《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 李建功 第11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 李建功 第11章 轴（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本章教学内容,小 结,11-1 概述,11-2 轴的结构设计,11-3 轴的强度计算,第11章 轴,第一节 概述,作用：支承作回转运动的零件（如齿轮、带轮、链轮、凸轮、车轮、蜗轮等）； 传递运动和动力。,一、轴的分类,1.按轴线的形状，分为：,如用于发动机中，起运动转换作用,容易弯曲，把转矩和回转运动灵活地传到任何位置，但传递运动不准确。,光轴:形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不易装配及定位；,阶梯轴:一般中间粗，两头细，多用。,直轴,曲轴,钢丝软轴,（通用件）,（专用件）,（很少用）,2.按所受载荷的不同，分为：, 转 轴同时承受弯矩和转矩的轴，如减速器的轴。, 心 轴只承受弯
2、矩的轴，如火车车轮轴。, 传动轴主要承受转矩，不受弯矩或弯矩很小的轴，如汽车的传动轴。,思考：自行车的三根轴各属于什么轴？,第一节 概述,选材料,二、轴的设计过程,为了防止轴的断裂和塑性变形，必须进行轴的强度计算； 为防止轴产生过大弹性变形，还要进行刚度计算。 此外，对于高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止产生共振现象。,第一节 概述,主要进行轴的强度计算；,碳钢,合金钢,钢,球墨铸铁、铸钢,：用于外形复杂的轴。,三、轴的常用材料 表11-1,第一节 概述,：45，正火、调质，最常用,优质碳素钢,：Q235、Q275,受力小不重要的轴,普通碳素钢,：40Cr、40MnB，淬火，价格较贵
3、，受力大且要求结构紧凑时用,合金钢只能提高轴的强度和耐磨性，但不能提高轴的刚度，刚度可通过增大轴径，减小跨度来提高；,第二节 轴的结构设计,轴的结构设计,即确定轴的合理形状和全部结构尺寸。,轴的结构没有固定模式，设计较灵活,轴颈,轴头,轴身,安装部分,工作部分,连接部分,第二节 轴的结构设计,轴的结构设计应主要满足以下要求： 满足制造、安装要求,满足零件定位固定要求,满足强度要求，受力合理尽量减少应力集中等,轴应便于加工，轴上零件要方便装拆,轴和轴上零件有准确的工作位置，各零件要牢固而可靠地相对固定。,一、便于制造和装配,第二节 轴的结构设计,1、在满足使用要求前提下，轴的结构应尽量简单，段数
4、尽可能少，且相邻轴段的直径差不宜过大，以减小应力集中。,2、为了便于轴上零件的装拆和固定，阶梯轴应设计成中间粗两端细的形状。,3、不同轴段上的键槽应布置在同一纵向线上。这样铣床加工键槽时，可减少装夹次数。,4、同一轴上的退刀槽、砂轮越程槽最好采用相同宽度，以减少车削时的换刀次数。,5、为了便于装配，轴端以及轴头和轴颈的端部应设计倒角。,二、轴上零件的定位和固定,第二节 轴的结构设计,定位：装配时保证轴上零件有准确的轴向位置。,固定：零件有了准确位置后，防止零件和轴之间的相对运动，以保证零件正常工作。,轴肩和套筒,为了定位准确，应使零件端面和轴肩紧密接触。各尺寸应满足如下关系。,轴向固定,周向固
5、定,二、轴上零件的定位和固定,（一）轴向固定,1、轴肩:既定位又固定，简单可靠，有应力集中,第二节 轴的结构设计,2、套筒:简单，无应力集中，但不宜用于高速轴，长度不能过大（即两零件不能相隔过大）,3、圆螺母:可靠，有应力集中，需用双螺母或止退垫圈防松,4、弹性挡圈:结构紧凑，可靠性差，加工精度高，对轴的强度削弱较大,二、轴上零件的定位和固定,（一）轴向固定,5、锁紧挡圈:不可靠，由挡圈和紧定螺钉组成,第二节 轴的结构设计,6、轴端挡圈:又称压板，可靠，用于轴端零件的固定,7、圆锥面:要求被定位零件的对中性好，或承受冲击载荷时采用，拆卸容易，但加工困难,8、销联接:结构简单，可靠性差，应力集中
6、较大，可同时作周向固定,二、轴上零件的定位和固定,（二）周向固定,1、键联接:结构简单，对中性好，平键应用最广泛,第二节 轴的结构设计,2、花键联接:承载能力强，加工困难,3、过盈联接:结构简单，对轴的削弱小，可同时作轴向固定，但加工精度高，装拆不方便，常与平键联接联合使用，以承受振动、冲击、较大循环变载荷,4、形面联接：对中性好，承载能力大，无应力集中，加工困难,5、销联接,3）为便于零件的装拆而设计的非定位轴肩高度（半径差）h 0.51.5mm。,1）轴径应圆整，以便于加工检验，与标准件（轴承、圆螺母、密封毡圈）配合的轴径应根据标准件的尺寸设计。,三、各轴段直径和长度的确定,滚动轴承的定位
7、轴肩，应小于轴承内圈的厚度，以方便轴承的拆卸。,1. 直径的确定,2） 定位轴肩的高度（半径差） h（0.07 0.1）d,r R （或倒角C）h,估算的轴径作为轴上最细处的直径，为了零件的定位和固定，考虑轴肩高度，确定其它段直径。,第二节 轴的结构设计,1） 轴头的长度应比轮毂的宽度小23mm ，以保证套筒、圆螺母、轴端挡圈能靠紧轮毂端面，固定可靠。,2） 轴颈的长度一般等于轴承的宽度。,2. 长度的确定原则,3）回转零件与机体等固定零件之间要留有适当的间隙，以免相碰, 改进轴的结构（增大圆角半径）以减小应力集中 改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 改进轴上零件的结构以减小轴的载荷,四、提高
8、轴的强度的常用措施,第二节 轴的结构设计,12-3轴的强度计算1,第三节 轴的强度计算,一、转矩法,对传动轴只需按所受转矩计算其扭转强度。 另外，通常按这种方法估算转轴的最小直径。,实心轴的直径为：,扭转强度条件为：,如有键槽，应适当加大轴径：,轴的失效：疲劳断裂、塑性变形。,C与材料有关的系数，见表11-2。,许用扭切应力，见表11-2。,再取标准值,对轴的强度进行校核计算，转矩法和当量弯矩法。,式中：WT抗扭截面系数。,二、当量弯矩法（根据弯矩和转矩计算轴的弯扭合成强度，即当量弯矩法计算）,轴承支点的位置,确定齿轮、带轮的力的大小、方向和作用点（轮毂宽度的中点处）,作用在轴上的转矩，一般从
9、传动件轮毂宽度的中点算起。,（一）确定力的作用点,（二）计算支点反力和弯矩,（三）画弯矩图和转矩图，判断危险截面（弯矩最大，轴径最小，弯矩较大但轴径不大处）,（四）按弯扭合成强度（当量弯矩法）校核危险截面的强度,12-3轴的强度计算1,第三节 轴的强度计算,一、转矩法,对传动轴只需按所受转矩计算其扭转强度。 另外，通常按这种方法估算转轴的最小直径。,实心轴的直径为：,扭转强度条件为：,如有键槽，应适当加大轴径：,轴的失效：疲劳断裂、塑性变形。,C与材料有关的系数，见表11-2。,许用扭切应力，见表11-2。,再取标准值,对轴的强度进行校核计算，转矩法和当量弯矩法。,式中：WT抗扭截面系数。,二
10、、当量弯矩法（根据弯矩和转矩计算轴的弯扭合成强度，即当量弯矩法计算）,轴承支点的位置,确定齿轮、带轮的力的大小、方向和作用点（轮毂宽度的中点处）,作用在轴上的转矩，一般从传动件轮毂宽度的中点算起。,（一）确定力的作用点,（二）计算支点反力和弯矩,（三）画弯矩图和转矩图，判断危险截面（弯矩最大，轴径最小，弯矩较大但轴径不大处）,（四）按弯扭合成强度（当量弯矩法）校核危险截面的强度,第三节 轴的强度计算,二、当量弯矩法（根据弯矩和转矩计算轴的弯扭合成强度，即当量弯矩法计算）,用应力校正系数 a 考虑扭切应力与弯曲应力循环特性不同的影响。,按第三强度理论,强度条件：,(7-5),弯矩M 产生的弯曲应
11、力,转矩T产生的扭切应力,弯曲应力：对称循环,扭切应力：不变应力（连续单向转动）、脉动循环应力（断续单向转动）、对称循环应力（频繁正反转）,第三节 轴的强度计算,如危险截面有键槽，应适当加大轴径：,当转矩的变化规律不清楚时，一般按脉动循环处理。,强度条件：,d危险截面处的直径 -1W对称循环许用应力，表11-2 W轴的抗弯断面系数 Me当量弯矩,第三节 轴的强度计算,轴的强度计算5,二、心轴的强度计算,式中：w轴的弯曲应力；,强度条件：,W轴的抗弯截面系数（mm3）；,（W d 332）,对于心轴，需计算其弯曲强度。,(7-3),或写成,w轴的许用弯曲应力（查表71选取）。,如载荷时有时无，取
12、 w 0w,(7-4),第三节 轴的强度计算,1.先按式(7-2)估算受扭段的最小直径； 2.进行轴的结构设计； 3.画出轴的空间受力简图； 4.作出水平面的受力图和弯矩 MH 图； 5.作出垂直面的受力图和弯矩 MV 图； 6.作出合成弯矩 M 图， M = 7.作出转矩T 图； 8. 确定若干个危险截面，按式(7-6)分别校核危险截面的直径。,转轴的设计步骤（P161）,第三节 轴的强度计算,总 结,1. 会判断转轴、传动轴和心轴。,2.掌握零件在轴上的轴向固定和周向固定方法。,3.掌握转轴的设计步骤和设计方法。,轴向固定常采用轴肩、套筒、轴端挡圈、圆螺母等； 周向固定常采用键、过盈配合、
13、销等。,4.会进行轴的结构改错。,思考题：在齿轮减速器中，为什么低速轴的直径要比高速轴的直径大得多？,第11章 轴,（3）,（4）,（5）,（6）,（7）,（8）,答：1、轴承的定位轴肩不应高于轴承内圈。,2、键应与右端的键在同一母线上，键的顶面与轮毂键槽的底面之间应有间隙。,3 、轴头（装齿轮处）的长度应小于齿轮轮毂的宽度。,4、套筒太薄，不能固定齿轮。,5、轴承盖处应有密封装置，轴承盖的内孔与轴不应接触，应有缝隙。,6、应设一个定位轴肩。,7、键不应超出轮毂的端面。,8、为装拆轴承方便，应设非定位轴肩。,指出图示轴系结构的错误（用数字标出并说明，指对5处即可)。,二、分析题： 下图所示为两级斜齿圆柱齿轮减速器，功率由I轴输入（转向如图），III轴输出，齿轮2为左旋，试解答： 在图上标出轴II和轴III的转动方向。 若使中间轴II上齿轮2和齿轮3所受轴向力抵消一部分，试确定齿轮3、齿轮4的轮齿螺旋线方向。 在原图上画出齿轮4所受圆周力（切向力）Ft4 ，径向力Fr4 ，轴向力Fx4的方向。 （注：垂直纸面的力，向纸外画，向纸内画 ）。 若1、2齿轮采用软齿面，哪个齿轮的齿面硬度应该高一些？为什么？哪个齿轮所受的接触应力大？ 对输入轴I进行结构设计时，首先用什么公式初估最小轴径，说明公式中各符号的含义。,
