轴的结构设计，轴的强度计算，轴的刚度计算

§16.1 概述§16.2 轴的结构设计§16.3 轴的强度计算§16.4 轴的刚度计算§16.5 轴的临界转速轴16.1 概述功用：轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。 16.1.1 轴的分类按照承受载荷的不同，轴可分为： 1. 转轴同时承受弯矩和转矩的轴，如减速器的轴。2. 心轴只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。转动心轴固定心轴如：齿轮轴火车轮轴3. 传动轴主要承受转矩的轴，不受弯矩或弯矩很小， 如汽车的传动轴。除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴。16.1 概述到不开敞地空间位置。桥式起重机 大车行走机构车轮轴16.1.2 轴的材料16.1 概述轴的材料主要是碳钢和合金钢。轴的常用材料及其部分机械性能（见下页） 16.1 概述16.1 概述16.1.3 轴设计的主要问题2.结构：轴向、周向定位；工艺要求；安装和维修3.工作能力：强度、刚度、耐磨性和振动的稳定性等；重型轴还要考虑毛坯制造、探伤、起重。1.材料：见前述16.2 轴的结构设计16.2.1 轴的毛坯尺寸较小的轴可以用圆钢车制，尺寸较大的轴则应 用锻造毛坯。铸造毛坯应用较少。 16.2.2 轴的组成轴主要由轴头、轴身、 轴颈三部分组成。轴端轴头轴颈轴头轴身轴的结构和形状取决于：轴的毛坯种类 轴上作用力的大小及分布情况 轴上零件的位置、配合性质以 及联结固定的方法 轴承的类型、尺寸和位置 轴的加工方法、装配方法以及 其他特殊要求16.2 轴的结构设计要求：受载合理轴及轴上零、部件定位及固定可靠良好的制造、拆装工艺性减小应力集中1. 受载合理(1)减小轴上扭矩。改变轴上零件的 布置，有时可以减 小轴上的载荷。 (2)减小轴上弯矩。(3)改变零件的结构可以改变轴的类型a)T由卷筒传递，轴仅受M(心轴)b)T由轴传递，轴受M、T(转轴)16.2 轴的结构设计卷筒的轮毂结构MmaxMmax改进轴上零件的结构也可以减小轴上的最大载荷。 16.2 轴的结构设计2.轴在轴上零件定位、固定可靠、装拆方便见16.2.33.良好的工艺性（1）退刀槽需磨削处需车螺纹处(2）倒角易对中安装（紧配合处），安全 倒角、圆角一致。 (3) 键槽：在同一母线上16.2 轴的结构设计(4) 非定位轴肩的设置：便于紧配合处的安装4.尽量避免应力集中(1)减小不必要的尺寸变化和减小尺寸变化的幅度；(2)采用大过渡圆角；(3)紧配合处采用卸载槽；(4)减少表面粗糙度； (5)采用輾压、喷丸工艺。16.2.3 零件在轴上的固定 轴上零件常以其毂和轴联接在一起。轴和毂的固定可分为 轴向固定和周向固定两类。16.2 轴的结构设计1.轴上零件的轴向固定轴上零件轴向固定的方法有：轴肩（或挡环）、弹性 挡圈、套筒、锁紧挡圈（加紧定螺钉）、锥形轴头、紧定 螺钉、圆螺母、紧配合、轴端挡圈等结构。详见 P311 图16.3Ø 轴肩由定位面和内圆角组成D h CrdbDhrRd轴肩处16.2 轴的结构设计16.2 轴的结构设计2.轴上零件的周向固定常用的周向固定方法有键、花键、成形、弹性环、销和过 盈配合等联接。 16.3 轴的强度计算轴的强度计算主要由三种方法（据轴受载及对安全要求）设计思路：（1）按许用切应力计算 （2）许用弯曲应力计算； （3）安全系数校核计算。 16.3.1 按许用切应力计算 1.应用（仅与T有关） (1)传动轴计算（主要T） (2)需初步结构化的转轴（只知T） (3)不重要转轴的计算（将M影响折算进行 内）16.3 轴的强度计算2.算式强度条件：(16.1)设计式：(16.2)式中：16.3 轴的强度计算16.3.2 按许用弯曲应力计算（弯扭组合计算） 1.应用(1)（初步结构化）已知跨度的转轴（支点确定） (2)一般为重要的转轴 2.算式弯曲应力 一般计算顺序如下：(1)画空间受力简图；(2)作水平、垂直平面受力图；(3)作 ；作 ；(4)作合成 ；由第三强度理论M、T载荷性质相同：(5)作T图 ；M、T载荷性质不同时：将 修正成与 性质相同的应力（引入 ）16.3 轴的强度计算16.3 轴的强度计算(16.3)(8)设计式(16.4)对于不变T：对于脉动循环的T：对于对称循环的T：式中 应力修正系数 ；(6)作当量 ；(7) ；16.3 轴的强度计算3.计算步骤（1）作空间受力简图（图a）；（2）作垂直平面（V面）受力图 ，计算支反力（图b）；（3）作 (a)(b)(c)16.3 轴的强度计算（4）作水平平面（H面）受力图 ，计算支反力（图d） （5）作 (d)(e)16.3 轴的强度计算（6）作合成弯曲图M（图f） 逐点合成 （7）作T图（图g）（8）作当量弯矩图 (图h) 逐点合成(f)(g)(h)16.3 轴的强度计算（9）计算d作等强度轴（10）进一步结构化（尺寸细化，加工、配合得知） 16.3.3 安全系数校核计算1.应用：(1)结构细化的重要轴（改善薄弱环节） (2)只限危险截面处 2.算式 (1)疲劳强度安全系数的校核计算（防疲劳破坏）确定危险截面16.3 轴的强度计算弯曲作用下的安全系数扭转作用下的安全系数(16.5)式中：16.3 轴的强度计算16.3 轴的强度计算(16.6)(2)静强度安全系数校核计算 （防止尖峰载荷出现时轴塑性变形）16.3 轴的强度计算(16.7)16.3 轴的强度计算例题16.2见P31616.3 轴的强度计算16.3 轴的强度计算16.4 轴的刚度计算1.目的：防止弯曲、扭转变形过大而影响机器正常运 转，这是工程上布允许的例：2.计算 刚度：指轴所载荷与受载后产生的弹性变形比值16.4 轴的刚度计算16.5 轴的临界转速1.目的：防止共振的破坏。2.轴的振动与临界转速轴的振动横向振动扭转振动纵向振动(4)主轴轴承径向间隙的调整，根据实际使用情况进行调整。 4.工作台快速移动离合器的调整要求 (1)摩擦离合器脱开时，摩擦片之间的总和间隙不应该少于23mm。 (2)摩擦离合器闭合时，摩擦片应紧密地压紧，并且电磁铁的铁芯要完全拉紧，如果电磁铁的铁芯配合得正确，在拉紧状态中电磁铁不会有响声。 编辑本段龙门铣床的常见故障龙门铣床大都由钢或铸铁制成，在长期的使用过程中，由于两个接触面间存在不同程度的摩擦，会造成铣床导轨表面产生不同程度的磨损 ，严重影响设备的加工精度和生产效率。传统修复方法通常采用金属板镶贴或更换等方法，但需要进行大量精确的加工制造和人工刮研，修复需要的工序多，工期长。目前针对龙门铣床划伤、拉伤问题可以采用高分子复合材料解决，其中应有成熟的有美嘉华技术体系。由于材料具有出色的粘着力、抗压强度及耐油、耐磨性能，可为部件提供一个长久的保护层。只需几个小时即可将机床划伤的部位修复完毕，投入使用，相对传统方法操作更为简单，所需成本更低。 编辑本段卧式镗铣床和落地铣镗床的技术特点卧式镗铣床的发展以其注入加速度概念而倍受关注，为高速运行作技术支撑的传动元件电主轴、直线电机、线性导轨等得到广泛应用，将机床的运行速度推向了新的高度。而主轴可更换式卧式镗铣加工中心的创新设计解决了电主轴与镗杆移动伸缩式结构各存利弊的不足，具有复合加工与一机两用的功效，也是卧式镗铣床的一大技术创新。 落地式铣镗床的发展以其新的设计理念引领现代加工的潮流，以高速加工为理念的无镗轴滑枕式、多种铣头交换使用的结构型式尽显风采，大有替代传统铣削加工的趋势。以两坐标摆角铣头为代表的各种铣头附件成为实现高速、高效复合加工的主要手段，其工艺性能更广，功率更大，刚性更强，是落地铣镗床发展的一大突破。 结构特点卧式镗铣床 卧式镗铣床的主要关键部件是主轴箱，安装在立柱侧面，也有少数厂家采用双立柱的热对称结构，将主轴箱置于立柱中间，这种结构最大特点是刚性、平衡性、散热性能好，为主轴箱高速运行提供了可靠保证。但是，双立柱结构不便于维护保养，是当今采用的厂家不多的原因。主轴箱移动多通过电机驱动滚珠丝杆进行传动，是主轴驱动核心传动装置，多采用静压轴承支承，由伺服电机驱动滚珠丝杆进行驱动。由于主轴转速越来越高，主轴升温快，现在，已有很多厂家将采用油雾冷却以替代油冷却，更有效地控制主轴升温，使其精度得到有效保证。 主轴系统主要有两种结构型式，一种是传统的镗杆伸缩式结构，具有镗深孔及大功率切削的特点；另一种是现代高速电主轴结构，具有转速高，运行速度快，高效、高精的优点。 精品课件文档，欢迎下载， 下载后可以复制、编辑。