资源简介

(共21张PPT)
第10章 轴系零部件
概述
10.1
轴的结构设计
10.2
轴的承载能力校核
10.3
【学习目标】
了解轴的功用、类型及常用材料
理解并掌握轴上零件的常用定位方法
掌握阶梯轴结构设计的一般方法
理解并掌握转轴的设计过程
10.3 轴的承载能力校核
1．轴的扭转强度计算
对于只传递转矩的传动轴，其承载能力可通过扭转强度进行计算。
传动轴强度的校核公式为
式中 P—轴传递的功率，单位为kW；
n—轴的转速，单位为r/min；
T—扭矩，单位为N·mm；
d—轴的直径，单位为mm；
—轴的抗扭截面系数，对圆截面轴： ；
—轴的扭转切应力，单位为MPa；
[ ]—材料的许用切应力，单位为MPa。
可得传动轴直径的设计公式
常用材料的[ ]值、C值的大小与材料和受载情况有关，见表。
轴 的 材 料 Q235.20 35 45 40Cr，35SiMn
[ ]/MPa 12～20 20～30 30～40 40～52
C 160～135 135～118 118～107 107～98
常用材料的[ ]值和C值
2．转轴的最小直径估算
对于既受弯矩又传递转矩的转轴，可用来估算轴的最小直径。即
当最小直径处开有键槽时，考虑键槽对轴强度的削弱，应将计算值增大并圆整。
当轴径d＜100mm时，有一个键槽，轴径增大3%～5%；有两个键槽，轴径增大7%～10%。
此外，也可采用经验公式估算轴的最小直径。
例如，一般减速器中高速级输入轴的最小直径可按与其相连的电动机的直径D估算，dmin = （0.8～1.2）D；各级低速轴的最小直径可按同级齿轮中心距a估算，dmin = （0.3～0.4）a。
3．转轴的强度校核
估算出转轴的最小直径，即可进行轴的结构设计。
轴的结构设计完成后，轴上零件和轴承位置、轴所受载荷的大小、方向及其作用位置等就已确定，即可按弯扭合成的强度条件校核转轴的强度。一般步骤如下。
① 作出轴的空间受力图，将外载荷分解为水平面和垂直面的分力，并求出水平面支撑反力RH和垂直面的支撑反力RV。
② 作出水平面弯矩MH图和垂直面弯矩MV图。
③ 计算合成弯矩： ，并绘制合成弯矩图。
④ 作出转矩T图。
⑤ 计算当量弯矩 。
⑥ 计算危险截面的轴径。当量弯矩Me已知后，可针对某些剖面作强度校核或计算危险剖面的轴径进行校核，即
或
式中 —当量弯曲应力，单位为MPa；
Me —当量弯矩，单位为N·mm；
D —轴的直径，单位为mm；
W —轴的抗弯截面系数，单位为mm3。对圆形截面的实心轴， 。
校核时，若轴的计算剖面处有键槽，考虑到键槽对轴强度的削弱，应将式计算出的轴径加大4%左右，并与结构设计中初步确定的轴径相比较。
若计算出的轴径小于结构设计中初定的轴径，表明原设计恰当，则以结构设计中的直径为准，否则应按校核计算所得轴径作适当修改。
4．轴的刚度计算
轴受力后会产生弯曲变形和扭转变形，变形过大会影响轴的工作性能。
例如，机床主轴变形过大时，会影响所加工零件的精度；电动机主轴变形过大时，会使转子与定子之间的间隙不均匀而影响电动机的工作性能；内燃机气轮轴变形过大时，会使气阀不能准确地启闭等。
这些刚度要求较高的轴，要进行弯曲刚度和扭转刚度的计算。
即轴的变形量挠度y、转角 、扭转角 要满足下列刚度条件。
式中 y、[ y ]——分别为挠度、许用挠度，单位为mm；
、[ ]——分别为转角、许用转角，单位为rad；
、[ ]——分别为扭转角、许用扭转角，单位为（°）/ 。
轴的变形量
5. 轴的振动稳定性
以离心力为表征的周期性激振力与轴的自振频率接近或相同时，将出现共振失效。如果继续提高转速，振动就会衰减，振动趋于平稳，但是当转速达到另一较高的定值时，振动又会出现。发生显著变形时的转速，称为临界转速。

展开更多......

收起↑