【正文】 SEUQRM 授課：大山 時間： 12月 2日 1 軸的設計及校核 SEUQRM Introduction 概述 軸用于 安裝傳動零件 (如齒輪 、 凸輪 、 帶輪等 )， 使其有確定的工作位置 ， 實現(xiàn)運動和動力的傳遞 ， 并通過軸承 支承在機架或機座上 。 2 SEUQRM Classification of Shafts 軸的分類 按軸線形狀分 —— 直軸 (straight shaft) 、 曲軸(crankshaft)和軟軸 (flexible shaft)。 Straight Shaft—— 3 SEUQRM Crankshaft—— Flexible Shaft—— 4 SEUQRM 按所受載荷性質分 —— 心軸 、 轉軸和傳動軸 。 ? Rotating Shaft( 轉軸 )—— 指既受 彎矩 (bending moment)又受 轉矩 (torsional moment)的軸 ， 轉軸在各種機器中最為常見 。 ? Mandrel(心軸 )—— 只承受 彎矩 而不承受轉矩的軸 ， 如自行車輪軸 。 按軸轉動與否 ， 又可分為 轉動心軸 和 固定心軸 。 ? Transmitting Shaft(傳動軸 )—— 指只受 轉矩 不受彎矩或受很小彎矩的軸 ， 如連接汽車發(fā)動機輸出軸和后橋的軸 。 5 SEUQRM Rotating shaft Transmitting shaft 6 SEUQRM 轉動心軸 不轉心軸 不轉心軸 7 SEUQRM 1 Lifter 2 3 4 1—— 傳動軸： T 2—— 轉軸： T + M 3—— 轉軸： T + M 4—— 心軸 ： M Motor 8 SEUQRM Stresses in shafts—— 脈動循環(huán)應力 對稱循環(huán)應力 靜應力 ?(?) o t ?(?) o t ?(?) o t 轉軸 —— 彎矩：對稱循環(huán)應力 扭矩：脈動循環(huán)應力 9 SEUQRM Materials and Roughs of Shafts 材料與毛坯 Shaft Materials —— ? 碳鋼，合金鋼，球墨鑄鐵，高強度鑄鐵等 ? 熱處理，化學處理，表面強化處理等 ? 可用軋制圓鋼材 、 鍛造 、 焊接 、 鑄造等方法獲得 。 ? 對要求不高的軸或較長的軸 ， 毛坯直徑小于 150mm時 ， 可用 軋制 圓鋼材； ? 受力大 ， 生產(chǎn)批量大的重要軸的毛坯可由 鍛造 提供； ? 對直徑特大而件數(shù)很少的軸可用 焊件 毛坯； ? 生產(chǎn)批量大 、 外形復雜 、 尺寸較大的軸 ， 可用 鑄造 毛坯 。 Shaft Roughs —— 10 SEUQRM Failure Forms and Design Requirements of Shafts 軸的失效形式與設計要求 ? 因疲勞強度不足而產(chǎn)生的 疲勞斷裂 。 ? 因靜強度不足而產(chǎn)生的 塑性變形 或 脆性斷裂 、 磨損 。 ? 超過允許范圍的 變形和振動 等。 Failure Forms —— 11 SEUQRM 軸與軸上零件組成一個組合體稱為 軸系部件 。 軸的設計必須與軸系零部件整體結構緊密聯(lián)系起來 。 Design Requirements —— (1)根據(jù)軸的工作條件 、 生產(chǎn)批量和經(jīng)濟性原則 ， 選取適合的 材料 、 毛坯形式及 熱處理方法 。 (2)根據(jù)軸的受力情況 、 軸上零件的安裝位置 、 配合尺寸及定位方式 、 軸的加工方法等具體要求 ， 確定軸的合理結構形狀及尺寸 ， 即進行 軸的結構設計 。 (3)軸的 強度計算或校核 。 對受力大的細長軸 (如蝸桿軸 )和對剛度要求高的軸 ， 還要進行剛度計算 。 在對高速工作下的軸 ， 因有共振危險 ， 故應進行振動穩(wěn)定性計算 。 12 SEUQRM Structure Design of Shafts 軸的結構設計 軸結構設計的任務 —— 在滿足強度 、 剛度和振動穩(wěn)定性的基礎上 ， 根據(jù)軸上零件的定位要求及軸的加工 、 裝配工藝性要求 ， 合理地確定 軸的結構形狀和全部尺寸 。 軸的組成 —— 軸頸 (journal)—— 軸上被支承部分； 軸頭 —— 安裝輪轂 (hub)部分； 軸身 —— 連接軸頸和軸頭的部分。 軸的結構設計主要解決以下幾個問題： 軸上零件的布置； 零件在軸上的軸向定位和固定 ， 零件在軸上的周向定位； 軸結構的工藝性； 提高軸強度的措施 。 13 SEUQRM Arranging Scheme of Elements on a Shaft 軸上零件的布置方案 軸上零件的布置 —— 預定出軸上零件的裝配方向 、 順序和相互關系 ， 它決定了軸的結構形狀 。 裝配方案 —— 以軸最大直徑處的軸環(huán)為界限 ， 軸上零件 分別從兩端裝入 。 按安裝順序即可形成 各軸段粗細 和 結構形式 的初步布置方案 。 在擬定方案時，可以考慮幾個方案，以供 比較選擇 。 14 SEUQRM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 SEUQRM Location and Fixing of Elements on a Shaft 零件在軸上的定位和固定 1. 零件在軸上的 軸向定位和固定 —— 應考慮 —— 零件所受軸向力的大小 ， 軸的制造 ， 軸上零件裝拆的難易程度 ， 對軸強度的影響 ， 工作可靠性等因素 。 軸上零件軸向定位與固定的 常用方法 —— 軸肩和軸環(huán) ， 軸套 (套筒 ) ， 圓螺母 ， 圓錐面 ， 軸端擋板 ， 彈性擋圈 ， 鎖緊擋圈 、 緊定螺釘?shù)? 16 SEUQRM 軸向定位和固定 —— 軸肩和軸環(huán) ① 軸肩與軸環(huán) —— 由定位面和過度圓角組成