第5章轴5轴的功用和类型课件知识课件

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1、第5章轴5轴的功用和类型课件知识课件 第第15章轴15-1轴的功用和类型15-2轴的材料15-3轴的结构设计15-4轴的强度设计15-5轴的刚度设计.15-1轴的功用和类型功用用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。 类型型转轴-传递扭矩又承受弯矩。 按承受载荷分有分类按轴的形状分有带式运输机减速器电动机转轴15-1轴的功用和类型功用用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。 类型型转轴-传递扭矩又承受弯矩。 按承受载荷分有分类按轴的形状分有传动轴-只传递扭矩发动机后桥传动轴.15-1轴的功用和类型功用用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。 类型型转轴-传递

2、扭矩又承受弯矩按承受载荷分有分类按轴的形状分有传动轴-只传递扭矩心轴-只承受弯矩前轮轮毂固定心轴火车轮轴车厢重力前叉自行车前轮轴支撑反力转动心轴15-1轴的功用和类型功用用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。 类型型转轴-传递扭矩又承受弯矩按承受载荷分有分类按轴的形状分有传动轴-只传递扭矩心轴-只承受弯矩直轴曲轴.15-1轴的功用和类型功用用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。 类型型转轴-传递扭矩又承受弯矩按承受载荷分有分类按轴的形状分有传动轴-只传递扭矩心轴-只承受弯矩直轴曲轴挠性钢丝轴设计任务选材、结构设计、强度和刚度设计、确定尺寸等种类类碳素钢 35、 45

3、、 50、Q235轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。 15-2轴的材料合金钢:20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等等用途碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较多，尤其是45钢应用最广。 合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。 如用球墨铸铁制造曲轴和凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感较低、强度较好等优点。 为了改善力学性能正火或调质处理。 表15-1轴的常用材料及其主要力学性能材料及热处理毛坯直径mm硬度HBS强度极限b b屈服极限s sMPa弯曲疲劳极限-11应用说明Q235440240200用于不重要或载荷

4、不大的轴35正火520270250有较好的塑性和适当的强度，可用于一般曲轴、转轴。 100149187.设计任务使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。 15-3轴的结构设计设计要求1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装)2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位)3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定)4.改善应力状况，减小应力集中。 轴端挡圈带轮轴承盖套筒齿轮滚动轴承.典型轴系结构.装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应有退刀槽。 .为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。 零件的安装次序 一、制造安装要求倒角.零件的轴向定位由轴肩或

5、套筒来实现。 二、轴上零件的定位 4、5间的轴肩使齿轮在轴上定位， 1、2间的轴肩使带轮定位， 6、7间的轴肩使右端滚动轴承定位。 .轴肩-阶梯轴上截面变化之处。 起轴向定位作用。 轴肩套筒1212.轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。 三、轴上零件的固定齿轮受轴向力时，向右是通过 4、5间的轴肩，并由 6、7间的轴肩顶在滚动轴承的内圈上；向左则通过套筒顶在滚动轴承的内圈上。 带轮的轴向固定是靠 1、2间的轴肩和轴端当圈。 双向固定.无法采用套筒或套筒太长时，可采用双圆螺母加以固定。 轴肩的尺寸要求:r C1D dr DdrR hh b.轴向力较小时，可采弹性挡圈或紧定螺钉来实现。 周

6、向固定大多采用键、花键、或过盈配合等联接形式来实现。 为了加工方便，键槽应设计成同一加工直线上，且紧可能采用同一规格的键槽截面尺寸。 键槽应设计成同一加工直线.T T T TT Q方案b 四、改善轴的受力状况，减小应力集中输出输出输入T max=T1+T2T max=T11.改善受力状况T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理TTQ方案a输出输出输入F t F t.R dd/430?2.减小应力集中合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 应力集中出现在截面突然发生变化的。 措施1.用圆角过渡；2.尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽;3.重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、增大圆角半

7、径。 也可以减小过盈配合处的局部应力。 过渡肩环r凹切圆角B卸载槽也可以在轮毂上增加卸载槽B位置d/415-4轴的强度设计 一、按扭转强度计算轴的强度设计应根据轴的承载情况，采用相应的计算方法，常用方法有两种。 对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为设计公式为mmnPC3?MPa?n dP362.01055.9?TWT?3362.01055.9nPd?对于既传递扭转又传递弯矩的轴，可按上式初步估算轴的直径。 计算结果为最小直径！解释各符号的意义及单位轴的材料A3,20354540Cr,35SiMn(N/mm)1220203030404052C16013513511811810710792表表15

8、-2常用材料的值和C值注注:当作用在轴上的弯矩比传递的转矩小或只传递转矩时,C取较小值;否则取较大值应圆整为标准直径！.减速器中齿轮轴的受力为典型的弯扭合成。 在完成单级减速器草图设计后，外载荷与支撑反力的位置即可确定，从而可进行受力分析。 因b和的循环特性不同，折合后得1.0132bdM?12bMW? 二、按弯扭合成强度计算对于一般钢制轴，可用第三强度理论（最大切应力理论）求出危险截面的当量应力。 强度条件为422b be?l1l221T MW?2224?WTWMe?WMee?弯曲应力扭切应力WMb?TWT?32/3dM?31.0dM?WT2?代入得W-抗弯截面系数；W T-抗扭截面系数；3

9、221.0)(dT M?-折合系数M e-当量弯矩材材料b+1b0b-1b40013070405001707545600xx55570023011065800270130759003001408010003301509050012070404001005030表表15-3轴的许用弯曲应力碳素钢合金钢铸钢折合系数取值=0.3-转矩不变；0.6-脉动变化；1-频繁正反转。 静应力状态下的许用弯曲应力mmMdbe311.0?设计公式折合系数取值=0.3-转矩不变；0.6-脉动变化；1-频繁正反转。 mmMdbe311.0?设计公式材材料b+1b0b-1b40013070405001707545600

10、xx55570023011065800270130759003001408010003301509050012070404001005030表表15-3轴的许用弯曲应力碳素钢合金钢铸钢脉动循环状态下的许用弯曲应力折合系数取值=0.3-转矩不变；0.6-脉动变化；1-频繁正反转。 mmMdbe311.0?设计公式材材料b+1b0b-1b40013070405001707545600xx55570023011065800270130759003001408010003301509050012070404001005030表表15-3轴的许用弯曲应力碳素钢合金钢铸钢对称循环状态下的许用弯曲应力.N2

11、12319321462860?对2点取矩N Fv4287212364101?193214628602936410?举例计算某减速器输出轴危险截面的直径。 已知作用在齿轮上的圆周力F t=17400N,径向力，F r=6140N,轴向力F a=2860N,齿轮分度圆直径d2=146mm,作用在轴右端带轮上外力F=4500N（方向未定）,L=193mm,K=206mm L/2L KF t F r F a F FA F a F r F1v F2v12解1)求垂直面的支反力和轴向力Ld FL FFarv2221?v rvF F F12?=F a a AF F?d2a ad P231.N90348034

12、500?M avMav F t F1H F2H M aH F1F F2F2)求水平面的支反力L/2L KF tF r F a F FA F a F r F1v F2v12=F ad2a ad P231NLK FFF48031932645001?87002/21?t HHF F FF3)求F力在支点产生的反力F FF F F12?4)绘制垂直面的弯矩图2/193.04287?aVM2/2L F MV aV?m N?4142/193.02123?aVM2/1L F MVaV?m N?2055)绘制水平面的弯矩图2/193.08700?aVM2/1L F MH aH?m N?840.M aM avM

13、av F tF1H F2H MaH F1FF2FM2F6)求F力产生的弯矩图L/2L KFtFrF aFFA F aFrF1v F2v12=Fad2a ad P231F7)绘制合成弯矩图22840414463?22aH aVaF aM M M M?m N?1400206.4500?aVM KFMF?2m N?927a-a截面F力产生的弯矩为2/193.04803?aVM2/1L FMF aF?m N?463M aF22840205463?22)(aH aVaF aMMMM?m N?1328Ma.MaM avMav FtF1H F2H MaH F1FF2FM2F8)求轴传递的转矩L/2L KFt

14、FrFaFFA FaFrF1v F2v12=Fad2aad P231F9)求危险截面的当量弯矩M aF22)(T MMa e?M2Ma2/146.0174002?T2/2d FTt?m N?1270T扭切应力为脉动循环变应力，取折合系数:=0.622)12706.0(1400T Me?m N?1600m NM MF?92722求考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大4%，故得mm d67?10)计算危险截面处轴的直径33601.0101600?311.0beMd?m N?4.64选45钢，调质，b=650MPa,-1b=60MPa符合直径系列。 按弯扭合成强度计算轴径的一般步骤1.将外载荷分解到水平面和垂直面。 求垂直面支撑反力F V和水平面支撑反力F H;2.作垂直弯矩M V图和弯矩M H图;3.作合成弯矩M图；4.作转矩T图；5.弯扭合成，作当量弯矩M e图；6.计算危险截面轴径:22)(T MMe?22V HMMM?mmMdbe311.0?1.若危险截面上有键槽，则应加大4%2.若计算结果大于结构设计初步估计的轴径，则强度不够，应修改设计；3.若计算结果小于结构