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第 16 章 轴

第 16 章 轴. 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

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第 16 章 轴

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Presentation Transcript

  1. 第16章 轴

  2. 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

  3. 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

  4. B L (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 h > C或R (2)套筒 不宜用于较高转速的轴 不能有“过定位” L < B

  5. (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 圆螺母 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

  6. (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

  7. 周向固定：键、花键、销、过盈联结等，见P312图16.5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

  8. 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16.2

  9. 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； • 16.3.2 按许用弯曲应力计算内 （4）作出扭矩 T图. ：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。

  10. 轴结构 水平面 受力简图 水平弯矩图 垂直面 受力简图 垂直弯矩图 合成弯矩图 转矩图 当量弯矩图

  11. 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)

  12. 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。 d M、T • 例题16.2 16.3 • 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。 其中： li 、di——轴上第i段的长度和直径；mm

  13. 16.4.2 轴的扭转刚度 • 轴在扭矩作用时

  14. 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 输入 T1 +T2 输入 T1 +T2 T1 T1 T2 T2 T1 T1 +T2 T1 T2 扭矩图 扭矩图

  15. 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 凹切圆角 过渡肩环 减小过盈处应力集中—开减载槽

  16. 改善表面质量，提高疲劳强度 • 降低粗糙度、采用表面强化等

  17. 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＇。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＇。 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。

  18. End

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