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軸-機械設(shè)計第八版(高等教育出版社)演示課件

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軸-機械設(shè)計第八版(高等教育出版社)演示課件

§11-1 概 述,§11-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計,§11-3 軸的強度計算,第十一章 軸,§11-4 軸的剛度計算,§11-5 軸的振動與臨界轉(zhuǎn)速,主講:胡昌軍,§11-1概述1,一、軸的用途及分類,§11-1 概 述,軸的功用:1)支承回轉(zhuǎn)件; 2)傳遞運動和動力。,按所受載荷的不同,分為:,按軸線形狀的不同,軸可分:,圖例,可以隨意彎曲,把回轉(zhuǎn)運動靈活地傳到任意空間位置。,有特殊要求時,如航空發(fā)動機的主軸。,示例,示例,概述3,二、軸設(shè)計的主要內(nèi)容,軸的設(shè)計過程:,根據(jù)軸上零件的安裝、固定及軸的制造工藝等方面的要求,合理地確定軸的結(jié)構(gòu)和尺寸。,校核軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等。,軸的概述,合金鋼比碳鋼有更高的強度和更好的淬火性能。一般情況下用碳鋼,重要的軸用合金鋼。,概述2,軸的概述,三、軸的材料,毛坯多用圓鋼或鍛件。,軸的常用材料及其主要力學(xué)特性表,合金鋼代替碳鋼并不能提高軸的剛度。,用于外形復(fù)雜的軸。價廉、吸振性和耐磨性好,對應(yīng)力集中的敏感性較低,但是質(zhì)較脆。,(見表111),§11-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計:即確定軸的合理形狀和全部結(jié)構(gòu)尺寸。,§11-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該保證:, 便于軸上零件的裝拆和調(diào)整;, 軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。,一、軸的各部名稱及其功能,軸上安裝輪轂的軸段。,軸上安裝軸承的軸段。,軸上零件的裝配過程示例,用于確定軸上零件位置的軸肩。,為便于安裝零件而設(shè)計的軸肩。,二、擬定軸上零件的裝配方案,軸上零件的裝配方案不同,則軸的結(jié)構(gòu)形狀也不相同。,軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置;,軸的結(jié)構(gòu)示例,三、軸的結(jié)構(gòu)工藝性,在滿足使用要求的前提下,軸的結(jié)構(gòu)越簡單越好。,軸上應(yīng)設(shè)計加工和裝配所需要的倒角、螺紋退刀槽和砂輪越程槽等。,不同軸段的鍵槽應(yīng)設(shè)計在同一母線上。,詳細(xì)說明,四、軸上零件的定位和固定,定位是指安裝時保證軸上零件有準(zhǔn)確的軸向位置。,定位方法:軸肩和套筒,示例,定位軸肩的高度 h、軸肩圓角半徑 r 和輪轂孔圓角半徑 R 之間應(yīng)滿足:,r R (或倒角C)h,見圖1110,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計2,1)估算的軸徑作為軸上最細(xì)處的直徑。,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計3,軸上零件的固定,軸向固 定方法:,詳細(xì)介紹,五、各軸段直徑和長度的確定,1. 直徑的確定原則,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計,(見圖1111),軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計,六、提高軸強度的常用措施,詳細(xì)說明,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計4,1) 軸頭的長度應(yīng)比輪轂的寬度小23mm ,以保證固定可靠。,2) 軸頸的長度一般等于軸承的寬度。,2. 長度的確定原則,5)為便于零件的裝拆而設(shè)計的非定位軸肩高度(半徑差)h 12mm。,2)與標(biāo)準(zhǔn)件配合的軸徑應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸設(shè)計。,4) 滾動軸承的定位軸肩,應(yīng)小于軸承內(nèi)圈的厚度。,3) 定位軸肩的高度(半徑差) h(0.07 0.1)d12mm 。,(見圖1113),(見圖1114),(見圖1115),1)改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中,2)改善軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強度,3)改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)以減小軸的載荷,4)合理布置軸上零件以減小軸的載荷,§11-3軸的強度計算1,§11-3 軸的強度計算,結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)束之后,對軸進(jìn)行適當(dāng)簡化,并進(jìn)行受力分析,計算出軸所受的載荷,即可對軸進(jìn)行校核計算。,一、軸的力學(xué)計算簡圖,2)確定軸上支反力的位置。,4)確定作用在軸上的轉(zhuǎn)矩位置。,(見圖1116),軸的強度計算2,§11-3 軸的強度計算,1轉(zhuǎn)矩法,這種方法用于只受轉(zhuǎn)矩或主要受轉(zhuǎn)矩作用軸的強度計算。通常按這種方法估算轉(zhuǎn)軸的直徑。,實心軸的直徑為:,扭轉(zhuǎn)強度條件為:,考慮到鍵槽的影響,應(yīng)適當(dāng)加大軸徑:,式中:C計算常數(shù),見表113。,許用扭應(yīng)力,見表113。,二、軸的強度計算,軸的強度計算3,軸強度的計算,2當(dāng)量彎矩法,這種方法適用于轉(zhuǎn)軸的計算。計算步驟如下:,1) 軸的彎矩與扭矩分析,軸的強度計算4,用應(yīng)力校正系數(shù) a 考慮扭切應(yīng)力與彎曲應(yīng)力循環(huán)特性不同的影響。,2) 校核軸的強度,式中:-1w對稱循環(huán)應(yīng)力下軸的許用彎曲應(yīng)力(可查表111選?。?;,詳細(xì)內(nèi)容,根據(jù)彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖(或當(dāng)量彎矩圖)確定可能的危險截面??砂吹谌龔姸壤碚撚嬎阄kU截面的彎扭合成強度。,強度條件:,當(dāng)量應(yīng)力:,W軸的抗彎截面系數(shù)(mm3)。,( 的值見 P251),軸強度的計算,(WT= d 316; W d 332),軸的強度計算5,3安全系數(shù)法,根據(jù)軸上危險截面的循環(huán)應(yīng)力,計算疲勞強度安全系數(shù):,詳細(xì)內(nèi)容,1)軸的疲勞強度校核,安全條件:,式中各參數(shù)的選取見P252。,軸強度的計算,當(dāng)量彎矩:,軸的強度計算6,2)軸的靜強度校核,對于瞬時過載很大的軸,應(yīng)進(jìn)行靜強度校核。,詳細(xì)內(nèi)容,強度條件為:,峰值載荷產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力,峰值載荷產(chǎn)生的扭切應(yīng)力,許用安全系數(shù)Ss的選取見表114。,軸強度的計算,§11-4軸的剛度計算1,§11-4 軸的剛度計算,一、扭轉(zhuǎn)剛度計算,扭轉(zhuǎn)剛度條件:,更多內(nèi)容,扭角,式中: 為軸的許用扭角,見表116。,詳細(xì)說明,光軸,階梯軸,對剛度有要求的軸,需進(jìn)行剛度計算。例如:電動機的轉(zhuǎn)子軸、內(nèi)燃機的凸輪軸等。,軸的剛度計算2,二、彎曲剛度校核計算,y和 分別為軸的許用撓度及許用偏轉(zhuǎn)角,見表116 。,對于階梯軸,可用當(dāng)量軸徑法轉(zhuǎn)化為當(dāng)量光軸計算其撓度和偏轉(zhuǎn)角。,詳細(xì)說明,對于光軸,可直接用材料力學(xué)中的公式計算其撓度或偏轉(zhuǎn)角。,當(dāng)量軸徑:,式中:di、li第 i 個軸段的軸徑和長度。,軸的剛度計算,§11-5 軸的振動及臨界轉(zhuǎn)速,§11-5 軸的振動及臨界轉(zhuǎn)速,一般通用機械中的軸很少發(fā)生共振。高速軸易共振,多為彎曲共振。,一、單圓盤軸的一階臨界轉(zhuǎn)速 nc1,詳細(xì)推導(dǎo),(rad/s);,(r/min), 軸是一彈性體,旋轉(zhuǎn)時,會產(chǎn)生彎曲振動、扭轉(zhuǎn)振動及縱向振動。, 當(dāng)軸的振動頻率與軸的自振頻率相同時,就會發(fā)生共振。, 共振時軸的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。, 臨界轉(zhuǎn)速有多個,其中一階臨界轉(zhuǎn)速(其轉(zhuǎn)速最低)下的共振最激烈。,軸的振動及臨界轉(zhuǎn)速,二、多圓盤軸的一階臨界轉(zhuǎn)速 見教材P264。,滿足上述條件的軸就稱具有了彎曲振動的穩(wěn)定性。,要求: n < 0.75nc1,要求:1.4 nc1< n < 0.7nc2,軸的振動及臨界轉(zhuǎn)速2,軸的設(shè)計實例,軸的結(jié)構(gòu)分析,裝配過程演示,軸的設(shè)計實例,一、軸的結(jié)構(gòu)分析,軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足:軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置;軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整,軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。下面通過一具體軸系結(jié)構(gòu)的改錯加以說明。,二、裝配順序演示,軸上裝有多種零件時,各零件有其正確的裝配順序,下面通過一具體實例來說明裝配順序。,三、軸的設(shè)計實例,軸的設(shè)計包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力計算兩方面的內(nèi)容,下面通過設(shè)計一個圓錐圓柱齒輪減速器的輸出軸來說明一具體軸的設(shè)計內(nèi)容。,軸的設(shè)計實例,軸系結(jié)構(gòu)的改錯,返回,心 軸,傳動軸,轉(zhuǎn) 軸,起重機,軸的類型插圖1,返回,直 軸,曲 軸,鋼絲軟軸,軸的類型插圖2,返回,軸的結(jié)構(gòu)示例,軸的結(jié)構(gòu)示例插圖,圖1110 定位軸肩的尺寸,返回,圖1113 減小應(yīng)力集的措施,卸載槽,過渡肩環(huán),凹切圓角,圖1110和圖1113,圖1114 零件的結(jié)構(gòu)對軸受載的影響,返回,圖1115 零件的布置對軸受載的影響,圖1114和圖1115,圖1116 軸承支點的位置,返回,圖1116,本章插圖1,本章插圖2,本章插圖3,

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