軸的強度校核例題與方法

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1、1.2軸類零件的分類根據(jù)承受載荷的不同分為：1）轉軸：定義：既能承受彎矩又承受扭矩的軸2）心軸：定義：只承受彎矩而不承受扭矩的軸3）傳送軸：定義：只承受扭矩而不承受彎矩的軸4）根據(jù)軸的外形，可以將直軸分為光軸和階梯軸；5）根據(jù)軸內部狀況，又可以將直軸分為實心軸和空。1.3軸類零件的設計要求1.3.1、軸的設計概要⑴軸的工作能力設計。主要進行軸的強度設計、剛度設計，對于轉速較高的軸還要進行振動穩(wěn)定性的計算。⑵軸的結構設計。根據(jù)軸的功能，軸必須保證軸上零件的安裝固定和保證軸系在機器中的支撐要求，同時應具有良好的工藝性。一般的設計步驟為：選擇材料，初估軸徑，結構設計，強度校核，必要時要進行剛度校核和

2、穩(wěn)定性計算。1.3.2、軸的材料軸是主要的支承件，常采用機械性能較好的材料。常用材料包括：碳素鋼：該類材料對應力集中的敏感性較小，價格較低，是軸類零件最常用的材料。常用牌號有：30、35、40、45、50。采用優(yōu)質碳素鋼時應進行熱處理以改善其性能。受力較小或不重要的軸，也可以選用Q235、Q255等普通碳鋼。45鋼價格相對比較便宜，經(jīng)過調質（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達45-52HRC，是軸類零件的常用材料。合金鋼具有更好的機械性能和熱處理性能，可以適用于要求重載、高溫、結構尺寸小、重量輕等使用場合的軸，但對應力集中較敏感，價格

3、也較高。設計中尤其要注意從結構上減小應力集中，并提高其表面質量。40Cr等合金結構鋼適用于中等精度而轉速較高的軸類零件，這類鋼經(jīng)調質和淬火后，具有較好的綜合機械性能。軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn，經(jīng)調質和表面高頻淬火后，表面硬度可達50-58HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。精密機床的主軸（例如磨床砂輪軸、坐標鏜床主軸）可選用38CrMoAIA氮化鋼。這種鋼經(jīng)調質和表面氮化后，由于此鋼氮化層硬度高，耐磨性好，而且能保持較軟的芯部，因此耐沖擊韌性好，還具備一定的耐熱性和耐蝕性。與滲碳淬火鋼比較，它有熱處理變形很小，硬度更高的特性，是目前工業(yè)中應用最廣泛的氮化

4、鋼。鑄鐵：對于形狀比較復雜的軸，可以選用球墨鑄鐵和高強度的鑄鐵。它們具有較好的加工性和吸振性，經(jīng)濟性好且對應力集中不敏感，但鑄造質量不易保證。1.3.3、軸的結構設計根據(jù)軸在工作中的作用，軸的結構取決于：軸在機器中的安裝位置和形式，軸上零件的類型和尺寸，載荷的性質、大小、方向和分布狀況，軸的加工工藝等多個因素。合理的結構設計應滿足：軸上零件布置合理，從而軸受力合理有利于提高強度和剛度；軸和軸上零件必須有準確的工作位置；軸上零件裝拆調整方便；軸具有良好的加工工藝性；節(jié)省材料等。1).軸的組成軸的毛坯一般采用圓鋼、鍛造或焊接獲得，由于鑄造品質不易保證，較少選用鑄造毛坯。軸主要由三部分組成。軸上被支

5、承，安裝軸承的部分稱為軸頸；支承軸上零件，安裝輪轂的部分稱為軸頭；聯(lián)結軸頭和軸頸的部分稱為軸身。軸頸上安裝滾動軸承時，直徑尺寸必須按滾動軸承的國標尺寸選擇，尺寸公差和表面粗糙度須按規(guī)定選擇；軸頭的尺寸要參考輪轂的尺寸進行選擇，軸身尺寸確定時應盡量使軸頸與軸頭的過渡合理，避免截面尺寸變化過大，同時具有較好的工藝性。2).結構設計步驟設計中常采用以下的設計步驟：1.分析所設計軸的工作狀況，擬定軸上零件的裝配方案和軸在機器中的安裝情況。2.根據(jù)已知的軸上近似載荷，初估軸的直徑或根據(jù)經(jīng)驗確定軸的某徑向尺寸。3.根據(jù)軸上零件受力情況、安裝、固定及裝配時對軸的表面要求等確定軸的徑向（直徑）尺寸。4.根據(jù)軸

6、上零件的位置、配合長度、支承結構和形式確定軸的軸向尺寸。5.考慮加工和裝配的工藝性，使軸的結構更合理。3).零件在軸上的安裝保證軸上零件可靠工作，需要零件在工作過程中有準確的位置，即零件在軸上必須有準確的定位和固定。零件在軸上的準確位置包括軸向和周向兩個方面。⑴零件在軸上的軸向定位和固定常見的軸向定位和固定的方法采用軸肩、各種擋圈、套筒、圓螺母、錐端軸頭等的多種組合結構。軸肩分為定位軸肩和非定位軸肩兩種。利用軸肩定位結構簡單、可靠，但軸的直徑加大，軸肩處出現(xiàn)應力集中；軸肩過多也不利于加工。因此，定位軸肩多在不致過多地增加軸的階梯數(shù)和軸向力較大的情況下使用，定位軸肩的高度一般取3-6mm，滾動軸

7、承定位軸肩的高度需按照滾動軸承的安裝尺寸確定。非定位軸肩多是為了裝配合理方便和徑向尺寸過度時采用，軸肩高度無嚴格限制，一般取為1-2mm。套筒定位可以避免軸肩定位引起的軸徑增大和應力集中，但受到套筒長度和與軸的配合因素的影響，不宜用在使套筒過長和高速旋轉的場合。擋圈的種類較多，且多為標準件，設計中需按照各種擋圈的用途和國標來選用。⑵零件在軸上的周向定位和固定常見的周向定位和固定的方法采用鍵、花鍵、