軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的剛度計(jì)算

1、16.1 概述,功用：軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。,16.1.1 軸的分類,按照承受載荷的不同，軸可分為：,1. 轉(zhuǎn)軸─同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動(dòng)心軸,固定心軸,如：齒輪軸,火車輪軸,3. 傳動(dòng)軸─主要承受轉(zhuǎn)矩的軸，不受彎矩或彎矩很小，如汽車的傳動(dòng)軸。,除了剛性軸外，還有鋼絲軟軸，可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳,直軸根據(jù)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(shí)心軸，有特殊要求時(shí)也可制成空心軸。,16.1 概述,到不開(kāi)敞地空間位置。,橋式起重機(jī),大車行走機(jī),構(gòu)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(jī)械性能（見(jiàn)下頁(yè)）,16.1 概述,16.1 概述,16.1.3 軸設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題,2.結(jié)構(gòu)：軸向、周向定位；工藝要求；安裝和維修,3.工作能力：強(qiáng)度、剛度、耐磨性和振動(dòng)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(jiàn)前述,16.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(yīng)用鍛造毛坯。鑄造毛坯應(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhì)以及聯(lián)結(jié)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(yīng)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(shí)可以減小軸上的載荷。,(2)減小軸上彎矩。,(3)改變零件的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)軸),16.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),,,改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)也可以減小軸上的最大載荷。,,,,,,,,,,,

5、,,,,,,16.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),2.軸在軸上零件定位、固定可靠、裝拆方便,見(jiàn)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(duì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),(4) 非定位軸肩的設(shè)置：便于緊配合處的安裝,4.盡量避免應(yīng)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(guò)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(lián)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(jié)構(gòu)。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,詳見(jiàn) P311 圖16.3,軸肩由定位面和內(nèi)圓角組成,,,

7、軸肩處,16.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),16.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(guò)盈配合等聯(lián)接。,16.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算,軸的強(qiáng)度計(jì)算主要由三種方法（據(jù)軸受載及對(duì)安全要求）,設(shè)計(jì)思路：,（1）按許用切應(yīng)力計(jì)算,（2）許用彎曲應(yīng)力計(jì)算；,（3）安全系數(shù)校核計(jì)算。,16.3.1 按許用切應(yīng)力計(jì)算,1.應(yīng)用（僅與T有關(guān)）,(1)傳動(dòng)軸計(jì)算（主要T）,(2)需初步結(jié)構(gòu)化的轉(zhuǎn)軸（只知T）,(3

8、)不重要轉(zhuǎn)軸的計(jì)算（將M影響折算進(jìn)行 內(nèi)）,16.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算,2.算式,強(qiáng)度條件：,(16.1),設(shè)計(jì)式：,(16.2),式中：,16.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算,16.3.2 按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算（彎扭組合計(jì)算）,1.應(yīng)用,(1)（初步結(jié)構(gòu)化）已知跨度的轉(zhuǎn)軸（支點(diǎn)確定）,(2)一般為重要的轉(zhuǎn)軸,2.算式,彎曲應(yīng)力 一般計(jì)算順序如下：,(1)畫(huà)空間受力簡(jiǎn)圖；,(2)作水平、垂直平面受力圖；,(3)作

9、 ；作 ；,(4)作合成 ；,由第三強(qiáng)度理論,M、T載荷性質(zhì)相同：,(5)作T圖 ；,M、T載荷性質(zhì)不同時(shí)：,將 修正成與 性質(zhì)相同的應(yīng)力（引入 ）,16.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算,16.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算,(16.3),(8)設(shè)計(jì)式,(16.4),對(duì)于不變T：,對(duì)于脈動(dòng)循環(huán)的T：,對(duì)于對(duì)稱循環(huán)的T：,式中 －應(yīng)力修正系數(shù)；,

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

11、）作合成彎曲圖M（圖f）,逐點(diǎn)合成,（7）作T圖（圖g）,（8）作當(dāng)量彎矩圖 (圖h),逐點(diǎn)合成,(f),(g),(h),16.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算,（9）計(jì)算d作等強(qiáng)度軸,（10）進(jìn)一步結(jié)構(gòu)化（尺寸細(xì)化，加工、配合得知）,16.3.3 安全系數(shù)校核計(jì)算,1.應(yīng)用：(1)結(jié)構(gòu)細(xì)化的重要軸（改善薄弱環(huán)節(jié)）,(2)只限危險(xiǎn)截面處,2.算式,(1)疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)的校核計(jì)算（防疲勞破壞）,確定危險(xiǎn)截面,16.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算,彎

12、曲作用下的安全系數(shù),扭轉(zhuǎn)作用下的安全系數(shù),(16.5),式中：,16.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算,,,,,,,16.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算,(16.6),(2)靜強(qiáng)度安全系數(shù)校核計(jì)算,（防止尖峰載荷出現(xiàn)時(shí)軸塑性變形）,16.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算,(16.7),16.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算,例題16.2見(jiàn)P316,16.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算,16.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算,16.4 軸的剛度計(jì)算,1.目的：防止彎曲、扭轉(zhuǎn)變形過(guò)大而影響機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這是工程上布允

13、許的,例：,2.計(jì)算,剛度：指軸所載荷與受載后產(chǎn)生的彈性變形比值,16.4 軸的剛度計(jì)算,16.5 軸的臨界轉(zhuǎn)速,1.目的：防止共振的破壞。,2.軸的振動(dòng)與臨界轉(zhuǎn)速,軸的振動(dòng),橫向振動(dòng),扭轉(zhuǎn)振動(dòng),縱向振動(dòng),(4)主軸軸承徑向間隙的調(diào)整，根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行調(diào)整。 　　4.工作臺(tái)快速移動(dòng)離合器的調(diào)整要求 　　(1)摩擦離合器脫開(kāi)時(shí)，摩擦片之間的總和間隙不應(yīng)該少于2～3mm。 　　(2)摩擦離合器閉合時(shí)，摩擦片應(yīng)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(huì)有響聲。編輯本段龍門銑床的常見(jiàn)故障　　龍門銑床大都由鋼或鑄鐵制成，在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，由于兩個(gè)接觸面間存在不同程度的摩擦，會(huì)造成銑床導(dǎo)軌表面產(chǎn)生不同程度的磨損 ，嚴(yán)重影響設(shè)備的加工精度和生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)修復(fù)方法通常采用金屬板鑲貼或更換等方法，但需要進(jìn)行大量精確的加工制造和人工刮研，修復(fù)需要的工序多，工期長(zhǎng)。目前針對(duì)龍門銑床劃傷、拉傷問(wèn)題可以采用高分子復(fù)合材料解決，其中應(yīng)

15、有成熟的有美嘉華技術(shù)體系。由于材料具有出色的粘著力、抗壓強(qiáng)度及耐油、耐磨性能，可為部件提供一個(gè)長(zhǎng)久的保護(hù)層。只需幾個(gè)小時(shí)即可將機(jī)床劃傷的部位修復(fù)完畢，投入使用，相對(duì)傳統(tǒng)方法操作更為簡(jiǎn)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(shù)特點(diǎn)　　臥式鏜銑床的發(fā)展以其注入加速度概念而倍受關(guān)注，為高速運(yùn)行作技術(shù)支撐的傳動(dòng)元件電主軸、直線電機(jī)、線性導(dǎo)軌等得到廣泛應(yīng)用，將機(jī)床的運(yùn)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(shè)計(jì)解

16、決了電主軸與鏜桿移動(dòng)伸縮式結(jié)構(gòu)各存利弊的不足，具有復(fù)合加工與一機(jī)兩用的功效，也是臥式鏜銑床的一大技術(shù)創(chuàng)新。 　　落地式銑鏜床的發(fā)展以其新的設(shè)計(jì)理念引領(lǐng)現(xiàn)代加工的潮流，以高速加工為理念的無(wú)鏜軸滑枕式、多種銑頭交換使用的結(jié)構(gòu)型式盡顯風(fēng)采，大有替代傳統(tǒng)銑削加工的趨勢(shì)。以兩坐標(biāo)擺角銑頭為代表的各種銑頭附件成為實(shí)現(xiàn)高速、高效復(fù)合加工的主要手段，其工藝性能更廣，功率更大，剛性更強(qiáng)，是落地銑鏜床發(fā)展的一大突破。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)　　臥式鏜銑床 　　臥式鏜銑

17、床的主要關(guān)鍵部件是主軸箱，安裝在立柱側(cè)面，也有少數(shù)廠家采用雙立柱的熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)，將主軸箱置于立柱中間，這種結(jié)構(gòu)最大特點(diǎn)是剛性、平衡性、散熱性能好，為主軸箱高速運(yùn)行提供了可靠保證。但是，雙立柱結(jié)構(gòu)不便于維護(hù)保養(yǎng)，是當(dāng)今采用的廠家不多的原因。主軸箱移動(dòng)多通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿進(jìn)行傳動(dòng)，是主軸驅(qū)動(dòng)核心傳動(dòng)裝置，多采用靜壓軸承支承，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。由于主軸轉(zhuǎn)速越來(lái)越高，主軸升溫快，現(xiàn)在，已有很多廠家將采用油霧冷卻以替代油冷卻，更有效