轴疲劳强校核.pptx

§12.1概述一、轴的分类和用途1、直轴直轴按外形可以分为光轴和阶梯轴，如图所示。阶梯轴便于轴上零件的拆装和定位。轴一般做成实心的，但为了减轻重量或满足某种功能，则可以做成空心轴。所以按轴的结构可以分为实心轴和空心轴，如图所示。2、曲轴常用于往复式机械中，例如内燃机、空气压缩机等。可以实现直线运动与旋转运动的转换。3、钢丝软轴（挠性轴）它不受任何空间的限制，可以将扭转或旋转运动灵活地传到任何所需的位置，常用于医疗设备、操纵机构、仪表等机械中。二、按照承受载荷不同分类1、转轴同时承受扭矩和弯曲载荷的作用，例如齿轮减速器中的轴，如图所示。2、心轴心轴只需承受弯矩而不传递转距，例如铁路车辆的轴、自行车的前轴等。按轴旋转与否分为转动心轴和固定心轴两种，如图所示。3、传动轴只承受扭矩而不承受弯矩或承受弯矩较小的轴。例如图所示的汽车传动轴。二、轴的材料合金钢：对于要求强度较高、尺寸较小或有其它特殊要求的轴，可以采用合金钢材料。耐磨性要求较高的可以采用20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢；要求较高的轴可以使用40Cr（或用35SiMn、40MnB代替）、40CrNi(或用38SiMnMo代替)等进行热处理。合金钢比碳素钢机械强度高，热处理性能好。但对应力集中敏感性高，价格也较高。设计时应特别注意从结构上避免和降低应力集中，提高表面质量等。对于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等，也采用球墨铸铁或高强度铸造材料来进行铸造加工，易于得到所需形状，而且具有较好的吸振性能和好的耐磨性，对应力集中的敏感性也较低。同时应该知道，在一般工作温度下，各种碳钢和合金钢的弹性模量相差不大，故在选择钢的种类和热处理方法时，所依据的主要是强度和耐磨性，而不是轴的弯曲刚度和扭转刚度等。轴的常用材料见教材。三、轴的设计内容及应考虑的主要问题设计轴时主要应该满足轴的强度要求和结构要求；对于刚度要求较高的轴（例如机床主轴），主要应该满足刚度要求；对于一些高速旋转的轴（例如高速磨床主轴、气轮机主轴等），要考虑满足振动稳定性的要求，另外要根据装配、加工、受力等具体要求，合理确定轴的形状和各部分的尺寸，即进行轴的结构设计。同时应当注意：在转轴设计中，因为转轴工作时受到弯矩和转距的联合作用，而弯矩是与轴上载荷的大小及轴上零件相互位置有关的，所以在轴的结构尺寸未确定之前，轴上载荷的大小及分布情况以及支反力的作用点还不能确定，无法求出轴所承受的弯矩，因此不能对轴进行强度计算。所以，轴的设计程序是：先根据扭转强度（或扭转刚度）条件，初步确定轴的最小直径；然后，根据轴上零件的相互关系和定位要求，以及轴的加工、装配工艺性等，合理地拟订轴的结构形状和尺寸；在此基础上，再对较为重要的轴进行强度校核。只有在需要时，才进行轴的刚度或振动稳定性校核。因而，轴的设计区别于其它零件设计过程的显著特点是：必须先进行结构设计，然后才能进行工作能力的核算。§12．2轴的基本直径估算1、按扭转强度估算直径在开始的时候，轴的长度及结构形式往往是未知的，因此求不出支撑反力，画不出弯矩图，应力集中情况也不清楚，无法对轴进行弯曲疲劳强度计算，所以常按抗扭强度计算公式来进行轴径的初步估算，并采用降低许用切应力的方法来考虑弯曲的影响，以求出等直径的钢轴。然后以该光轴为基准，按轴上零件及工艺要求进行轴的结构设计，得出轴的结构草图，从而确定各轴段的直径和长度、载荷作用点和支承位置等，然后进行轴的强度校核计算。经过校核计算，判断轴的强度是否满足需要，结构、尺寸是否需要修改。当主要考虑扭矩作用时，由力学知识可知，其强度条件为：对于实心轴:按照上式计算得到的直径，一般作为轴的最小直径。如果在该处有键槽，则应考虑它对轴的削弱程度。一般的，有一个键槽直径增加5％，两个键槽直径增大10％，最后需要将轴径圆整为标准值。2、按照经验公式估算对于一般减速器装置中的轴，一般也可以用经验公式来估算轴的最小直径。对于高速级输入轴的最小轴径可按与其相联的电动机轴径D估算，d=(0.8～1.2)D；相应各级低速轴的最小直径可按同级齿轮中心距a估算，d=(0.3～0.4)a。§12．3轴的结构设计轴的结构没有标准形式，在进行轴的结构设计时，必须针对不同的情况进行具体分析。要合理考虑机器的总体布局，轴上零件的类型及其定位方式，轴上载荷的大小、性质、方向和分布情况等，同时要考虑轴的加工和装配工艺等，合理地确定轴的结构形状和尺寸。总体来说，轴的结构应该满足：轴和装配在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上零件应便于拆装和调整；轴应该具有良好的制造工艺性等。下面我们就来讨论轴的结构设计中的几个主要问题。一、拟订轴上零件的装配方案在进行结构设计时，首先应按传动简图上所给出的各主要零件的相互位置关系拟订轴上零件的装配方案。轴上零件的装配方案不同，轴的结构形状也不同。在实际设计