《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 李立机械设计基础PPT(12、14) 第14章 轴》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 李立机械设计基础PPT(12、14) 第14章 轴（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、教学目标,重点难点,教学内容,小结作业,第十四章 轴,教学目标,教学目标： 1. 明确轴的功用、分类及常用材料； 2.掌握轴的结构分析方法和结构设计特点； 3.具有对轴的工作能力进行计算的能力； 4.掌握轴的使用与维护相关知识。,首页,14.1 轴的类型及应用,14.2 轴的材料,14.3 轴的结构设计,14.4 轴的工作能力计算,14.5 轴的使用与维护,教学内容,首页,重点：轴的工作能力计算。 难点：轴的结构设计。,首页,重点难点,14.1 轴的类型及应用,返回,14.1.1 轴的类型及应用,轴的主要作用是支承轴上零件（如齿轮、蜗轮、飞轮等）来实现其回转或摆动，使其有确定的工作位置，并传递
2、运动和动力。,1.按轴承承受载荷不同分类,(1) 心轴: 只承受弯矩M0；不传递转矩T=0。又可分为转动心轴（工作时轴转动，如图14-1a所示火车机车车轴）和固定心轴（工作时轴不转动，如图14-1b所示自行车前轮轴）。,轴的类型及应用,（a）火车车轴,（b）自行车前轮轴,图14-1 心轴,轴的类型及应用,返回,(2) 传动轴 : 只传递转矩T0；不承受弯矩或弯矩很小M=0，结构较细长。如图14-2所示的汽车传动轴。,图14-2 汽车传动轴,轴的类型及应用,(3) 转轴: 同时承受转矩和弯矩M0 ；T0，机械中大多数轴都是转轴。如安装齿轮、带轮、链轮的轴，如图14-3所示的减速器中的齿轮轴。,图
3、14-3 齿轮轴,轴的类型及应用,2. 按轴线的形状分类,(1) 直轴:各旋转面具有同一旋转中心，按外形不同又可分为光轴（如图14-4a所示）和阶梯轴（如图14-4b所示）,有时为了减少重量或为了满足某些机器上的结构需要，也可采用空心轴（如图14-4c所示）。,轴的类型及应用,(2) 曲轴:各旋转面有几个不重合的轴线，可以实现直线运动和旋转运动的转换，如图14-5所示。,(3) 挠性钢丝软轴:不受空间的限制可以将扭转或旋转运动灵活地传到任何所需的位置，但不能承受弯矩，多用于传递扭矩不大的传动装置，也可用于受连续振动的场合以缓和冲击，如图14-6所示。,14.2 轴的材料,返回,14.2.1 轴
4、的常用材料,2材料及材料牌号类型 几种常用材料及其主要力学性能见表14-1 （1）碳素钢 （2）合金钢 （3）合金铸铁或球墨铸铁,1对材料的要求： 轴要承受扭转应力和弯曲应力等作用，其可能的失效形式有疲劳断裂、过载断裂、弹性变形过大等，因此，轴的材料应有良好的综合机械性能，具有足够的强度和韧性、高的硬度和耐磨性，同时要有较好的工艺性和经济性,轴的材料,轴的材料,返回,14.3 轴的结构设计,返回,14.3.1轴的结构组成,轴的结构设计,轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素。 （1）轴在机器中的安装位置及形式； （2）轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及和轴连
5、接的方法； （3）载荷的性质、大小、方向及分布情况； （4）轴的加工工艺等。 由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。,14.3.2 轴的结构设计,轴的材料,轴的结构设计,设计时，必须针对不同情况进行具体的分析，但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足以下条件。 1）定位要求：轴与轴上零件应具有准确的工作位置； 2）安装调整要求：轴上零件应易于装拆和调整； 3）紧固要求：轴上零件的固定应牢固可靠； 4）工艺要求：轴应具有良好的制造工艺性； 5）提高疲劳强度的要求：应尽量减少应力集中。 对于轴的结构设计，主要是确定轴的结构形状和尺寸。一般在进
6、行结构设计时的已知条件有机器的装配简图、轴的转速、传递的功率、轴上零件的主要参数和尺寸等。,14.3.2 轴的结构设计,轴的材料,轴的结构设计,轴的结构设计中需要解决的几个主要问题,1.拟定轴上零件的装配方案 2.轴上零件的定位 3.各轴段的尺寸确定 4. 轴的结构工艺性 5. 提高轴的强度的措施,轴的材料,轴的结构设计,1 拟定轴上零件的装配方案,轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式、轴上零件的布置和固定方式、受力情况和加工工艺等。,因为套筒太长，增加轴的重量,所以，齿轮从轴的右端装入方案不合理。,轴的结构设计,齿轮从轴的左端装入合理。,拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的
7、前提，它决定着轴的基本形式。所谓装配方案就是预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和相互关系。拟定装配方案时，一般应考虑几个方案，进行分析比较与选择。,轴的结构设计,2 轴上零件的定位,1) 零件的轴向定位,为防止轴上零件沿轴向移动，应对它们进行轴向固定和定位。常用的有：轴肩和轴环定位、套筒定位、圆螺母与止动垫圈定位、弹性挡圈和紧定螺钉定位、轴端挡圈定位、轴承端盖定位、圆锥面定位等。,轴的结构设计,轴向固定,轴肩和轴环定位,轴端挡圈固定,轴的结构设计,圆螺母与止动垫圈定位,双圆螺母定位,弹性挡圈定位,圆锥面定位,紧定螺钉定位,2) 轴上零件的周向定位,轴上零件的周向固定是为了传递转矩和防止零件与轴
8、发生相对转动。必须有可靠的周向固定。转动零件与轴的周向固定所形成的联结, 称为轴毂联结。常用的固定方式有键联接（平键和花键）、销联接、过盈配合联接、圆锥销联接、成形联接、弹性环联接等。如图所示。,a-平键联接 b-花键联接 c-成形联接 d-弹性环联接 e-销联接 f-过盈配合联接,轴的结构设计,3. 各轴段的尺寸确定,1) 轴段直径的确定 (1) 定位轴肩高度取h=R(C)+(0.52)mm (2) 非定位轴肩取h=12mm。 (3) 有配合处直径应取标准直径系列及相应的配合公差值。 (4) 有螺纹处应符合螺纹标准值，并留有退刀槽。 (5) 轴承处轴颈直径必须符合轴承内径及轴承配合公差要求。
9、 (6) 无配合处直径要圆整。,轴的结构设计,2) 轴段长度的确定 (1) 在安装齿轮时为了使齿轮固定可靠，应使齿轮轮毂宽度大于与之相配合的轴段长度，一般两者的差取23 mm。 (2) 装滚动轴承处的轴长，查手册按轴承宽度来确定。 (3) 轴上回转零件与其他零件之间的轴向距离推荐：两回转件间的距离取1020 mm；回转件与内壁之距离取1020 mm；轴承端面至箱体内壁之距离为当减速器齿轮圆周速度v2 m/s时，轴承采用油液飞溅润滑，取510 mm；当减速器齿轮圆周速度v2 m/s时，轴承采用油脂润滑，还需加挡油环，防止油脂被稀释，取1015mm；外伸件距箱体轴承盖的距离，考虑应留有螺钉装拆及扳
10、手空间位置，取2035mm。,轴的结构设计,4 轴的结构工艺性,轴的结构工艺性是指所轴的结构形式应便于加工和装配轴上的零件，并且生产率高，成本低。为了使轴的工艺性好，轴的结构设计应注意以下几个问题。,(1) 为便于零件的装拆，轴端应有45的倒角,零件装拆时所经过的各段轴径都要小于零件的孔径；,(2) 轴肩或轴环定位时，其高度必须小于轴承内圈端部的厚度； (3) 用套筒、圆螺母、轴端挡圈作轴向定位时，一般装配零件的轴头长度应比零件的轮毂长度短23mm，以确保套筒、螺母或轴端挡圈能靠紧零件端面;,轴的结构设计,螺纹退刀槽和砂轮越程槽,将键槽安排在轴的同一母线上。为便于加工定位，轴的两端面上应加工出
11、中心孔。,(4) 轴上的圆角、倒角和退刀槽应尽可能取相同尺寸，以减少刀具数量和换刀时间。为了减少轴的装夹次数，轴上有两个以上键槽时，应尽可能布置在同一条母线上; (5) 轴上磨削的轴段和车制螺纹的轴段，应分别留有螺纹退刀槽和砂轮越程槽;且后轴段的直径小于轴颈处的直径，来减少应力集中，提高疲劳强度; (6) 装配段不宜太长。,轴的结构设计,1）合理布置轴上传动零件的位置 2）改进轴上零件的结构 3）改进轴的结构以减小应力集中 4）改进轴的表面质量以提高轴疲劳强度,轴上零件的布置,卷筒的轮毂结构,轴的结构设计,返回,5. 提高轴的强度的措施,14.4 轴的工作能力计算,返回,轴的强度计算应根据轴的
12、承载情况采用相应的计算方法，对于只承受扭矩或主要承受扭矩的传动轴，可按扭转强度条件计算；对于只承受弯矩的轴，应按弯曲强度条件计算；对于既承受扭矩又承受弯矩的轴，应按弯扭转合成强度条件计算，需要时还应按疲劳强度条件进行校核。,14.4.1 按扭转强度条件计算,只传递转矩、不受弯矩的轴的强度条件为：,由上式可得轴的直径：,轴的工作能力计算,14.4.2 按弯扭合成强度条件计算,具体的计算步骤如下: (1) 画出轴的空间力系图。 (2）分别作出水平面上的弯矩（MH）图和垂直面上的弯矩(MV)图； ( 3）计算出合成弯矩绘出合成弯矩图(M图)； ( 4）作出扭矩（T）图； ( 5）校核轴的强度。,轴的
13、工作能力计算,返回,14.5 轴的使用与维护,返回,传动轴的主要损伤包括弯曲、凹陷及磨损等，为了确保传动轴正常工作，延长其使用寿命，轴的正确使用和维护有着很重要的意义。轴在使用和维护过程中要注意三方面内容：,(1) 轴上零件应按先后顺序进行装配和拆卸。 (2) 安装基本完成后，严格检查轴在机器上的位置及轴上零件的位置，将其调整到最佳工作位置，同时轴承游隙也要按工作要求进行调整。 (3) 工作中必须严格按照操作规程进行，应尽量使轴避免承受过量的冲击载荷，以免破坏其表面质量，并保证润滑和轴的疲劳强度。,轴的使用与维护,14.5.1 轴的使用,工程应用,轴的使用与维护,轴的使用与维护,工程应用,轴的
14、使用与维护,工程应用,工程应用,轴的使用与维护,轴的使用与维护,工程应用,轴的使用与维护,工程应用,轴的使用与维护,工程应用,轴的使用与维护,工程应用,在轴的工作过程中，要定期的维修和调整，对于轴的维护要注意以下三方面内容： (1) 认真检查轴及轴上零件的完好程度，及时维修与更换。 (2) 对轴和轴上主要传动零件的工作位置的准确性要认真及时的检查，并及时的调整轴承的游隙变化。 (3) 润滑条件的维持：轴系上应重点保证润滑的零件是传动零件和轴承。必须根据季节和地点，按规定选用润滑剂，并定期加注，要对润滑系统的润滑油数量和质量进行及时检查、补充和更换。,END,轴的使用与维护,返回,14.5.2 轴的维护,小结作业,首页,轴的功用、分类及常用材料 轴的结构设计 轴的工作能力进行计算 轴的使用与维护 作业 14-8、9 、10,END,a 光轴,b 阶梯轴,c空心轴 图14-4直轴,轴的类型及应用,返回,图14-5 曲轴,图14-6 钢丝软轴,返回,轴的类型及应用,
