(dòng)軸承：肩高軸頭長(zhǎng)度l，l=B -(23)mm，3 .軸端止動(dòng)圈-始終與肩或錐面并用，固定部件穩(wěn)定可靠，能承受大的軸力。 注意：輪轂寬度b軸頭長(zhǎng)度l為l=B- (23)mm，4 .圓錐面-裝卸容易，可兼作周向固定。 適用于高速、重負(fù)荷、零件中性要求高的情況。 僅用于軸端，始終與軸端止動(dòng)圈并用，實(shí)現(xiàn)零件的雙向固定。 5 .圓螺母和止動(dòng)墊圈-固定可靠，能承受大的軸向力，但需要切開(kāi)螺釘和避讓槽，損害軸的強(qiáng)度。 在軸上兩個(gè)零件的間隔較寬的地方經(jīng)常使用，在軸端也可以使用

8、。 注意：零件寬度b軸長(zhǎng)度l為l=B-(23)mm，為了防止松動(dòng)，請(qǐng)插入墊圈或使用雙螺母。 6、彈性擋圈-結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但軸上需要槽，引起應(yīng)力集中，所以一般用于軸向力小的部件的軸向固定。 注意：零件寬度b軸長(zhǎng)度l為l=B-(23)mm，7 .緊固螺釘-結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，兼作周向固定，不能太傳遞力和扭矩，因此請(qǐng)不要高速使用。 必須注意：1)軸上的零件一般是雙向固定的，可以并用各種方法。 2 )固定可靠，防止過(guò)定位，l軸段長(zhǎng)度=B輪轂寬度-(23)mm。、一)零件的周向固定的目的，四，軸上零件的周向固定，使零件同軸旋轉(zhuǎn)，傳遞扭矩。 (二)常用周向固定、周向固定多以鍵、花鍵、鉚接、銷等緊固形式實(shí)現(xiàn)。 鍵槽應(yīng)

9、設(shè)計(jì)成相同的加工直線。 鑰匙連接制造簡(jiǎn)單，裝卸方便。 傳遞扭矩大，中性要求在一般情況下使用最廣泛。 花鍵結(jié)合的負(fù)載能力高，定心好，導(dǎo)向性好，但制造困難，成本高。 在傳遞扭矩大、中性要求高或?qū)蛐院玫那闆r下使用。 鉚接連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定心好，裝載能力高，工作可靠，但組裝困難，配合尺寸精度高。此外，銷連接部為了固定，并不太重要，但是，需要在軸方向上固定的部件。 五、軸的構(gòu)造技術(shù)性，為加工、測(cè)量、修理及軸上零件裝卸容易，一)軸的加工技術(shù)性要求，一.軸段不同的鍵槽配置在軸的同一母線上，鍵槽加工時(shí)應(yīng)減少卡片安裝次數(shù)，a .正確的構(gòu)造，b .錯(cuò)誤的構(gòu)造，2 3 .接近直徑的軸段的過(guò)渡圓角、鍵槽、過(guò)沖、退刀槽

10、的尺寸盡量統(tǒng)一。 2 )軸上零件的組裝工藝性要求，3 .零件和過(guò)盈配合的軸端必須加工導(dǎo)向錐面。 1 .軸的配合直徑請(qǐng)舍入為標(biāo)準(zhǔn)值。 2 .軸端需要cX45的倒角。 4 .組件段不能太長(zhǎng)。 六、提高軸強(qiáng)度和剛性的措施，1 .減小應(yīng)力集中，合金鋼對(duì)應(yīng)力集中敏感，要注意。 b )在過(guò)盈配合處的應(yīng)力集中，a )在截面尺寸變化處的應(yīng)力集中，c )在小孔處的應(yīng)力集中，減少應(yīng)力集中的措施：2 )不要在軸上開(kāi)設(shè)橫孔、切口或槽，3 )重要的結(jié)構(gòu)是卸載槽b、過(guò)渡肩部、凹狀圓角、圓角半徑還可以減小過(guò)盈配合的部分應(yīng)力。 1 )用圓角轉(zhuǎn)移，4 )避免相鄰軸徑的差過(guò)大，2 .合理地配置軸上的部件，改善軸的力，1 )使彎曲

11、力矩分布合理地為，將軸和輪轂的配合分為兩部分，減小最大彎曲力矩值2 )合理分配扭矩，3 )改善軸上的零件結(jié)構(gòu)，減輕軸的負(fù)荷，卷筒軸同時(shí)受到彎曲力矩和扭矩，卷筒軸只受到彎曲力矩，斜齒輪：4 )通過(guò)力的平衡和局部抵消來(lái)減輕軸的負(fù)荷。 行星齒輪減速機(jī)：多個(gè)行星齒輪均勻分布，3 .改變支點(diǎn)位置，改善軸的強(qiáng)度和剛性。 4 .改善軸的表面質(zhì)量，表面粗糙度和表面強(qiáng)化處理影響軸的疲勞強(qiáng)度。 1 )表面越粗疲勞強(qiáng)度越低，提高表面粗糙度。 2 )表面強(qiáng)化處理的方法有：表面高頻淬火； 表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)處理； 碾壓、噴丸硬化等強(qiáng)化處理。 用碾壓、噴丸硬化等強(qiáng)化處理的話，軸的表面會(huì)產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，軸的疲勞力會(huì)提

12、高。 展示結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤，畫(huà)出正確的結(jié)構(gòu)圖。 沒(méi)有1-鍵連接，齒輪沿周向不固定，錯(cuò)誤原因：2 -軸頭卡合長(zhǎng)度等于齒輪輪轂寬度，齒輪固定不可靠，3-軸端沒(méi)有倒角，軸承難以安裝。 軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)錯(cuò)誤實(shí)例分析，1-軸齒輪兩端無(wú)倒角輪廓線，錯(cuò)誤原因：2-齒輪左右兩端不軸向固定，3-鍵不連接，齒輪不周向固定。 正確，1 .不能安裝螺母，2 .需要螺釘?shù)耐吮懿郏? .肩膀的高度要比軸承內(nèi)圈的高度低。 錯(cuò)誤的原因：正確，1 .輪轂的鍵槽要貫通，鍵連接要部分剖開(kāi)，2 .套筒不能安裝，3 .軸頸部沒(méi)有鍵槽。 2 .鍵連接描繪法錯(cuò)誤，多個(gè)鍵必須在同一母線上。 1 .左側(cè)鍵過(guò)長(zhǎng)正確答案，下圖為二級(jí)斜齒圓筒齒輪減

13、速機(jī)輸出軸的軸系結(jié)構(gòu)圖，齒輪用油潤(rùn)滑，軸承用脂潤(rùn)滑。 分析軸系結(jié)構(gòu)的錯(cuò)誤，對(duì)有錯(cuò)誤的地方標(biāo)注號(hào)碼，說(shuō)明原因，提出修正方法。1 .聯(lián)軸器碰到端蓋，發(fā)生摩擦磨損，必須設(shè)計(jì)定位軸肩部；2 .軸承蓋和軸有間隙，設(shè)有密封件；3 .放入調(diào)整墊圈，將箱體的加工面與非加工面分開(kāi)； 4 .軸承端面離殼體內(nèi)壁必須有一定的距離，30000種軸承“反向”，軸承外圈的窄邊不應(yīng)該固定，外圈的寬邊應(yīng)該固定，5 .齒輪不能裝卸，6 .鍵槽設(shè)置在與聯(lián)軸器的鍵槽相同的位置，鍵頂和鍵槽鑰匙必須局部切斷，7 .軸太長(zhǎng)，8 .不能打開(kāi)鍵槽。 而且，該段的軸太長(zhǎng)，支撐著端蓋，9 .肩太高，軸承拆卸不方便，10 .軸承沒(méi)有軸向定位，套筒可

14、以定位，軸承內(nèi)圈的外側(cè)沒(méi)有固定，11 .鍵太長(zhǎng)，與齒輪的鍵相同在圖中指出構(gòu)造不合理的地方，修改一下吧。 準(zhǔn)確地說(shuō)，W軸的抗斷面系數(shù)(mm3 )，旋轉(zhuǎn)中心軸： r=-1 b=-1b，m變化： b= 1 b，m變化： b=0 b， b允許彎曲應(yīng)力、彎曲強(qiáng)度條件：對(duì)于實(shí)心圓軸，W=d3/32 d3/10二，彎曲強(qiáng)度計(jì)算用于心軸強(qiáng)度計(jì)算，17-4軸的強(qiáng)度和剛性計(jì)算，而扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算用于傳動(dòng)軸、旋轉(zhuǎn)軸的初始計(jì)算扭轉(zhuǎn)合成強(qiáng)度的計(jì)算用于旋轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度的計(jì)算，已知條件：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步完成，確定支點(diǎn)位置，求出支撐反作用力。 dmin (扭轉(zhuǎn)初期評(píng)價(jià))構(gòu)造設(shè)計(jì)支點(diǎn)、力的大小、作用點(diǎn)描繪m、t合成角圖危險(xiǎn)斷面計(jì)算。 根

15、據(jù)第三強(qiáng)度理論，旋轉(zhuǎn)軸的危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力：被稱為計(jì)算彎矩或當(dāng)量力矩，因?yàn)閙、t兩者產(chǎn)生的應(yīng)力循環(huán)特性r和r不同，彎曲力矩引起的彎曲應(yīng)力一般是對(duì)稱循環(huán)變化一般來(lái)說(shuō)r-1，將t轉(zhuǎn)換為對(duì)稱循環(huán)變化，導(dǎo)入應(yīng)力校正系數(shù)時(shí)，軸彎曲、扭轉(zhuǎn)合成強(qiáng)度條件為：軸不變扭矩的情況下，rT=1，軸脈動(dòng)扭矩(有振動(dòng)沖擊或頻繁停車) rT=0，軸對(duì)稱扭矩(頻繁雙向運(yùn)轉(zhuǎn))的情況下，rT=-1 實(shí)際的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不完全均勻，有扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的存在，為了安全計(jì)算，經(jīng)常用脈動(dòng)扭矩計(jì)算。 也可以在彎曲、扭轉(zhuǎn)合成強(qiáng)度條件下計(jì)算軸的直徑，實(shí)心圓軸： mm，1 )軸上鍵槽： d適合，單鍵：3%5%，雙鍵：7%10%的花鍵：計(jì)算出的d是內(nèi)徑。 設(shè)計(jì)時(shí)

16、注意：2)合理選擇危險(xiǎn)斷面。 軸的危險(xiǎn)截面在當(dāng)量力矩大或軸徑小的地方。 3 )管理軸的強(qiáng)度不足的情況下，c-1b能夠通過(guò)增大軸的直徑、改變強(qiáng)度高的材料、改變熱處理方法等措施來(lái)提高軸的強(qiáng)度。 4 )當(dāng)c遠(yuǎn)小于-1b時(shí)，是否減小軸的直徑必須綜合考慮其他因素來(lái)確定。 僅從強(qiáng)度的角度來(lái)看，軸的尺寸可以是小的，但也可被其它條件限制。 例如剛性、振動(dòng)穩(wěn)定性、加工和組件的處理?xiàng)l件、其他與軸相關(guān)的零件和結(jié)構(gòu)約束。 5 )對(duì)于重要的軸，有必要用更正確的安全系數(shù)法來(lái)驗(yàn)證。 計(jì)算步驟：1，畫(huà)軸的空間應(yīng)力概略圖：力為水平面，垂直面，2，水平面力矩Mxy圖和垂直面力矩Mxz圖，4，畫(huà)扭矩t圖，7，強(qiáng)度計(jì)算：6，確定危險(xiǎn)截面，4，軸的安全系數(shù)檢查計(jì)算(精確計(jì)算)，1，軸的疲勞強(qiáng)度檢查，1)MC計(jì)算： 尺寸系數(shù)(、)、表面狀態(tài)、 重要軸：進(jìn)一步軸結(jié)構(gòu)化后，需要精密計(jì)算。 2 )方法：對(duì)軸上的幾個(gè)“危險(xiǎn)斷面”(實(shí)際應(yīng)力大的斷面，如力大、斷面小、應(yīng)力集中大的地方)進(jìn)行安全系數(shù)的檢查。3 )基本式：?jiǎn)渭兪芮簡(jiǎn)渭兪芮簁、k-彎曲、扭轉(zhuǎn)剪切時(shí)的有效應(yīng)力集中系數(shù)； 軸的表面質(zhì)量系數(shù)、-彎曲、扭轉(zhuǎn)剪切時(shí)的絕對(duì)尺寸系數(shù)-1、-1對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力時(shí)的材料的彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞極限、-彎曲、扭轉(zhuǎn)剪切時(shí)的等效系數(shù)。 復(fù)合安全系數(shù)：S允許安全系數(shù)，說(shuō)明： (1)危險(xiǎn)斷