机械设计基础--第九章--轴系(内有轴系改错题)!!!

11hRrrChb2~3mm(a)(b)(c)滚动轴承①②③④⑤IIIIIIIIIIII平键1齿轮套筒轴承端盖半联轴器平键2轴端挡圈223344A向A固定心轴转动心轴55第九章轴66计划学时：4学时主要内容：轴的分类；转轴的受力、应力与失效分析；轴的材料；轴径的初算；轴的结构设计；轴的强度计算和刚度计算学习目标：1）了解轴的功用与分类，掌握各类轴的受力与应力分析。2）掌握轴的结构设计基本要求和方法。3）掌握轴的强度计算方法和刚度计算原理。779.1概述一、轴的用途与分类1、用途(1)支承回转零件；(2)传递运动和动力2、分类按承载情况分转轴——同时受扭矩T和弯矩M心轴——只受弯矩不传递扭矩(T=0)传动轴——主要受扭矩88转轴——同时受扭矩和弯矩99心轴——只受弯矩不传递扭矩（T=0）1010自行车前轴属于哪种？1111传动轴——主要受扭矩12120轴：轴Ⅰ轴：轴Ⅱ轴：轴Ⅲ轴：轴Ⅳ轴：轴Ⅴ轴：轴传动轴转轴心轴转轴转轴心轴1313按轴线形状分直轴阶梯轴光轴曲轴1414空心轴和钢丝软轴1515二、轴的材料及其选择碳素钢——35,45,50钢(正火或调质),常用45#。如：20Cr（轴颈耐磨性↑）；对应力集中较敏感。注意：钢材弹性模量E基本相同。①采用合金钢并不能提高轴的刚度。②轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度。三、轴设计的主要内容结构设计：按轴上零件安装定位要求确定轴的形状和尺寸。工作能力计算：强度、刚度、振动稳定性计算。合金钢——力学性能高，贵，多用于有特殊要求的轴。1616知识回顾1、蜗轮蜗杆轮齿所受各力的大小；2、圆柱蜗杆传动的强度计算：蜗轮齿面接触疲劳强度和轮齿弯曲疲劳强度计算，蜗杆刚度计算3、闭式蜗杆传动的热平衡计算和冷却措施4、轴的用途与分类，轴的材料及其选择原则；5、轴设计的主要内容：结构设计和强度校核。问题：1、蜗杆与蜗轮所受各力的关系如何？2、闭式蜗杆传动中，如果温度很高，超过80度，应采取哪些措施？3、如何判断转轴、心轴和传动轴？17179.2轴的结构设计设计要求：①轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置。②轴上零件装拆、调整方便。③轴应具有良好的制造工艺性等。一、拟定轴上零件的装配方案原则：1、轴的结构越简单越合理。2、装配越简单、方便越合理。④尽量避免应力集中。1818轴身19191、零件的轴向定位(1)轴肩和轴环：最常用，能承受较大轴向载荷。二、轴上零件的定位定位轴肩过渡轴肩2020要求轴肩高度滚动轴承内圈高度要求r〈C〈a和r〈R〈a(2)套筒：轴上相邻零件定位，套筒不宜过长。(3)轴用圆螺母：可承受较大轴向力，但有应力集中(细牙)。2222(4)轴端挡圈：仅适用于轴端零件固定，可承受较大轴向力，应用广。2323当用轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈进行零件的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，要求L轴L毂。①②③④IIIIIIIIIIII12①②③④IIIIIIIIIIII122424(5)轴承端盖：用螺钉等与箱体联接而使轴承外圈得到轴向定位。(6)弹性挡圈轴承端盖与机座间加垫片以调整轴的位置。①②③④IIIIIIIIIIII12结构简单定位方便，但有应力集中。2525(7)锁紧挡圈、紧定螺钉或销承载能力低，可同时兼做周向定位。(8)圆锥面（+挡圈、螺母）适于承受冲击和同心度要求较高的轴端零件，可兼做周向定位。26262、零件的周向定位(1)键：常用(2)花键：承载大、定位精度高，适于动联接。周向定位是为了保证轴上零件与轴不发生相对转动并能传递一定的力矩。2727(3)紧定螺钉、销(4)过盈配合（5）型面连接2828三、各轴段的直径和长度的确定1）各轴段直径确定a)按扭矩估算轴段直径dmin，相关公式。b)按轴上零件安装及定位要求确定各段轴径，经验值。②同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。注意：①与标准零件相配合轴径应取标准值。2）各轴段长度a)各轴段长度与其上相配合零件宽度相对应。b)转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。2929四、轴的结构工艺性1）轴肩圆角r——避免应力集中，查标准。2）轴端倒角——便于安装，去毛刺。3）装配轴段不宜过长30304）砂轮越程槽5）螺纹退刀槽31316）同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同尺寸①②③④IIIIIIIIIIII123232轴系结构改错四处错误正确答案三处错误正确答案3333两处错误正确答案34349.3轴的强度计算一、按扭转强度条件计算（按许用切应力计算）①只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算②结构设计前按扭矩初估轴的直径dmin强度条件：][2.01055.936TTTdnPWT设计公式：3036][1055.95nPAnPdTA0——轴的材料系数,表15.33535一个键槽：3~5%二个键槽：7~10%轴上有键槽放大轴径：对于空心轴：340)1(nPAd6.0~5.01ddd1—空心轴的内径取标准值d—空心轴的外径36二、按弯扭合成强度条件计算（按许用弯曲应力计算）强度计算对于钢材料，用第三强度理论：通常M→σ，T→τ，——引入折合系数α对于直径为d的圆轴:——当量弯矩224ca22)(4caWTWTWMT2,][)(122WTMWMcaca22)(TMMca22VHMMM两者在轴上的循环特性不同∴3737对于转轴：已知支点，扭矩、弯矩可求；以斜齿轮轴为例1）作轴的空间受力简图L1ATR'v1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrR'v1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMcaMca1Mca2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)38382）求水平面支反力RH1、RH2，作水平面弯矩图——MHL1ATR'v1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrR'v1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMcaMca1Mca2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)3939L1ATR'v1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrR'v1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMcaMca1Mca2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)3）求垂直平面支反力RV1、RV2，作垂直面弯矩图——MVL1ATR'v1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrR'v1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMcaMca1Mca2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)40404）作合成弯矩图——22VHMMM5）作扭矩图，并折算为弯矩L1ATR'v1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrR'v1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMcaMca1Mca2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)L1ATR'v1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrR'v1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMcaMca1Mca2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)——将扭矩折算为等效弯矩的折算系数。4242L1ATR'v1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrR'v1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMcaMca1Mca2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)L1ATR'v1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrR'v1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMcaMca1Mca2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)6）作当量弯矩图——Mca22)(TMMca4343有关折算系数α——∵弯矩引起的弯曲应力通常为对称循环的变应力，而扭矩所产生的扭转剪应力往往为非对称循环变应力。∴α与扭矩变化情况有关τ为静应力时：α≈0.3τ为脉动循环应力时：α≈0.6τ为对称循环应力时：α=144447）校核危险截面轴的强度L1ATR'v1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrR'v1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMcaMca1Mca2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)L1ATR'v1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrR'v1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMcaMca1Mca2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)bcacacacadMdMWM][1.0321133454531][1.0bcaMd设计公式：如计算所得d大于轴的结构设计d结构，则应重新设计轴的结构！对于心轴：T=0，Mca=M转动心轴，许用应力用b][1固定心轴，许用应力用b][04646三、轴的安全系数校核计算1）疲劳强度校核SSSSSSca22bcacacacadMdMWM][1.0321133要考虑载荷性质、应力集中、尺寸因素和表面质量及强化等因素的影响。根据结构设计选择Mca较大，并在应力集中的几个危险截面，计算疲劳强度安全系数Sca。2、静强度校核——校核轴对塑性变形的抵抗能力（略）)(1maKS)(1maKS简化公式，参看教材47479.4轴的刚度及振动稳定性一、轴的刚度计算（参考教材P321-322)1、弯曲刚度挠曲线方程：EIxMdxyd)(22挠度：][yy偏转角：][cmrey48482、扭转刚度一般传动轴:m/1~5.0][精密传动轴：m/5.0~25.0][TT4949二、轴的振动稳定性及临界转速（主要自学）弯曲振动——较常见扭转振动临界转速——轴引起共振时的转速。cn纵向振动周期性的离心干扰力轴传递功率有周期性变化周期性的轴向干扰力在临界转速附近，轴将产生显著变形。同型振动有多个临界转速，其中最低的为一阶临界转速，其余为二阶临界转速……50cmrey弯曲临界转速的计算mkCk=mg/y00/ygC011946260yncc刚性轴：185.0cnn挠性轴：2185.015.1ccnnnecmmgy0—轴在圆盘处的静挠度nc1、nc2——分别为一阶和二阶临界转速∴高速轴应使其工作转速避开相应的高阶临界转速。5151知识回顾1、各轴段的直径和长度的确定；2、轴的结构工艺性，轴系结构改错；3、轴的强度计算；4、轴的刚度及振动稳定性。问题：1、右图和下图轴系有哪些结构性错误？5252①②③④IIIIIIIIIIII122、分析下图轴系装配方案：定位、结构工艺性、轴段直径和长度的确定53汽车传动轴的设计一、传动轴总成的组成传动轴、花键轴及万向节二、传动轴结构参数及计算长度、夹角、断面尺寸等传动轴的长度和夹角及它们的变化范围由汽车总布置设计决定。设计时应保证在传动轴长度处在最大值时，花键套与轴有足够的配合长度；而在长度处在最小时不顶死。传动轴夹角的大小直接影响到万向节十字轴和滚针轴承的寿命、万向传动的效率和十字轴旋转的不均匀性。54在长度一定时，传动轴断面尺寸的选择应保证传动轴有足够的强度和足够高的临界转速。55nk为传动轴的临界转速(r／min)；LC为传动轴长度(mm)，即两万向节中心之间的距离；dc和Dc分别为传动轴轴管的内、外径(mm)。所谓临界转速，就是当传动轴的工作转速接近于其弯曲固有振动频率时，即出现共振现象，以致振幅急剧增加而引起传动轴折断时的转速。2229102.1ccckLdDn56传动轴轴管断面尺寸除满足临界转速的要求外，