轴的刚度校核

轴的弯曲刚度

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轴的弯曲刚度

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轴的弯曲刚度

轴在受载的情况下会产生弯曲变形,过大的弯曲变形也会影响轴上零件的正常工作,对于工作要求高的精密机械如机床等,如安装齿轮的轴,会因轴的变形影响齿轮的啮合正确性及工作平稳性;轴的偏转角θ 会使滚动轴承的内外圈相互倾斜,如偏转角超过滚动轴承的允许的转角,就显著降低滚动轴承的寿命;会使滑动轴承所受的压力集中在轴承的一侧,使轴径和轴承发生边缘接触,加剧磨损和导致胶合;轴的变形还会使高速轴回转时产生振动和噪音,影响机器的正常工作。又如机床的进给机构中的轴,过大的弯曲变形将使运动部件产生爬行,不能均匀进给,影响加工质量。对传动精度有严格要求的机床(如齿轮机床、螺纹机床、刻线机等),轴的过大扭转变形会严重影响机床的工作精度。在电机中,轴的过大挠度会改变电机转子和定子间的间隙,使电机性能恶化。

因此,对于精密机器的轴要进行弯曲刚度的校核,它用弯曲变形时所产生的挠度和偏转角来度量。轴的弯曲变形的精确计算较复杂,除受载荷的影响外,轴承以及各种轴上零件刚度,轴的局部削弱等因素对轴的变形都有影响。

光轴的挠度和偏转角一般按双支点梁计算,计算公式见表 轴的挠度及偏转角计算公式。对于阶梯轴,可近似按当量直径为dv的光轴计算。dv值按表 阶梯轴的当量直径dv计算公式所列公式计算。按当量直径法计算阶梯轴的挠度y与偏转角θ 时,误差可能达到+20%。所以对于十分重要的轴应采用更准确的计算法,详见材料力学。

在计算有过盈配合轴段的挠度时,应将该轴段与轮毂当作一整体来考虑,即取轴上零件轮毂的外径作为轴的直径。

如果轴上作用的载荷不在同一个面内,则应将载荷分解为两互相垂直平面上的分量,分别计算出两个平面内各截面的挠度(γx、γγ)和偏转角(θx、θγ),然后用几何法相加。如果在同一平面内作用有几个载荷,其任一截面的挠度和偏转角等于各载荷分别作用时该截面的挠度和偏转角的代数和(即y=∑yi,θ=∑θi)。

一般机械中轴的允许挠度yp 及偏转角θp 可按表 轴的允许挠度yp及偏转角θp选取。

轴的允许挠度yp及偏转角θp

轴的允许挠度yp及偏转角θp

条  件

yp

条  件

θp/rad

一般用途的轴

ymaxp=(0.0003~0.0005) l

滑动轴承处

θp=0.001

金属切削机床主轴

ymaxp=0.0002 l

向心球轴承处

θp=0.005

 

(l——支承间跨距)

向心球面轴承处

θp=0.05

安装齿轮处

yp=(0.01~0.03)mn

圆柱滚子轴承处

θp=0.0025

安装蜗轮处

yp=(0.02~0.05)mt

圆锥滚子轴承处

θp=0.0016

 

(mn、mt——齿轮法面及蜗轮端面模数)

安装齿轮处

θp=0.001~0.002

阶梯轴的当量直径dv计算公式

阶梯轴的当量直径dv计算公式                  mm

位置(参见表轴的挠度及偏转角计算公式简图)

载荷作用于支点间时

载荷作用于外伸端时

dv计算公式

说  明

l——支点间距离,mm

c——外伸端长度,mm

li、di——轴上第i段的长度和直径,mm

注:为计算方便,当量直径以形式保留不必开方(见表轴的挠度及偏转角计算公式中的公式)。

轴的挠度及偏转角计算公式

轴的挠度及偏转角计算公式

梁的类型及载荷简图

偏  转  角  θ/rad

挠  度  y/mm

B6D1D45A

B6D1D45B

B6D1D45C

B6D1D45D

说   明

F——集中载荷,N

M——外力矩,N·mm

a、b——载荷至左及右支点的距离,mm

x、x1——截面至左及右支点的距离,mm

dv2——载荷作用于外伸端时的当量直径,mm

l——支点间距,mm

c——外伸端长度,mm

dv1——载荷作用于支点间时的当量直径,mm

下脚标:A、B、C、D、x、x1等表示各该截面

注:1.如果实际作用载荷的方向与图示相反,则公式中的正负号应相应改变。

2.表中公式适用于弹性模量E=206×103MPa。

3.标有“*”的ymax计算公式适用于a>b的场合,ymax产生在A-D段。当a<b时,ymax产生在B-D段,计算时应将式中的b换成a,x换成x1,θA换成θB。

4.表中所列的受载情况为较典型的几种,其他轴受载情况下的偏转角及挠度计算见有关材料力学。

轴的变形许用值

变形 名称 变形许用值
弯曲 变形 挠度y 一般用途轴
刚度要求高的轴
安装齿轮的轴
安装蜗轮的轴
感应电动机轴
[y]=(0.0003~0.0005)L
[y]=0.0002L
[y]=(0.01~0.03)mn
[y]=(0.02~0.05)ms
[y]≤0.1δ
偏转角θ 滑动轴承处
深沟球轴承处
调心球轴承处
圆柱滚子轴承处
圆锥滚子轴承处
安装齿轮处
[θ]=0.001rad
[θ]=0.005rad
[θ]=0.05rad
[θ]=0.0025rad
[θ]=0.0016rad
[θ]=(0.001~0.002)rad
扭转 变形 扭转角φ 一般轴
精密传动轴
精度要求不高传动轴
重型机床走刀轴
起重机传动轴
[φ]=0.5°~1°/m
[φ]=0.25°~0.5°/m
[φ]≥1°/m
[φ]=5′/m
[φ]=15′~20′/m
说明 L──支承间跨距;δ──电动机定子与转子间的气隙;
mn──齿轮法面模数;ms──蜗轮端面模数

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