《机械设计基础第14章轴(1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础第14章轴(1)（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第14章 轴,141 轴的功用和分类,142 轴的材料及选择,143 轴的结构设计,140 工程实际中的轴,144 轴的强度计算,145 轴的刚度设计,工程实际中的轴,工程实际中的轴,工程实际中的轴,工程实际中的轴,工程实际中的轴,工程实际中的轴,工程实际中的轴,工程实际中的轴,工程实际中的轴,工程实际中的轴,14-1 轴的功用及分类,一、轴的功用,二、轴的分类,按承载情况分,转轴,支承传动零件 传递运动和力,同时承受弯矩和扭矩,一、轴的功用,14-1 轴的功用及分类,二、轴的分类,按承载情况分,转轴,支承传动零件 传递运动和力,心轴,固定心轴,只承受弯矩,一、轴的功用,14-1 轴的功用及分
2、类,二、轴的分类,按承载情况分,转轴,支承传动零件 传递运动和力,心轴,固定心轴,转动心轴,只承受弯矩,一、轴的功用,14-1 轴的功用及分类,二、轴的分类,按承载情况分,转轴,支承传动零件 传递运动和力,心轴,固定心轴,转动心轴,传动轴,只承受扭矩,一、轴的功用,14-1 轴的功用及分类,二、轴的分类,按承载情况分,转轴,支承传动零件 传递运动和力,心轴,固定心轴,转动心轴,传动轴,按轴线形状分,直轴,一、轴的功用,14-1 轴的功用及分类,二、轴的分类,按承载情况分,转轴,支承传动零件 传递运动和力,心轴,固定心轴,转动心轴,传动轴,按轴线形状分,直轴,曲轴,一、轴的功用,14-1 轴的功
3、用及分类,二、轴的分类,按承载情况分,转轴,支承传动零件 传递运动和力,心轴,固定心轴,转动心轴,传动轴,按轴线形状分,直轴,曲轴,一、轴的功用,14-1 轴的功用及分类,二、轴的分类,按承载情况分,转轴,支承传动零件 传递运动和力,心轴,固定心轴,转动心轴,传动轴,按轴线形状分,直轴,曲轴,钢丝软轴,转轴：同时承受弯矩和扭矩 心轴：只受弯矩，不受扭矩 固定心轴 转动心轴 传动轴：主要受扭矩，不受弯矩或弯矩很小,14-1 轴的功用及分类,各种轴的受力,内容 工作能力的设计 强度-保证安全使用 刚度-保证工作精度 振动稳定性-保证高速轴正常工作 结构设计 特点 边计算、边画图、边修改-“三边”设
4、计方法,14-1 轴的功用及分类,三、轴设计的内容、特点,22,选择材料,初算轴径,结构设计,强度、刚度计算,确定轴的结构尺寸、绘图,N,Y,四、轴的设计步骤,14-1 轴的功用及分类,一般用途的轴：优质中碳钢-30、40、45、50 次要的轴：Q235、Q255、Q275 重要的轴：合金钢 耐磨性要求高：12CrNi、20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，轴颈渗碳淬火 高速重载：40Cr、40CrNi、35CrMo等合金钢，表面淬火、调质 形状复杂的轴：QT600、ZG45,注意：200以下的碳钢、合金钢E值相差不大,142 轴的材料及其选择,轴的常用材料及其主要力学特性表,143 轴的结
5、构设计,典型轴系结构,143 轴的结构设计,一、轴的结构设计的内容与要求,内容：确定轴的外形和全部结构尺寸,要求：,轴和轴上零件要有准确的定位 轴上零件应便于装拆和调整 轴应具有良好的制造工艺性 结构上要有利于提高轴的强度、刚度，尽量减少应力集中 有利于节省材料、减轻重量,143 轴的结构设计,拟定轴上零件装配方案 轴上零件的定位 各段轴直径和长度的确定 提高轴的强度和刚度的措施 轴的结构工艺性,二、轴的结构设计,143 轴的结构设计,轴肩或轴环 套筒 弹性挡圈 圆螺母加止动垫圈、双圆螺母 紧定螺钉、锁紧挡圈、销钉 轴端挡圈 圆锥面,（二）轴上零件的定位-轴向定位,143 轴的结构设计,143
6、 轴的结构设计,1）轴肩、轴环,结构简单，定位可靠，可承受较大轴向力,特点,143 轴的结构设计,轴肩的尺寸要求:,r C 或 r R,或h(0.070.1)d,(与滚动轴承相配合处的h和b值,见轴承标准),一般，定位轴肩：h(35）mm,非定位轴肩:h(0.51)mm,轴环宽度:b1.4h,143 轴的结构设计,143 轴的结构设计,2）套筒,特点,结构简单,定位可靠,用于零件间距 较小场合,轴转速较高时不易选用,143 轴的结构设计,特点,结构简单,只能承受很小的轴向力,143 轴的结构设计,3）弹性挡圈,固定可靠,装拆方便,可承受较大轴向力,但螺纹对轴削弱较大.,4）圆螺母加止动垫片,1
7、43 轴的结构设计,5）双圆螺母,143 轴的结构设计,适用于轴向力很小,转速很低或 为防止零件偶然沿轴向滑动的 场合,亦可用于周向固定,6）紧定螺钉 锁紧挡圈,143 轴的结构设计,143 轴的结构设计,适用于固定轴端零件,特点,7）轴端挡圈,143 轴的结构设计,143 轴的结构设计,能消除轴与轮毂间的径向间 隙,装拆较方便,对中性好,可兼 作周向固定,但加工较困难,8）圆锥面,143 轴的结构设计,键 花键 销 过盈联接 成型联接,（二）轴上零件的定位-周向定位,143 轴的结构设计,21,特点,装拆方便，互换性好，但对轴强度有削弱,143 轴的结构设计,1）键,特点,精度要求较高，定心
8、性好， 拆装方便，但制造需用专用 设备和工具。,2）花键,143 轴的结构设计,圆柱销,圆锥销,只能传递较小扭矩,互换性好, 拆装方便,但对轴强度削弱较大.,3）销,143 轴的结构设计,轴上零件的定位方法,有配合要求的轴段注意配合零件的要求，尽量采用标准直径； 与标准件配合的轴段采用相应的标准值，例如：滚动轴承、联轴器、密封装置，应满足装配尺寸要求。 非标准轴段： 定位轴肩 h(35)mm 非定位轴肩 h(0.51)mm 轴上零件安装时，所经过轴上各段直径应小于安装零件轮毂直径，以便于装拆。 滚动轴承定位轴肩高度必须低于内圈端面高度，以便于拆卸，具体尺寸由标准查出。,（三）各轴段直径的确定,
9、143 轴的结构设计,143 轴的结构设计,主要根据： 轴上零件的轴向尺寸 相邻零件之间的距离 轴上零件的装拆和轴向固定,一般: 轮毂长度L=(1.52)d 毂比轴长23mm,（四）各轴段长度的确定,143 轴的结构设计,详细说明,轴肩直径较小的一边需磨削或车削螺纹时，须留出砂轮越程槽、退刀槽；,（五）轴的结构工艺性,143 轴的结构设计,轴端应制出45的倒角；,砂轮越程槽,退刀槽,一根轴上的圆角尽可能统一，退刀槽、越程槽、倒角尽量取同样尺寸；,不同轴段的键槽宽度尽可能一致，并布置在同一母线上；,143 轴的结构设计,轴段的阶梯数量要尽可能少。,Tmax= T1,Tmax = T2,合理,不合
10、理,143 轴的结构设计,（五）提高轴的强度和刚度的措施,1、合理布置传动零件位置，以减小轴上载荷,23,143 轴的结构设计,2、改进轴上零件结构，以减小轴上载荷,合理,不合理,3、改进轴的结构以减小应力集中 轴结构要尽量避免突然变化，增大过渡圆角半径，可采用,143 轴的结构设计,内凹圆角,隔离环,轴与轮毂为过盈配合时，配合边缘会产生较大的应力集中，为了减小应力集中，可在轴或毂上开卸荷槽，或加大配合部分直径。,143 轴的结构设计,盘铣刀比端铣刀加工的键槽在过渡处产生的应力集中小；渐开线花键比矩形花键在齿根处的应力集中小，设计时要适当考虑。,143 轴的结构设计,端铣刀,盘铣刀,4、改进轴
11、的表面质量以提高轴的疲劳强度 表面强化处理，方法有：表面高頻淬火等热处理；表面渗碳、氰化、氮化等化学热处理；辗压、噴丸等强化处理； 合理减小轴的表面及圆角处的加工粗糙度值。,143 轴的结构设计,-设计公式,一、按扭转强度条件计算,144 轴的强度计算,轴的扭转强度条件为：,为了计及键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径,作出轴的计算简图(即力学模型)，求支承反力,二、按弯扭合成强度条件计算,144 轴的强度计算,轴的载荷简化 将轴上的分布载荷简化为集中力，作用在轮毂宽度的中点； 轴毂采用过盈配合时，由于轴的弹性变形，载荷分布要向轴的两端集中； 作用在轴上的扭矩从传动件轮毂宽度中点算起； 忽略上
12、零件的自重及轴承中的摩擦力。,144 轴的强度计算,将轴上的分布载荷简化为集中力，作用在轮毂宽度的中点；,轴毂采用过盈配合时，由于轴的弹性变形，载荷分布要向轴的两端集中；,轴的支承简化,144 轴的强度计算,e与轴承的宽径比有关,144 轴的强度计算,Ft,Fa,Ft,Fr,FH2,FH1,MH,Fr,Fa,MV1,B,A,C,D,FV2,MH,FV1,FV1,MV2,M1,M2,MV,T,T,FV1,FV1,FH1,FV2,FH2,M=,水平面受力图,水平面弯矩图,垂直面受力图,垂直面弯矩图,合成弯矩图,扭矩图,T,T,作出轴的计算简图,画出垂直面受力图及弯矩图MV,画出水平面受力图及弯矩图MH,画出合成弯矩图M,画出扭矩图T,校核轴的强度,144 轴的强度计算,a为考虑弯曲应力和扭转切应力循环特性不同时的折合系数。,式中b为对称循环变应力时轴的许用弯曲应力（可查表）；,变形量的描述：,挠度 y,、转角,、扭角,设计要求：,y y,145 轴的刚度计算,轴的允许挠度及允许偏转角,二、轴的扭转变形计算,一、轴的弯曲变形计算,145 轴的刚度计算,表14-5 轴的允许挠度及允许偏转角,
