哈工大王黎钦机械设计课件-第11、12次课-第十章-轴、-第六章-轴毂连接-刘星斯维提收集优秀PPT.ppt

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1、机械设计王黎钦教授 2005年10月 零件：轴、轴毂联结零件（键、花键、销）内容：受力，设计中考虑的问题，结构上 如何实现轴系零部件设计Shafts and associated parts机械设计王黎钦教授 2005年10月 复习：机械零件的载荷 Loads on the machine elements载荷过程分类（Load classification）1)静载荷或变更过程特别缓慢（Static load）2)始终不变，如重力（Sustained load）3)周期性动载荷（Cyclic load）4)冲击载荷（Impact load）载荷形式分类(Types):法向力(Normal)、

2、剪切力(shear force)、弯矩(bending moment)和转矩/扭矩(torque)机械设计王黎钦教授 2005年10月 轴向力F：拉（压）应力 Axial load:tensile(compressive)stress横向力V：剪切应力 Transverse load:shear stress弯矩M：拉（压）应力 Bending moment:tensile(compressive)stress扭矩T：扭转剪切应力 Torque:torsional shear stress载荷与应力及其循环特性机械设计王黎钦教授 2005年10月 循环特性r其中：r=1r=0r=-1机械设计王

3、黎钦教授 2005年10月 第十章 轴（Shaft）10.1 10.1 概述概述10.1.1 10.1.1 轴的分类轴的分类转转 轴轴:心心 轴轴:传动轴传动轴:工作时既承受弯矩M又承受转矩T只承受弯矩M，不传递转矩T或转矩很小传递转矩T而不承受弯矩M转动心轴固定心轴功用：支撑传动件、传递动力和运动按载荷分类机械设计王黎钦教授 2005年10月 机械设计王黎钦教授 2005年10月 直轴直轴:曲轴曲轴:软轴软轴:轴线是直线轴线是平行线轴线可大幅度变更按轴线分类实心实心轴轴:空心轴空心轴:常用在航空、导弹、航天领域。为什么？按轴芯分类机械设计王黎钦教授 2005年10月 10.1.2 转轴的受力

4、、应力分析及失效形式以减速器的输出轴为例来探讨转轴的受力、应力及失效形式P1,n1P2,n2在AB之间的任意截面上，只有弯矩M，因此只有弯曲应力在BC之间的任意截面上，既作用有弯矩M，又作用有转矩T，因此，即有弯曲应力 ，又有扭转剪应力而在CD之间的任意截面上，只作用有转矩T，因此只有扭转剪应力ABCD12F1F3F2TT机械设计王黎钦教授 2005年10月 旋转输出轴上某点的应力循环特性：ABCD12F1F3F2TTr=-1r=0r=+1r=-1匀速转动频繁启停正反转动机械设计王黎钦教授 2005年10月 1）交变应力作用下，疲惫断裂；）交变应力作用下，疲惫断裂；2）应力集中产生断裂：如导弹

5、发动机高速轴；）应力集中产生断裂：如导弹发动机高速轴；3）共振断裂：如台架是严峻的柔性轴；）共振断裂：如台架是严峻的柔性轴；4）过载冲击断裂；）过载冲击断裂；5）工作母机主轴刚度失效；）工作母机主轴刚度失效；6）永久变形等。）永久变形等。*轴的失效形式包括机械设计王黎钦教授 2005年10月 10.1.3 轴的设计（Shaft design）轴的设计主要解决两个方面的问题：设计计算：保证危急截面不发生预期的失效 结构设计：保证工艺性、装配性、维护性能等机械设计王黎钦教授 2005年10月 轴的设计流程（Shaft design procedure）1)初定轴径：2)结构设计:画草图,确定轴的各

6、段尺寸,3)得到轴的跨距和力的作用点;3)进行校核计算。转轴设计程序框图轴的设计分三步进行:已知条件选择轴的材料初算轴径结构设计计算弯矩转矩校核计算完善设计修改直径不满足机械设计王黎钦教授 2005年10月 轴的材料主要采用常用的优质碳素钢有30、40、45、和50钢，其中45钢应用最多碳素钢合金钢常用的合金钢有20Cr、40Cr、35SiMn和35CrMo等10.2 轴的材料及热处理 热处理 1）中碳钢：调质或者淬火 2）低碳钢：渗碳后淬火 3）重要的轴：深冷尺寸稳定、或高温回火机械设计王黎钦教授 2005年10月 10.3 轴径的初步估算10.3.1 类比法10.3.2 阅历公式计算高速输

7、入轴的直径d可按与其相联的电动机轴的直径D估算：d(0.81.2)D各级低速轴的直径d可按同级齿轮传动中心距a估算：d(0.30.4)a机械设计王黎钦教授 2005年10月 10.3.3 按扭转强度估算或者：*一般状况下，最小轴径在轴端，当最小直径剖面上 有一个键槽时增大5%，当有两个键槽时增大10%，然 后圆整为标准直径ABCD12F1F3F2TT机械设计王黎钦教授 2005年10月 10.4 轴的结构设计 轴的结构设计的主要要求是：1)轴应便于加工，轴上零件应便于装拆 （制造安装要求）（制造安装要求）2)轴和轴上零件应有正确而牢靠的工作位置 （定位固定要求）3)轴的受力合理，尽量削减应力集

8、中等以减速器的低速轴减速器的低速轴为例加以说明机械设计王黎钦教授 2005年10月 机械设计王黎钦教授 2005年10月 减速器低速轴结构图机械设计王黎钦教授 2005年10月 制造要求：台阶数尽可能少；多个键槽最好同线 必要的退刀槽和越程槽安装要求：台阶；倒角；圆角；清根；拆卸要求：10.4.1 制造安装拆卸要求机械设计王黎钦教授 2005年10月 10.4.2 固定要求1、轴上零件的轴向固定方法(1)轴肩固定错误机械设计王黎钦教授 2005年10月 机械设计王黎钦教授 2005年10月 (2)套筒固定(3)圆螺母固定错误机械设计王黎钦教授 2005年10月 (4)轴端挡圈(5)弹性挡圈不妥

9、机械设计王黎钦教授 2005年10月 (6)紧定螺钉2、轴上零件的周向固定为了传递运动和转矩,或因须要,轴上零件还需有周向固定：键、花键、销、型面等机械设计王黎钦教授 2005年10月 10.4.3 提高轴的强度的措施1、合理布置传动零件的位置，使轴段受载合理机械设计王黎钦教授 2005年10月 2、合理设计轴上零件的结构，减小载荷幅值F1F1F1F1F12F1F1机械设计王黎钦教授 2005年10月 3、减小应力集中，接受轴肩过渡结构过渡肩环内凹圆角P193改错机械设计王黎钦教授 2005年10月 协作轴段上的卸载槽轮毂上的卸载槽4、提高轴的表面质量提高轴的疲惫强度:表面强化碾压、喷丸、表面

10、淬火等机械设计王黎钦教授 2005年10月 10.4.4 轴的结构设计（各段尺寸的确定依次）1箱体内壁位置的确定2轴承座外端面位置的确定3轴承在轴承座孔中位置的确定di由外向内、Li由内向外逐段确定P193改错机械设计王黎钦教授 2005年10月 4、轴的外伸长度的确定当轴端安装弹性套柱销联轴器时K值由联轴器确定当运用凸缘式轴承盖时k值由联接螺栓长度确定当轴承盖与轴端零件都不需拆卸时,一般取K=5mm8mm机械设计王黎钦教授 2005年10月 10.5 轴的强度校核计算10.5.1 轴的计算简图轴的受力和支点的简化机械设计王黎钦教授 2005年10月 10.5.2 按弯扭合成强度计算强度条件式

11、:第三强度理论机械设计王黎钦教授 2005年10月 10.5.3 轴的平安系数校核计算1、轴的疲惫强度平安系数的校核计算危险剖面危险剖面是指发生破坏可能性最大的截面:（1）M、T较大（2）尺寸较小或突变（3）应力集中 当难以确定时，校核所有可能的危险截面校核危险剖面疲劳强度安全系数的公式为机械设计王黎钦教授 2005年10月 弯曲应力的循环特性:扭剪应力的循环特性:改错P198机械设计王黎钦教授 2005年10月 2、静强度的平安系数校核计算静强度平安系数条件:机械设计王黎钦教授 2005年10月 10.6 轴的刚度计算轴的刚度条件为：许用值：P199表10.6改错机械设计王黎钦教授 2005

12、年10月 10.6.1 弯曲变形计算1、等直径轴的挠曲线近似微分方程2、对于直径差较小的阶梯轴，其当量直径3、还可以接受有限差分法、有限元方法、能量法等求挠度机械设计王黎钦教授 2005年10月 10.6.2 扭转变形计算1、等直径轴的扭转角2、对于阶梯轴3、同样可以接受有限差分法、有限元方法、能量法等转角4、假如强度和刚度满足不了要求怎么办？机械设计王黎钦教授 2005年10月 第六章 轴毂联接6.1键联接6.1.1 平键联接 两侧面工作，键顶面与轮毂键槽底面间有间隙；传递转矩的传力过程目的：轴和轴上零件的周向固定,有时实现轴向固定形式：键、花键、胀紧、型面等连接机械设计王黎钦教授 2005

13、年10月 常用的平键有一般平键和导向平键1、一般平键，用于静连接A型：双圆头；B型：方头；C型：一头方一头圆机械设计王黎钦教授 2005年10月 平键联接的受力分析主要失效形式：主要失效形式：强度条件为：，MPa*一般平键的宽度b及高度h按轴径d从标准中查得,长度L按轮毂长度从标准中查得,但应比轮毂长度略短些。键、轴槽、和毂槽三者中强度最弱的工作面被压溃假如强度不够怎么办？机械设计王黎钦教授 2005年10月 2、导向平键联接，用于轴向移动联接导向平键联接主要失效形式是工作面的磨损强度条件为:，MPa机械设计王黎钦教授 2005年10月 6.1.2 半圆键联接侧面工作，键的顶面与毂槽底面间有间

14、隙自位对中性好，对强度减弱大，用于轻载、轴端、锥端机械设计王黎钦教授 2005年10月 6.1.3 楔键联接楔键的上下面工作，分别与毂和轴上的键槽的底面贴合；依靠上下面的摩擦力传递转矩；可传递小的轴向载荷；但破坏对中，用于平稳载荷、低速连接机械设计王黎钦教授 2005年10月 机械设计王黎钦教授 2005年10月 6.2 花键联接花键联接由具有多个沿周向均布的凸齿的外花键和有对应凹槽的内花键组成。齿的侧面是工作面。按其齿型分为矩形花键和渐开线花键两种；可以用于较大转矩的静连接，也可以用于动连接。6.2.1 矩形花键联接定心方式：小径定心机械设计王黎钦教授 2005年10月 6.2.2 渐开线花键定心方式：齿形定心加工方法：按齿轮加工30度花键，模数大，承载实力大45度花键，齿数多，承载实力小，薄壁零件