軸的結構設計軸的強度計算軸的剛度計算

1、16.1 概述,功用：軸的主要功用是支承回轉零件及傳遞運動和動力。,16.1.1 軸的分類,按照承受載荷的不同，軸可分為：,1. 轉軸─同時承受彎矩和轉矩的軸，如減速器的軸。,2. 心軸─只承受彎矩的軸，如火車車輪軸。,轉動心軸,固定心軸,如：齒輪軸,火車輪軸,3. 傳動軸─主要承受轉矩的軸，不受彎矩或彎矩很小，如汽車的傳動軸。,除了剛性軸外，還有鋼絲軟軸，可以把回轉運動靈活地傳,直軸根據外形的不同，可分為光軸和階梯軸。,按照軸線形狀

2、的不同，軸可分為曲軸和直軸兩大類。,軸一般是實心軸，有特殊要求時也可制成空心軸。,16.1 概述,到不開敞地空間位置。,橋式起重機,大車行走機,構車輪軸,16.1.2 軸的材料,16.1 概述,軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。,軸的常用材料及其部分機械性能（見下頁）,16.1 概述,16.1 概述,16.1.3 軸設計的主要問題,2.結構：軸向、周向定位；工藝要求；安裝和維修,3.工作能力：強度、剛度、耐磨性和振動的穩(wěn)定性等；,重型

3、軸還要考慮毛坯制造、探傷、起重。,1.材料：見前述,16.2 軸的結構設計,16.2.1 軸的毛坯,尺寸較小的軸可以用圓鋼車制，尺寸較大的軸則應用鍛造毛坯。鑄造毛坯應用較少。,16.2.2 軸的組成,軸主要由軸頭、軸身、軸頸三部分組成。,,,,,軸端,軸頭,軸頸,軸頭,軸身,,軸的結構和形狀取決于：,軸的毛坯種類軸上作用力的大小及分布情況軸上零件的位置、配合性質以及聯結固定的方法軸承的類型、尺寸和位置軸的加工方法、裝配方法以及

4、其他特殊要求,16.2 軸的結構設計,要求：,受載合理,軸及軸上零、部件定位及固定可靠,良好的制造、拆裝工藝性,減小應力集中,1. 受載合理,(1)減小軸上扭矩。,改變軸上零件的布置，有時可以減小軸上的載荷。,(2)減小軸上彎矩。,(3)改變零件的結構可以改變軸的類型,a)T由卷筒傳遞，軸僅受M(心軸),b)T由軸傳遞，軸受M、T(轉軸),16.2 軸的結構設計,,,改進軸上零件的結構也可以減小軸上的最大載荷。,,,,,,,,,,,

5、,,,,,,16.2 軸的結構設計,2.軸在軸上零件定位、固定可靠、裝拆方便,見16.2.3,3.良好的工藝性,（1）退刀槽,需磨削處,需車螺紋處,(2）倒角,易對中安裝（緊配合處），安全,倒角、圓角一致。,(3) 鍵槽：在同一母線上,16.2 軸的結構設計,(4) 非定位軸肩的設置：便于緊配合處的安裝,4.盡量避免應力集中,(1)減小不必要的尺寸變化和減小尺寸變化的幅度；,(2)采用大過渡圓角；,(3)緊配合處采用卸載槽；,(

6、4)減少表面粗糙度；,(5)采用輾壓、噴丸工藝。,16.2.3 零件在軸上的固定,軸上零件常以其轂和軸聯接在一起。軸和轂的固定可分為軸向固定和周向固定兩類。,16.2 軸的結構設計,1.軸上零件的軸向固定,軸上零件軸向固定的方法有：軸肩（或擋環(huán)）、彈性擋圈、套筒、鎖緊擋圈（加緊定螺釘）、錐形軸頭、緊定螺釘、圓螺母、緊配合、軸端擋圈等結構。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,詳見 P311 圖16.3,軸肩由定位面和內圓角組成,,,

7、軸肩處,16.2 軸的結構設計,16.2 軸的結構設計,2.軸上零件的周向固定,常用的周向固定方法有鍵、花鍵、成形、彈性環(huán)、銷和過盈配合等聯接。,16.3 軸的強度計算,軸的強度計算主要由三種方法（據軸受載及對安全要求）,設計思路：,（1）按許用切應力計算,（2）許用彎曲應力計算；,（3）安全系數校核計算。,16.3.1 按許用切應力計算,1.應用（僅與T有關）,(1)傳動軸計算（主要T）,(2)需初步結構化的轉軸（只知T）,(3

8、)不重要轉軸的計算（將M影響折算進行 內）,16.3 軸的強度計算,2.算式,強度條件：,(16.1),設計式：,(16.2),式中：,16.3 軸的強度計算,16.3.2 按許用彎曲應力計算（彎扭組合計算）,1.應用,(1)（初步結構化）已知跨度的轉軸（支點確定）,(2)一般為重要的轉軸,2.算式,彎曲應力 一般計算順序如下：,(1)畫空間受力簡圖；,(2)作水平、垂直平面受力圖；,(3)作

9、 ；作 ；,(4)作合成 ；,由第三強度理論,M、T載荷性質相同：,(5)作T圖 ；,M、T載荷性質不同時：,將 修正成與 性質相同的應力（引入 ）,16.3 軸的強度計算,16.3 軸的強度計算,(16.3),(8)設計式,(16.4),對于不變T：,對于脈動循環(huán)的T：,對于對稱循環(huán)的T：,式中 －應力修正系數；,

10、(6)作當量 ；,(7) ；,16.3 軸的強度計算,3.計算步驟,（1）作空間受力簡圖（圖a）；,（2）作垂直平面（V面）受力圖，計算支反力（圖b）；,（3）作,(a),(b),(c),16.3 軸的強度計算,（4）作水平平面（H面）受力圖，計算支反力（圖d）,（5）作,(d),(e),16.3 軸的強度計算,（6

11、）作合成彎曲圖M（圖f）,逐點合成,（7）作T圖（圖g）,（8）作當量彎矩圖 (圖h),逐點合成,(f),(g),(h),16.3 軸的強度計算,（9）計算d作等強度軸,（10）進一步結構化（尺寸細化，加工、配合得知）,16.3.3 安全系數校核計算,1.應用：(1)結構細化的重要軸（改善薄弱環(huán)節(jié)）,(2)只限危險截面處,2.算式,(1)疲勞強度安全系數的校核計算（防疲勞破壞）,確定危險截面,16.3 軸的強度計算,彎

12、曲作用下的安全系數,扭轉作用下的安全系數,(16.5),式中：,16.3 軸的強度計算,,,,,,,16.3 軸的強度計算,(16.6),(2)靜強度安全系數校核計算,（防止尖峰載荷出現時軸塑性變形）,16.3 軸的強度計算,(16.7),16.3 軸的強度計算,例題16.2見P316,16.3 軸的強度計算,16.3 軸的強度計算,16.4 軸的剛度計算,1.目的：防止彎曲、扭轉變形過大而影響機器正常運轉，這是工程上布允

13、許的,例：,2.計算,剛度：指軸所載荷與受載后產生的彈性變形比值,16.4 軸的剛度計算,16.5 軸的臨界轉速,1.目的：防止共振的破壞。,2.軸的振動與臨界轉速,軸的振動,橫向振動,扭轉振動,縱向振動,(4)主軸軸承徑向間隙的調整，根據實際使用情況進行調整。 　　4.工作臺快速移動離合器的調整要求 　　(1)摩擦離合器脫開時，摩擦片之間的總和間隙不應該少于2～3mm。 　　(2)摩擦離合器閉合時，摩擦片應緊密地壓緊，并且電磁鐵的

14、鐵芯要完全拉緊，如果電磁鐵的鐵芯配合得正確，在拉緊狀態(tài)中電磁鐵不會有響聲。編輯本段龍門銑床的常見故障　　龍門銑床大都由鋼或鑄鐵制成，在長期的使用過程中，由于兩個接觸面間存在不同程度的摩擦，會造成銑床導軌表面產生不同程度的磨損 ，嚴重影響設備的加工精度和生產效率。傳統修復方法通常采用金屬板鑲貼或更換等方法，但需要進行大量精確的加工制造和人工刮研，修復需要的工序多，工期長。目前針對龍門銑床劃傷、拉傷問題可以采用高分子復合材料解決，其中應

15、有成熟的有美嘉華技術體系。由于材料具有出色的粘著力、抗壓強度及耐油、耐磨性能，可為部件提供一個長久的保護層。只需幾個小時即可將機床劃傷的部位修復完畢，投入使用，相對傳統方法操作更為簡單，所需成本更低。編輯本段臥式鏜銑床和落地銑鏜床的技術特點　　臥式鏜銑床的發(fā)展以其注入加速度概念而倍受關注，為高速運行作技術支撐的傳動元件電主軸、直線電機、線性導軌等得到廣泛應用，將機床的運行速度推向了新的高度。而主軸可更換式臥式鏜銑加工中心的創(chuàng)新設計解

16、決了電主軸與鏜桿移動伸縮式結構各存利弊的不足，具有復合加工與一機兩用的功效，也是臥式鏜銑床的一大技術創(chuàng)新。 　　落地式銑鏜床的發(fā)展以其新的設計理念引領現代加工的潮流，以高速加工為理念的無鏜軸滑枕式、多種銑頭交換使用的結構型式盡顯風采，大有替代傳統銑削加工的趨勢。以兩坐標擺角銑頭為代表的各種銑頭附件成為實現高速、高效復合加工的主要手段，其工藝性能更廣，功率更大，剛性更強，是落地銑鏜床發(fā)展的一大突破。結構特點　　臥式鏜銑床 　　臥式鏜銑

17、床的主要關鍵部件是主軸箱，安裝在立柱側面，也有少數廠家采用雙立柱的熱對稱結構，將主軸箱置于立柱中間，這種結構最大特點是剛性、平衡性、散熱性能好，為主軸箱高速運行提供了可靠保證。但是，雙立柱結構不便于維護保養(yǎng)，是當今采用的廠家不多的原因。主軸箱移動多通過電機驅動滾珠絲桿進行傳動，是主軸驅動核心傳動裝置，多采用靜壓軸承支承，由伺服電機驅動滾珠絲桿進行驅動。由于主軸轉速越來越高，主軸升溫快，現在，已有很多廠家將采用油霧冷卻以替代油冷卻，更有效