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1、会计学1机械设计基础章资料机械设计基础章资料第1页/共62页12-1 12-1 概述概述概述概述机械设计基础 轴二、轴的分类二、轴的分类1 按载荷性质分类按载荷性质分类2 按形状分类按形状分类n n轴：轴：支承回转零件的零件支承回转零件的零件一、轴的功用一、轴的功用n n1.支承旋转零件并传递运动和支承旋转零件并传递运动和动力动力 n n2.保证所有轴上零件有确定的保证所有轴上零件有确定的轴向工作位置轴向工作位置第2页/共62页1 1 按载荷性质分类按载荷性质分类按载荷性质分类按载荷性质分类n n心轴：心轴：心轴：心轴：只承受弯矩，不承受转矩只承受弯矩，不承受转矩只承受弯矩，不承受转矩只承受弯
2、矩，不承受转矩n n传动轴：传动轴：传动轴：传动轴：主要承受转矩主要承受转矩主要承受转矩主要承受转矩n n转轴：转轴：转轴：转轴：既承受弯矩，又承受转矩既承受弯矩，又承受转矩既承受弯矩，又承受转矩既承受弯矩，又承受转矩机械设计基础 轴第3页/共62页2 2 按形状分类按形状分类按形状分类按形状分类机械设计基础 轴第4页/共62页2 2 特殊用途的轴特殊用途的轴特殊用途的轴特殊用途的轴n n如钢丝软轴如钢丝软轴机械设计基础 轴第5页/共62页三、轴设计解决的问题三、轴设计解决的问题三、轴设计解决的问题三、轴设计解决的问题n n1 1、结构问题、结构问题、结构问题、结构问题 确定轴的形状和尺寸确定
3、轴的形状和尺寸确定轴的形状和尺寸确定轴的形状和尺寸n n2 2、强度问题、强度问题、强度问题、强度问题 防止轴发生疲劳断裂防止轴发生疲劳断裂防止轴发生疲劳断裂防止轴发生疲劳断裂n n3 3、刚度问题、刚度问题、刚度问题、刚度问题 防止轴发生过大的弹性变形防止轴发生过大的弹性变形防止轴发生过大的弹性变形防止轴发生过大的弹性变形n n4 4、振动稳定性问题、振动稳定性问题、振动稳定性问题、振动稳定性问题 防止轴发生共振防止轴发生共振防止轴发生共振防止轴发生共振机械设计基础 轴1.1.拟定轴上零件装配方案拟定轴上零件装配方案拟定轴上零件装配方案拟定轴上零件装配方案2.2.估算轴的最小直径估算轴的最小
4、直径估算轴的最小直径估算轴的最小直径minmin3.3.确定各段直径及长度确定各段直径及长度确定各段直径及长度确定各段直径及长度4.4.确定轴的结构要素确定轴的结构要素确定轴的结构要素确定轴的结构要素轴的结构设计轴的强度计算其它计算1.刚度计算2.振动稳定性计算(临界转速)1.许用切应力法(扭转强度)2.许用弯曲应力法(弯扭合成强度)3.安全系数计算法：疲劳强度计算、静强度计算第6页/共62页12-2 12-2 轴的结构和材料轴的结构和材料轴的结构和材料轴的结构和材料机械设计基础 轴一、一、轴的结构轴的结构二、二、轴的材料轴的材料第7页/共62页一、轴的结构一、轴的结构一、轴的结构一、轴的结构
5、机械设计基础 轴n n轴肩轴肩轴肩轴肩(轴环轴环轴环轴环)：轴的直径轴的直径轴的直径轴的直径变化所形成的阶梯处变化所形成的阶梯处变化所形成的阶梯处变化所形成的阶梯处轴颈轴颈 轴头轴头 轴身轴身 n n轴头：轴头：轴头：轴头：轴和旋转零件的配合部分轴和旋转零件的配合部分轴和旋转零件的配合部分轴和旋转零件的配合部分n n轴颈：轴颈：轴颈：轴颈：轴和轴承配合的部分轴和轴承配合的部分轴和轴承配合的部分轴和轴承配合的部分n n轴身轴身轴身轴身：连接轴颈与轴头部分连接轴颈与轴头部分连接轴颈与轴头部分连接轴颈与轴头部分第8页/共62页轴的结构设计的要求轴的结构设计的要求轴的结构设计的要求轴的结构设计的要求机
6、械设计基础 轴3.3.定位和固定要求：定位和固定要求：定位和固定要求：定位和固定要求：n n轴轴轴轴与与与与轴轴轴轴上上上上零零零零件件件件要要要要有有有有准准准准确确确确的的的的工工工工作作作作位位位位置置置置，并并并并牢牢牢牢固固固固地地地地保保保保持持持持这这这这一一一一位置位置位置位置4.4.尽量减少应力集中尽量减少应力集中尽量减少应力集中尽量减少应力集中,改善轴的受力状态改善轴的受力状态改善轴的受力状态改善轴的受力状态1.1.制造工艺性要求：制造工艺性要求：制造工艺性要求：制造工艺性要求：n n轴应有良好的制造工艺，便于加工轴应有良好的制造工艺，便于加工轴应有良好的制造工艺，便于加工
7、轴应有良好的制造工艺，便于加工2.2.装拆要求：装拆要求：装拆要求：装拆要求：n n轴上零件要易于装拆、调整轴上零件要易于装拆、调整轴上零件要易于装拆、调整轴上零件要易于装拆、调整第9页/共62页1 1 制造工艺性要求制造工艺性要求制造工艺性要求制造工艺性要求目的目的目的目的：便于轴的加工、测量。维修及轴上零件的拆装便于轴的加工、测量。维修及轴上零件的拆装便于轴的加工、测量。维修及轴上零件的拆装便于轴的加工、测量。维修及轴上零件的拆装机械设计基础 轴n n1 1）轴的形状轴的形状轴的形状轴的形状光轴光轴 等强度轴等强度轴 阶梯轴阶梯轴 车削车削 倒角倒角 磨削磨削 砂轮越程槽砂轮越程槽 第10
8、页/共62页1 1 制造工艺性要求制造工艺性要求制造工艺性要求制造工艺性要求机械设计基础 轴第11页/共62页1 1 制造工艺性要求制造工艺性要求制造工艺性要求制造工艺性要求机械设计基础 轴磨削磨削 砂轮越程槽砂轮越程槽 车削车削 倒角倒角 第12页/共62页1 1 制造工艺性要求制造工艺性要求制造工艺性要求制造工艺性要求机械设计基础 轴第13页/共62页机械设计基础 轴第14页/共62页4 4 装拆要求装拆要求装拆要求装拆要求机械设计基础 轴n n阶梯状轴阶梯状轴阶梯状轴阶梯状轴轴端应有轴端应有轴端应有轴端应有4545 倒角倒角倒角倒角n n非定位轴肩非定位轴肩非定位轴肩非定位轴肩(便于装配
9、便于装配便于装配便于装配)、定位轴肩、定位轴肩、定位轴肩、定位轴肩(零件零件零件零件定位定位定位定位)设计轴肩时应注意设计轴肩时应注意设计轴肩时应注意设计轴肩时应注意:n n轴承定位轴肩轴承定位轴肩轴承定位轴肩轴承定位轴肩(套筒套筒套筒套筒)不能过高不能过高不能过高不能过高(以便拆卸以便拆卸以便拆卸以便拆卸)n n轴长应略短于轮毂宽度轴长应略短于轮毂宽度轴长应略短于轮毂宽度轴长应略短于轮毂宽度(保证零件固定保证零件固定保证零件固定保证零件固定)n n轴肩圆角轮毂孔圆角轴肩圆角轮毂孔圆角轴肩圆角轮毂孔圆角轴肩圆角轮毂孔圆角(倒角倒角倒角倒角)n n轴上零件要易于装拆、调整轴上零件要易于装拆、调整
10、轴上零件要易于装拆、调整轴上零件要易于装拆、调整n n不同的装拆方案，得到不同结构不同的装拆方案，得到不同结构不同的装拆方案，得到不同结构不同的装拆方案，得到不同结构n n轴的直径应圆整成标准值轴的直径应圆整成标准值轴的直径应圆整成标准值轴的直径应圆整成标准值第15页/共62页5 5 定位和固定要求定位和固定要求定位和固定要求定位和固定要求机械设计基础 轴n n周向固定周向固定周向固定周向固定n n轴向定位和固轴向定位和固轴向定位和固轴向定位和固定定定定n n轴与轴上零件要有准确的工作位置轴与轴上零件要有准确的工作位置轴与轴上零件要有准确的工作位置轴与轴上零件要有准确的工作位置n n定位：定位
11、：定位：定位：零件有准确的工作位置零件有准确的工作位置零件有准确的工作位置零件有准确的工作位置n n固定：固定：固定：固定：零件在轴上的位置牢固可靠零件在轴上的位置牢固可靠零件在轴上的位置牢固可靠零件在轴上的位置牢固可靠第16页/共62页周向定位和固定周向定位和固定周向定位和固定周向定位和固定机械设计基础 轴常用的周向固定方法：常用的周向固定方法：常用的周向固定方法：常用的周向固定方法：n n键、花键、紧定螺钉、过盈配合等键、花键、紧定螺钉、过盈配合等键、花键、紧定螺钉、过盈配合等键、花键、紧定螺钉、过盈配合等n n防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转
12、矩防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩第17页/共62页周向定位和固定周向定位和固定周向定位和固定周向定位和固定机械设计基础 轴第18页/共62页周向定位和固定周向定位和固定周向定位和固定周向定位和固定机械设计基础 轴第19页/共62页周向定位和固定周向定位和固定周向定位和固定周向定位和固定机械设计基础 轴第20页/共62页轴向定位和固定轴向定位和固定轴向定位和固定轴向定位和固定机械设计基础 轴常用的固定方法、特点和应用：常用的固定方法、特点和应用：常用的固定方法、特点和应用：常用的固定方法、特点和应用：n n防止轴上零件工作时发生轴向蹿动防止轴上零
13、件工作时发生轴向蹿动防止轴上零件工作时发生轴向蹿动防止轴上零件工作时发生轴向蹿动第21页/共62页轴向定位和固定轴向定位和固定轴向定位和固定轴向定位和固定机械设计基础 轴第22页/共62页轴向定位和固定轴向定位和固定轴向定位和固定轴向定位和固定机械设计基础 轴第23页/共62页轴向定位和固定轴向定位和固定轴向定位和固定轴向定位和固定机械设计基础 轴第24页/共62页轴向定位和固定轴向定位和固定轴向定位和固定轴向定位和固定机械设计基础 轴第25页/共62页轴向定位和固定轴向定位和固定轴向定位和固定轴向定位和固定机械设计基础 轴第26页/共62页轴向定位和固定轴向定位和固定轴向定位和固定轴向定位和
14、固定机械设计基础 轴第27页/共62页轴向定位和固定轴向定位和固定轴向定位和固定轴向定位和固定机械设计基础 轴第28页/共62页6 6 尽量减少应力集中尽量减少应力集中尽量减少应力集中尽量减少应力集中,改善轴的受力状态改善轴的受力状态改善轴的受力状态改善轴的受力状态机械设计基础 轴第29页/共62页6 6 尽量减少应力集中尽量减少应力集中尽量减少应力集中尽量减少应力集中,改善轴的受力状态改善轴的受力状态改善轴的受力状态改善轴的受力状态机械设计基础 轴第30页/共62页6 6 尽量减少应力集中尽量减少应力集中尽量减少应力集中尽量减少应力集中,改善轴的受力状态改善轴的受力状态改善轴的受力状态改善轴
15、的受力状态机械设计基础 轴第31页/共62页第32页/共62页第33页/共62页第34页/共62页第35页/共62页结构示例结构示例结构示例结构示例1 1机械设计基础 轴第36页/共62页结构示例结构示例结构示例结构示例2 2：结构改错：结构改错：结构改错：结构改错机械设计基础 轴n n 轴承没定位轴承没定位轴承没定位轴承没定位n n 轴向定位不确定轴向定位不确定轴向定位不确定轴向定位不确定n n 轴承用错或装错轴承用错或装错轴承用错或装错轴承用错或装错n n 无调整垫片无调整垫片无调整垫片无调整垫片n n 端盖端面无凹坑加工量大端盖端面无凹坑加工量大端盖端面无凹坑加工量大端盖端面无凹坑加工量
16、大n n 无定位轴肩无定位轴肩无定位轴肩无定位轴肩n n 端盖无密封端盖无密封端盖无密封端盖无密封n n 键槽太长键槽太长键槽太长键槽太长n n无非定位轴肩无非定位轴肩无非定位轴肩无非定位轴肩n n套筒太高套筒太高套筒太高套筒太高第37页/共62页二、轴的材料二、轴的材料二、轴的材料二、轴的材料机械设计基础 轴n n要求：具有足够的强度和刚度、较小的应力集中的敏感性要求：具有足够的强度和刚度、较小的应力集中的敏感性和良好的加工性能等。材料来源广，价格适中。和良好的加工性能等。材料来源广，价格适中。第38页/共62页12-3 12-3 轴的计算轴的计算轴的计算轴的计算机械设计基础 轴一、轴的强度
17、计算二、轴的刚度计算n n轴的工作能力主要取决于强轴的工作能力主要取决于强度和刚度，高速轴还要校核度和刚度，高速轴还要校核振动稳定性振动稳定性第39页/共62页一、轴的强度计算一、轴的强度计算一、轴的强度计算一、轴的强度计算机械设计基础 轴n n轴的计算流程：轴的计算流程：轴的计算流程：轴的计算流程：机器的结构机器的结构轴的长度轴的长度轴上零件的位置轴上零件的位置载荷计算简图载荷计算简图力学分析力学分析简简 化化强度计算强度计算轴径轴径轴的结构设计轴的结构设计FT计算方法：v按扭转强度计算v按弯扭合成强度计算第40页/共62页 令其为系数令其为系数 C1 1 按扭转强度计算按扭转强度计算按扭转
18、强度计算按扭转强度计算机械设计基础 轴n n扭剪应力扭剪应力扭剪应力扭剪应力:适用状况：适用状况：适用状况：适用状况：n n(1)(1)轴只传递转矩，不承受弯矩（或很小的弯矩）轴只传递转矩，不承受弯矩（或很小的弯矩）轴只传递转矩，不承受弯矩（或很小的弯矩）轴只传递转矩，不承受弯矩（或很小的弯矩）n n(2)(2)弯矩未知，按扭距作初步计算弯矩未知，按扭距作初步计算弯矩未知，按扭距作初步计算弯矩未知，按扭距作初步计算v设计公式:v系数 C 与轴的材料和承载情况有关，查表12-2注意:v若该轴段有一个键槽，d 值增大3%;有两个键槽，增大7%第41页/共62页机械设计基础 轴注意:第42页/共62
19、页2 2 按弯扭合成强度计算按弯扭合成强度计算按弯扭合成强度计算按弯扭合成强度计算机械设计基础 轴步骤：步骤：步骤：步骤：n n绘制受力计算简图绘制受力计算简图绘制受力计算简图绘制受力计算简图n n计算所有力引起的弯计算所有力引起的弯计算所有力引起的弯计算所有力引起的弯矩矩矩矩n n合成弯矩合成弯矩合成弯矩合成弯矩MMn n计算扭矩计算扭矩计算扭矩计算扭矩n n合成当量弯矩合成当量弯矩合成当量弯矩合成当量弯矩MMn n强度条件：强度条件：强度条件：强度条件：适用状况：适用状况：适用状况：适用状况：n n轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大小、方向和作用轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大小、方
20、向和作用轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大小、方向和作用轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大小、方向和作用点已知点已知点已知点已知准确计算准确计算准确计算准确计算n n弯、扭联合作用时，采用第三强度理论弯、扭联合作用时，采用第三强度理论弯、扭联合作用时，采用第三强度理论弯、扭联合作用时，采用第三强度理论为扭-弯应力性质折合系数静应力循环应力脉动应力,不明确第43页/共62页弯扭合成设计公式弯扭合成设计公式弯扭合成设计公式弯扭合成设计公式机械设计基础 轴n n对只承受弯矩的心轴：对只承受弯矩的心轴：对只承受弯矩的心轴：对只承受弯矩的心轴：n n对转动心轴：对转动心轴：对转动心轴：对转动心轴：n
21、 n对不转动心轴：对不转动心轴：对不转动心轴：对不转动心轴：n n设计公式：设计公式：设计公式：设计公式：危险截面的确定：综合轴上弯扭矩和轴直径选择一两个截面第44页/共62页二、轴的刚度计算二、轴的刚度计算二、轴的刚度计算二、轴的刚度计算机械设计基础 轴二、二、扭转刚度扭转刚度计算计算n n扭角条件：扭角条件：扭角条件：扭角条件：一、弯曲刚度计算一、弯曲刚度计算n n挠度条件：挠度条件：n n倾角条件：倾角条件：第45页/共62页第46页/共62页第47页/共62页第48页/共62页第49页/共62页第50页/共62页第51页/共62页第52页/共62页第53页/共62页第54页/共62页第55页/共62页第56页/共62页第57页/共62页第58页/共62页第59页/共62页第60页/共62页第61页/共62页