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1、青岛科技大学专用 潘存云教授研制,第15章 轴,15-1 概 述,15-2 轴的结构设计,15-3 轴的计算,带传动和链传动都是通过中间挠性件传递运动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合。与齿轮传动相比，它们具有结构简单，成本低廉等优点。,15-4 轴的设计实例,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,15-1 概 述,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,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：,一、轴的用途及分类,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,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,转轴-传递扭矩又承受弯
2、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,一、轴的用途及分类,15-1 概 述,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,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,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,固定心轴,火车轮轴,一、轴的用途及分类,15-1 概 述,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,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,转轴-传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分有：,分类：,传动轴-只传递扭矩,心轴-只承受弯矩,直轴,一、轴的用途及分类,15-
3、1 概 述,光轴,阶梯轴,按轴的形状分有：,一般情况下，直轴做成实心轴，需要减重时做成空心轴,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,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,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,一、轴的用途及分类,15-1 概 述,光轴,阶梯轴,曲轴,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,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,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,一、轴的用途及分
4、类,15-1 概 述,光轴,阶梯轴,曲轴,挠性钢丝轴,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,设计任务：选材、结构设计、工作能力计算。,二、轴设计的主要内容,轴的结构设计： 根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。,工作能力计算： 轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。,轴的设计过程：,选择材料,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,种类,碳素钢：35、45、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。,三、 轴的材料,合金钢: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等,用途：碳素结构钢因具
5、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,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,表15-1 轴的常用材料及其主要力学性能,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。,15-2 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。,青
6、岛科技大学专用 潘存云教授研制,一、拟定轴上零件的装配方案,装配方案：确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互 关系。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。,图示减速器输出轴就有两种装配方案。,圆锥圆柱齿轮二级减速器,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一合理 。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,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
7、变化之处。起轴向定位作用。,定位方法：轴肩、套筒、圆螺母、挡圈、轴承端盖。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。,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,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,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 C1 或 r R,b1.4h(与滚动轴承相配合处的h和b值,见轴承标准),轴端挡圈,h(0.07d+3)(0.1d+5)mm,装在轴端上的零件往往采用轴端挡圈圆锥
8、面定位。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,轴向力较小时，可采弹性挡圈或紧定螺钉来实现。,周向固定大多采用键、花键、过盈配合或型面联接等形式来实现。,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,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,三、各轴段直径和长度的确定,确定轴段直径大小的基本原则：,最小轴径dmin的确定:,轴段直径大小取决于作用在轴上的载荷大小；,1. 按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径dmin。,4. 有配合要求的零件要便于装拆。,3. 安装标准件的轴径，应满足装配尺寸要求。,2. 有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。
9、,T扭矩 ，,T许用应力，,WT抗扭截面系数，,P功率，n转速，,d计算直径，,A0材料系数。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,标准直径应按优先数系选取：,优先数-表中任意一个数值。,大于10的优先数，可将表数值分别乘以10、100、1000 。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,常用的与轴相配的标准件有滚动轴承、联轴器等。 配合轴段的直径 应由标准件和配合性质确定。,1) 装配轴承,与滚动轴承配合段轴径一般为5的倍数；( 20385 mm),与滑动轴承配合段轴径应采用标准直径系列轴套： 32、35、38、40、45、48、50、55、60、65、70 .,2) 装配联轴器,配合段直径应符合
10、联轴器的尺寸系列：,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,便于零件的装配，减少配合表面的擦伤的措施：,为了便于轴上零件的拆卸，轴肩高度不能过大。,2) 配合段前端制成锥度；,3) 配合段前后采用不同的尺寸公差。,1) 在配合段轴段前应采用较小的直径；,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,四、提高轴的强度的常用措施,图示为起重机卷筒两种布置方案。A图中大齿轮和卷筒联成一体，转距经大齿轮直接传递给卷筒，故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩。图b中轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷相同时，图a结构轴的直径要小。,Tmax= T1+T2,Tmax = T1,1.改进轴上零件的结构,当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的
11、载荷，应将输入轮布置在中间。,合理,不合理,2.合理布置轴上零件,轴径大,轴径小,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,3.改进轴的局部结构可减小应力集中的影响,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或过盈配合边缘处。,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、过渡肩环、 凹切圆角、增大圆角半径。也可以减 小过盈配合处的局部应力。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,轴上开卸载槽 应力集中系数可减少1525%,3）采取增加卸载槽、增大轴径、过渡肩环、凹切圆角、 等也可以减小过盈配合处的局部应力。,青岛科技大学专用 潘
12、存云教授研制,4.改善轴的表面质量可提高轴的疲劳强度,1）表面愈粗糙疲劳强度愈低； 提高表面粗糙度；,轴的表面粗糙度和强化处理方法会对轴的疲劳强度产生影响,2）表面强化处理的方法有：, 表面高频淬火；, 表面渗碳、氰化、氮化等化学处理；, 碾压、喷丸等强化处理。,通过碾压、喷丸等强化处理时可使轴的表面产生预压应力，从而提高轴的疲劳能力。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,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。在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单，工艺性越好。零件的安装次序,五、轴的结构工艺性,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。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,15
