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1、主要知识点,8-1 概述,8-2 轴的材料,8-3 轴的结构设计,8-4 轴的强度计算,8-5 轴的刚度计算,8-6 轴的共振和临界转速,按外形分,按载荷分,直轴,曲轴,转轴,软轴,传动轴,心轴,光轴,阶梯轴,空心轴,固定心轴,转动心轴,一、轴的用途与分类,8-1 概述,8-1 概述 一、轴的用途与分类,支承回转零件，传递运动和动力。,轴的分类,8-1 概述 一、轴的用途与分类,8-1 概述 一、轴的用途与分类,空心轴,8-1 概述 一、轴的用途与分类,8-1 概述 一、轴的用途与分类,8-1 概述 一、轴的用途与分类,8-1 概述 一、轴的用途与分类,8-1 概述 一、轴的用途与分类,8-1
2、 概述 一、轴的用途与分类,8-1 概述 一、轴的用途与分类,二、轴的失效形式及设计准则,疲劳断裂,过大变形,(高速)共振,主要失效形式,设计准则,疲劳强度校核、静强度校核,刚度计算,振动稳定性计算,8-1 概述 二、轴的失效形式及设计准则,1.轴的材料选择,2.轴径的初步计算,3.轴的结构设计,4.轴的强度校核,5.轴的刚度、振动稳定性计算,轴的设计步骤,8-1 概述 三、轴的设计步骤,对轴材料的要求:,(1)具有足够的强度、足够的塑性、冲击 韧性、抗磨损性和抗腐蚀性；(2)对应力集中的敏感性小；(3)具有良好的工艺性；(4)能通过各种热处理方式提高轴的疲劳强度。,8-2 轴的材料 一、轴的
3、材料要求,8-2 轴的材料,轴材料的选择,主要采用碳素钢和合金钢。碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较小，应用广泛。 形状复杂的轴可采用球墨铸铁。 参考教材表8-1。,8-2 轴的材料 二、轴的材料选择,8-3 轴的结构设计 一、轴的结构设计原则,8-3 轴的结构设计,一、轴的结构设计原则,原则:1 轴上零件易于安装、调整、拆卸2 轴的受力合理、应力集中小3 轴上零件定位准确4 轴便于加工,加工工艺性好,二、制造安装要求,1 轴的形状,阶梯轴,光 轴,等强度,易加工,8-3 轴的结构设计 二、制造安装要求,8-3 轴的结构设计 一、轴的结构设计原则,阶梯轴的结构,光轴的结构,8-3 轴的结构
4、设计 二、制造安装要求,2 轴的装配工艺性,8-3 轴的结构设计 二、制造安装要求,三、改善轴的受力情况,1 轴上零件的布置,8-3 轴的结构设计 三、改善轴的受力情况,8-3 轴的结构设计 三、改善轴的受力情况,2 减轻轴的应力集中,8-3 轴的结构设计 三、改善轴的受力情况,1）相邻轴段直径相差不宜过大,2）轴肩过渡圆角应大,8-3 轴的结构设计 三、改善轴的受力情况,8-3 轴的结构设计 三、改善轴的受力情况,3）在轴上或轮毂上开减载槽,8-3 轴的结构设计 三、改善轴的受力情况,4）肩环,5）凹切圆角,8-3 轴的结构设计 三、改善轴的受力情况,6）柔性轮毂,8-3 轴的结构设计 三、
5、改善轴的受力情况,7）盘铣刀开键槽,9）避免在轴上打印,8-3 轴的结构设计 三、改善轴的受力情况,8)轴上尽量避免开横孔，若不可避免应将孔端倒角，提高表面粗糙度等级。,四、轴上零件的定位和固定,1 轴上零件的周向定位与固定,1）键联接,8-3 轴的结构设计 四、轴上零件的定位和固定,2）花键联接,3）成型联接,8-3 轴的结构设计 四、轴上零件的定位和固定,4）弹性环联接,5）销联接,8-3 轴的结构设计 四、轴上零件的定位和固定,6）过盈联接,2 轴上零件的轴向定位与固定,1）轴肩,8-3 轴的结构设计 四、轴上零件的定位和固定,1）轴肩,2）轴环,8-3 轴的结构设计 四、轴上零件的定位
6、和固定,3）锁紧挡圈,4）弹性挡圈,5)轴端挡圈,8-3 轴的结构设计 四、轴上零件的定位和固定,5)轴端挡圈,6)圆螺母和止动垫圈,7）轴套定位,8-3 轴的结构设计 四、轴上零件的定位和固定,8）圆锥形轴头定位,8-3 轴的结构设计 四、轴上零件的定位和固定,9）螺钉锁紧挡圈,五、轴的加工工艺性,8-3 轴的结构设计 五、轴的加工工艺性,8-3 轴的结构设计 五、轴的加工工艺性,两个键槽位于同一直线上，且键槽尺寸尽可能一致。,已知：作用在轴上的转矩T,适用： 1. 传动轴的设计； 2. 弯矩较小的转轴； 3. 粗(初)估轴的直径； 4. 不重要轴的设计,8-4 轴的强度计算,一、按扭转强度
7、条件,轴的强度计算通常是在初步完成轴的结构设计后进行校核计算。,8-4 轴的强度计算 一、按扭转强度条件,T轴的扭转应力，N/mm，T轴传递的扭矩，N.mmWT轴的抗扭截面模量，mm3；P轴传递的功率，kW；n轴的转速，r/min；T许用扭转应力，N/mm；,8-4 轴的强度计算 一、按扭转强度条件,轴的最小直径设计公式：,A0由轴材料及承载情况确定的系数，A0=110160, 材质好、弯矩较小、无冲击和过载时取小值；反之取大值。空心轴内外径的比值，常取0.50.6。当轴上有键槽时，应适当增大轴径：单键增大3%-5%，双键增大7%-10%。,8-4 轴的强度计算 一、按扭转强度条件,实心圆轴,
8、空心圆轴,已知：各段轴径，轴所受各力、轴承跨距,计算：轴的强度,步骤：可先画出轴的弯矩扭矩合成图，然后计算危险截面的最大弯曲应力。,二、按弯扭合成强度计算,主要用于计算一般重要，受弯扭复合的轴。计算精度中等。,8-4 轴的强度计算 二、按弯扭合成强度条件,第三强度理论,8-4 轴的强度计算 二、按弯扭合成强度条件,弯曲应力 对称循环,弯曲应力与扭转切应力的循环特征不同所以引入的应力校正系数,-1对称循环应力下轴的许用应力,0脉动循环应力下轴的许用应力,+1静应力下轴的许用应力,轴的许用弯曲应力，表8-3,8-4 轴的强度计算 二、按弯扭合成强度条件,计算弯矩,或校核轴径,8-4 轴的强度计算
9、二、按弯扭合成强度条件,已知：轴的结构和尺寸、轴所受各力、 轴承跨距、过渡圆角、表面粗糙 度、轴毂配合,计算：轴的强度,用于重要的轴，计算精度高且复杂,三、按疲劳强度计算安全系数,8-4 轴的强度计算 三、按疲劳强度计算安全系数,轴的疲劳强度许用安全系数,S1.3-1.5,用于材料均匀；S=1.5-1.8,用于材料不够均匀；S=1.8-2.5,用于材料均匀性及 计算精确度很低,或轴径 d200mm。,8-4 轴的强度计算 三、按疲劳强度计算安全系数,S0=1.21.4，用于高塑性材料；S0=1.41.8，用于中等塑性材料S0=1.82，用于低塑性材料的轴S0=23，用于铸造轴.,四、按静强度条件计算安全系数,8-4 轴的强度计算 四、按静度计算安全系数,对瞬时过载较大的轴，按尖峰载荷进行静强度校核。,8-5 轴的刚度计算,8-5 轴的刚度计算 0,8-6 轴的共振和临界转速,刚性轴 nnc1，n(0.750.8) nc1,挠性轴 nnc1，1.4 nc1 n0.7 nc2,一阶临界转速,二阶临界转速,8-6 轴的共振及临界转速 0,强迫振动的频率与轴的自振频率相同或接近时，轴的振幅急剧增大的现象称为轴的共振。产生共振时，轴的转速称为临界转速。,
