第八章　轴的设计.pptx

机 械 设 计 教 程第3版机械工业出版社第八章　轴的设计第一节　概述 第二节　轴的强度计算第三节　轴的刚度计算简介第四节　轴的振动稳定性计算简介 第一节　概述 　轴是机器中重要的机械零件之一。例如机床主轴、自行车轮轴、录音机磁带轴、计算机磁盘中心轴等,都是其中非常关键的零件。轴属于非标准件,其设计内容包括材料选择、结构设计、工作能力计算等。轴设计的一般步骤是:根据工作要求选择轴的材料和热处理方法;然后根据传动系统简图计算出轴的转矩,进行最小直径估算;再根据轴上零件的安装和受力等情况进行轴的初步结构设计;最后对轴的工作能力进行校核计算,若不满足要求,则需重新进行结构设计和工作能力计算。因此,轴的设计过程是结构设计和工作能力计算交替进行、逐步完善的。本章主要介绍轴的工作能力设计问题。第一节　概述 一、 轴的功用和分类轴的结构一般是横截面为圆形的回转体。轴上零件也大多是回转件。轴的主要作用是支撑机器中的其他回转零件,如齿轮、飞轮等,并在传动零件之间传递运动和动力。轴的分类方法有许多种,概括起来,可以按两种方法分类,即按轴所受载荷类型分类和按轴的结构类型分类。轴按所受载荷类型分为心轴、传动轴和转轴(表8-1)。第一节　概述 一、 轴的功用和分类第一节　概述 一、 轴的功用和分类轴按结构类型分为直轴和曲轴(图8-1)、光轴和阶梯轴、实心轴和空心轴(图8-2)。图8-3所示为钢丝软轴。图8-1　内燃机曲轴图8-2　车床主轴第一节　概述 一、 轴的功用和分类图8-3　钢丝软轴第一节　概述 二、 轴的材料轴的材料主要采用碳钢和合金钢。钢轴的毛坯大多用轧制圆钢和锻件,也有的直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价格低廉,对应力集中的敏感性较小,所以应用较为广泛。合金钢常用于载荷大、要求结构紧凑、耐磨或工作条件较为恶劣的场合。钢材的种类和热处理对其弹性模量的影响很小,因此选用高性能钢材来提高轴的刚性并无实效。对于形状复杂的轴,轴的材料也可以采用铸造性能好的高强度铸铁和球墨铸铁。表8-2列出了轴的常用材料及其主要力学性能,其他材料可以参阅文献[25]。第一节　概述 二、 轴的材料第一节　概述 三、 轴的工作能力计算轴的工作能力计算主要包括轴的强度、刚度和振动稳定性计算。一般的轴只要满足强度条件即可正常工作。此时,为避免轴的断裂或塑性变形,只需对轴的强度进行计算。而有的轴,如车床主轴和受力大的细长轴,为避免轴产生过大的弹性变形而造成失效,需要对轴的刚度进行计算。对于高速旋转的轴,为避免产生共振而造成失效,需要对轴的振动稳定性进行计算。第二节　轴的强度计算轴的强度计算方法主要分为两大类:①按疲劳强度计算,包括按扭转强度条件计算、按弯扭合成强度条件计算和按疲劳强度条件进行精确校核三种方法。②按静强度计算。按扭转强度条件计算的方法主要用于以下几种情况:①传动轴的计算。②初步估算转轴受扭段的最小直径,以便进行轴的结构设计。③不重要的轴。若存在不大的弯矩时,则通过降低许用切应力来考虑弯矩的影响。按弯扭合成强度条件计算的方法主要用于一般转轴和心轴的计算。按疲劳强度条件计算的方法比较复杂,主要用于重要转轴的精确计算。按静强度条件计算的方法主要用于瞬时过载很大的轴的计算。这四种方法可以单独使用,也可以联合使用,视具体情况而定。第二节　轴的强度计算一、 按扭转强度条件计算根据材料力学知识,轴的扭转强度条件为τT==≤[τT](8-1)式中,τT为扭转切应力(MPa);T为轴所受的扭矩(N·mm);WT为轴的抗扭截面系数(mm3),查表8-3;n为轴的转速(r/min);P为轴所传递的功率(kW);d为计算截面处轴的直径(mm);[τT]为许用抗扭切应力(MPa),见表8-4。?第二节　轴的强度计算一、 按扭转强度条件计算第二节　轴的强度计算一、 按扭转强度条件计算第二节　轴的强度计算一、 按扭转强度条件计算由式(8-1)可得轴的直径d≥==A0(8-2)式中,A0=,见表8-4。对于直径d100mm的轴,当轴的同一截面上开有一个键槽时,轴径应加大3%;有两个键槽时,轴径加大7%。对于d≤100mm的轴,当轴的同一截面上开有一个键槽时,轴径应加大5%;有两个键槽时,轴径应加大10%~15%。通常把式(8-1) 称为校核公式,把式(8-2) 称为设计公式。?第二节　轴的强度计算二、按弯扭合成强度条件计算当轴的结构设计初步完成后,轴的主要结构尺寸、轴上零件的位置以及载荷作用位置已经确定。这时即可用弯扭合成强度条件计算轴的强度,以图8-4a所示轴为例,一般计算步骤如下:(1)作轴的计算简图(即力学模型,图8-4b)　通常把轴当作置于铰链支座上的梁。将轴上的作用力分解并作出水平面受力图(图8-4c)和垂直面受力图(图8-4e)。求出水平面和垂直面内支承点的支反力。(2)作弯矩图　根据受