高职机械设计基础轴课件

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1、第14章 轴14.114.1轴的类型、功用和常用材料轴的类型、功用和常用材料14.214.2轴的设计步骤轴的设计步骤1罗定职业技术学院n目的要求目的要求: :了解转轴、心轴和传动轴及其他类型的轴的了解转轴、心轴和传动轴及其他类型的轴的基本功能基本功能; ; 掌握阶梯轴的结构，轴上零件的固定。轴掌握阶梯轴的结构，轴上零件的固定。轴向固定和周向固定的方法，轴的工艺性，提高轴疲劳向固定和周向固定的方法，轴的工艺性，提高轴疲劳强度。强度。n教学重点教学重点: :转轴、阶梯轴；零件在轴上的轴向固定和轴转轴、阶梯轴；零件在轴上的轴向固定和轴向固定的方法。向固定的方法。n教学难点教学难点: :转轴和传动轴的

2、区分；轴肩高度的选择和确转轴和传动轴的区分；轴肩高度的选择和确定。定。2高职机械设计基础轴罗定职业技术学院一、轴的用途与分类一、轴的用途与分类 1 1、功用：、功用：1）支承回转零件；）支承回转零件；2）传递运动和动力）传递运动和动力 2 2、分类：、分类： 按承载情况分：按承载情况分： 转轴转轴扭矩和弯矩扭矩和弯矩 心轴心轴只受弯矩只受弯矩 传动轴传动轴主要受扭矩主要受扭矩 14-1 14-1 轴的类型、功用和常用材料轴的类型、功用和常用材料例：齿轮、带轮、链轮、凸轮例：齿轮、带轮、链轮、凸轮按轴线情况分：按轴线情况分： 直轴直轴光轴光轴 阶梯轴阶梯轴 曲轴曲轴挠性钢丝轴挠性钢丝轴外形外形3

3、高职机械设计基础轴罗定职业技术学院转轴：转轴：机器中最常见的轴，通常简称为轴。机器中最常见的轴，通常简称为轴。工作时工作时既承受弯矩又承受转矩既承受弯矩又承受转矩。例：减速器中的轴例：减速器中的轴4高职机械设计基础轴罗定职业技术学院传动轴：传动轴：主要用于主要用于传递转矩而不承受弯矩传递转矩而不承受弯矩，或所承受，或所承受 的弯矩很小的轴。的弯矩很小的轴。例：汽车中连接变速箱与后桥之例：汽车中连接变速箱与后桥之 间的轴。间的轴。5高职机械设计基础轴罗定职业技术学院 前轮轮毂前轮轮毂固定心轴固定心轴前叉前叉自行车自行车前轮轴前轮轴心轴：用来支承转动零件， 只承受弯矩而不传递转矩。6高职机械设计基

4、础轴罗定职业技术学院直轴直轴光光 轴轴阶阶 梯梯 轴轴中心线为一直线的轴称为直轴中心线为一直线的轴称为直轴在轴的全长上直径都相在轴的全长上直径都相等的直轴称为光轴等的直轴称为光轴各段直径不等的直轴称为阶梯轴7高职机械设计基础轴罗定职业技术学院 曲轴曲轴 中心线为中心线为折线折线的轴称为曲轴。的轴称为曲轴。 它它主要用在需要将主要用在需要将回转运动与往复直线回转运动与往复直线运动运动相互转换的机械中。相互转换的机械中。8高职机械设计基础轴罗定职业技术学院软软 轴轴 把旋转运动灵活地传到任何把旋转运动灵活地传到任何位置的钢丝软轴称为挠性软轴位置的钢丝软轴称为挠性软轴 它由多组钢丝分层卷绕而它由多组

5、钢丝分层卷绕而成成, , 其特点是具有良好的挠性。其特点是具有良好的挠性。 它常用于医疗器械和小型机具它常用于医疗器械和小型机具等移动设备上。等移动设备上。 9高职机械设计基础轴罗定职业技术学院二二. . 轴的材料轴的材料轴的常用材料是轴的常用材料是碳钢碳钢和和合金钢合金钢。轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素：轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素：1.1.轴的强度、刚度及耐磨性要求；轴的强度、刚度及耐磨性要求；2.2.轴的热处理方法及机加工工艺性的要求；轴的热处理方法及机加工工艺性的要求；3.3.轴的材料来源和经济性等。轴的材料来源和经济性等。 碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的

6、敏感性低，可通过热碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般用途的处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般用途的轴，多用中碳钢，尤其是轴，多用中碳钢，尤其是4545号钢，对于不重要或受力较小的轴也号钢，对于不重要或受力较小的轴也可用可用Q235AQ235A等普通碳素钢。等普通碳素钢。 合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性有特殊要求的中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。如轴。如20Cr20Cr

7、、20CrMnTi20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳处理后可提高耐磨等低碳合金钢，经渗碳处理后可提高耐磨性；性；20CrMoV20CrMoV、38CrMoAl38CrMoAl等合金钢，有良好的高温机械性能，常等合金钢，有良好的高温机械性能，常用于在高温、高速和重载条件下工作的轴。用于在高温、高速和重载条件下工作的轴。10高职机械设计基础轴罗定职业技术学院 值得注意的是：由于常温下合金钢与碳素钢的弹性模值得注意的是：由于常温下合金钢与碳素钢的弹性模量相差不多，因此当其他条件相同时，如想通过选用合金量相差不多，因此当其他条件相同时，如想通过选用合金钢来提高轴的刚度是难以实现的。钢来提高轴的刚度是

8、难以实现的。球墨铸铁和高强度铸铁因其具有良好的工艺性，不需球墨铸铁和高强度铸铁因其具有良好的工艺性，不需要锻压设备，吸振性好，对应力集中的敏感性低，近年来要锻压设备，吸振性好，对应力集中的敏感性低，近年来被广泛应用于制造结构形状复杂的曲轴等。只是铸件质量被广泛应用于制造结构形状复杂的曲轴等。只是铸件质量难于控制。难于控制。轴的毛坯多用轧制的圆钢或锻钢。轴的毛坯多用轧制的圆钢或锻钢。11高职机械设计基础轴罗定职业技术学院14.2 14.2 轴的设计步骤轴的设计步骤设计轴的一般步骤为：设计轴的一般步骤为： 1）选材）选材; 2）按扭转强度估算轴的最小直径）按扭转强度估算轴的最小直径; 3）设计轴的

9、结构，绘出轴的结构草图）设计轴的结构，绘出轴的结构草图;4）按弯扭合成进行轴的强度校核；）按弯扭合成进行轴的强度校核； 确定轴上零件的位置和固定方法；确定轴上零件的位置和固定方法；确定各轴段直径、长度。确定各轴段直径、长度。一般按一般选一般按一般选2323个危险截面进行校核。个危险截面进行校核。若危险截面强度不够，则必须重新修改轴的结构。若危险截面强度不够，则必须重新修改轴的结构。5）绘制轴的工作图。）绘制轴的工作图。 12高职机械设计基础轴罗定职业技术学院13高职机械设计基础轴罗定职业技术学院14高职机械设计基础轴罗定职业技术学院轴结构设计的基本要求：轴结构设计的基本要求： 轴和轴上零件要有

10、准确的工作位置。轴和轴上零件要有准确的工作位置。 轴上零件应有可靠的相对固定。轴上零件应有可靠的相对固定。 轴应具有良好的制造工艺性和安装工艺性等。轴应具有良好的制造工艺性和安装工艺性等。 形状和尺寸应有利于避免应力集中。形状和尺寸应有利于避免应力集中。 轴各部分的直径和长度尺寸要合理。轴各部分的直径和长度尺寸要合理。 15高职机械设计基础轴罗定职业技术学院14.2.1 14.2.1 轴上零件的定位和固定轴上零件的定位和固定1. 1. 轴上零件的轴向定位和固定轴上零件的轴向定位和固定轴与轴上零件要有准确的工作位置轴与轴上零件要有准确的工作位置 周向周向定位固定定位固定不能有周向摆动不能有周向摆

11、动轴向轴向定位固定定位固定 不能有轴向窜动不能有轴向窜动定位固定定位定位 轴与轴上零件要有准确的工作位置轴与轴上零件要有准确的工作位置固定固定 零件在轴上的位置牢固可靠零件在轴上的位置牢固可靠 零件在轴上的轴向定位要准确、可靠。因此，必须零件在轴上的轴向定位要准确、可靠。因此，必须使零件具有确定的安装位置，以保证其承受轴向力作用使零件具有确定的安装位置，以保证其承受轴向力作用时不会产生轴向位移。零件在轴上的轴向定位方法，主时不会产生轴向位移。零件在轴上的轴向定位方法，主要取决于它所承受轴向力的大小。要取决于它所承受轴向力的大小。16高职机械设计基础轴罗定职业技术学院多用于固定装在多用于固定装在

12、轴端的轴端的零件零件, , 一般采用一般采用细牙螺纹细牙螺纹。 为防止圆螺母松脱为防止圆螺母松脱, , 可采用可采用加止动垫圈或用双圆螺母加止动垫圈或用双圆螺母（1 1）圆螺母）圆螺母17高职机械设计基础轴罗定职业技术学院（2 2） 套套 筒筒 在轴的在轴的中部中部, , 当两个零件间当两个零件间距离较小距离较小时时, , 常采用套常采用套筒作相对固定。使用套筒可筒作相对固定。使用套筒可简化轴的结构简化轴的结构, , 避免在轴上避免在轴上制出螺纹、制出螺纹、 环形槽等环形槽等, , 能有效地提高轴的疲劳强度能有效地提高轴的疲劳强度, , 但但增加了一些重量增加了一些重量, , 故故套筒不应太长

13、套筒不应太长。 且因套筒与轴的配且因套筒与轴的配合较松合较松, , 所以也所以也不宜用于高速轴不宜用于高速轴。18高职机械设计基础轴罗定职业技术学院（3 3） 轴肩和轴环轴肩和轴环 阶梯轴上常采用阶梯轴上常采用轴肩或轴环定位轴肩或轴环定位。 轴肩或轴环是阶轴肩或轴环是阶梯轴上截面变化的部分梯轴上截面变化的部分, , 由由定位面和过渡圆角定位面和过渡圆角组成。组成。 轴轴肩结构简单肩结构简单, , 能承受较大的轴向力能承受较大的轴向力, , 应用较多。应用较多。r r轴轴RR孔或孔或r r轴轴CC孔孔轴肩高度轴肩高度 滚动轴承内圈高度滚动轴承内圈高度轴肩或轴环的高度轴肩或轴环的高度h h必须大于

14、必须大于 R R孔或孔或 C C孔孔19高职机械设计基础轴罗定职业技术学院错错误误正正确确20高职机械设计基础轴罗定职业技术学院挡圈通常与挡圈通常与轴肩轴肩联合使用定位联合使用定位, , 常用的有常用的有螺螺钉锁紧挡圈、钉锁紧挡圈、 弹性挡圈弹性挡圈和和轴端挡圈轴端挡圈三种。三种。（4 4）挡）挡 圈圈螺钉锁紧挡圈螺钉锁紧挡圈用紧定螺用紧定螺钉固定在轴上钉固定在轴上, , 若在轴上零若在轴上零件两侧各用一个锁紧挡圈时件两侧各用一个锁紧挡圈时, , 可可任意调整轴上零件的位置任意调整轴上零件的位置, , 装拆方便装拆方便。但紧定螺钉不能。但紧定螺钉不能承受大的轴向力承受大的轴向力, , 且钉端会

15、且钉端会引起轴应力集中。引起轴应力集中。21高职机械设计基础轴罗定职业技术学院弹性挡圈弹性挡圈这种固定这种固定方法简单方法简单, , 但承受但承受轴向力轴向力小小, , 且轴上且轴上需设沟槽需设沟槽, , 也也会因应力集中而削弱轴会因应力集中而削弱轴的强度。的强度。22高职机械设计基础轴罗定职业技术学院轴端挡圈轴端挡圈( (又称压板又称压板)常用于常用于轴端零件轴端零件的固定的固定, , 如图中的联轴如图中的联轴器就是利用器就是利用轴端挡圈和螺母将零轴端挡圈和螺母将零件压紧在轴肩上的件压紧在轴肩上的。这种固定方。这种固定方法工作可靠法工作可靠, , 应用颇广。应用颇广。23高职机械设计基础轴罗

16、定职业技术学院2、轴上零件的周向定位与固定、轴上零件的周向定位与固定 1) 1) 平键平键3 3）花键）花键平键对中性好，用平键对中性好，用于较高精度，高速于较高精度，高速及受冲击或交变载及受冲击或交变载荷作用的场合。荷作用的场合。2 2）半圆键）半圆键多用于锥型轴轴端，多用于锥型轴轴端，对轴的削弱大，适对轴的削弱大，适用于轻载。用于轻载。承载工作能力强，承载工作能力强，定心精度高，导定心精度高，导向性好，制造成向性好，制造成本高。本高。24高职机械设计基础轴罗定职业技术学院4）紧定螺钉）紧定螺钉14）过盈配合）过盈配合5 5）销）销只能有较小的轴向只能有较小的轴向力，对结构简单也力，对结构简

17、单也可做轴向固定。可做轴向固定。用于受力不大的用于受力不大的场合，可作安全场合，可作安全销使用。销使用。对中性好，适用对中性好，适用于不常拆卸的部于不常拆卸的部件。件。25高职机械设计基础轴罗定职业技术学院轴的形状要力求简单，阶梯轴的级数应尽可能少，轴上各轴的形状要力求简单，阶梯轴的级数应尽可能少，轴上各段的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸应尽可能统一，段的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸应尽可能统一，以利于加工和检验以利于加工和检验 轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退刀槽段应有退刀槽当轴上有多处键槽时，应使各键槽位

18、于轴的同一母线上当轴上有多处键槽时，应使各键槽位于轴的同一母线上 为使轴便于装配，轴端应有倒角为使轴便于装配，轴端应有倒角 对于阶梯轴常设计成两端小中间大的形状，以便于零件从对于阶梯轴常设计成两端小中间大的形状，以便于零件从两端装拆两端装拆 轴的结构设计应使各零件在装配时尽量不接触其他零件的轴的结构设计应使各零件在装配时尽量不接触其他零件的配合表面，轴肩高度不能妨碍零件的拆卸配合表面，轴肩高度不能妨碍零件的拆卸 14.2.2 14.2.2 轴结构的工艺性轴结构的工艺性26高职机械设计基础轴1）轴肩圆角）轴肩圆角r和倒角高度和倒角高度C 2）轴端倒角）轴端倒角 3）砂轮越程槽）砂轮越程槽 4）螺

19、纹退刀槽）螺纹退刀槽 5）多个键槽）多个键槽 27高职机械设计基础轴罗定职业技术学院14.2.3 14.2.3 减小应力集中，提高轴的疲劳强度减小应力集中，提高轴的疲劳强度（1 1）合理布置轴上零件，减小轴的载荷。）合理布置轴上零件，减小轴的载荷。28高职机械设计基础轴罗定职业技术学院（2 2）改善轴上零件的结构，减小轴上的载荷。）改善轴上零件的结构，减小轴上的载荷。29高职机械设计基础轴罗定职业技术学院（3 3）改进轴的结构，减小应力集中）改进轴的结构，减小应力集中（4 4）改进轴的表面硬度，提高轴的疲劳强度）改进轴的表面硬度，提高轴的疲劳强度30高职机械设计基础轴轴系结构改错轴系结构改错四

20、处错误四处错误正确答案正确答案三处错误三处错误正确答案正确答案31高职机械设计基础轴两处错误两处错误1.左侧键太长，套筒左侧键太长，套筒无法装入无法装入2.多个键应位于同一多个键应位于同一母线上母线上32高职机械设计基础轴罗定职业技术学院请完成如图所示的轴系设计。请完成如图所示的轴系设计。请选择齿轮的装配方向请选择齿轮的装配方向33高职机械设计基础轴罗定职业技术学院1、各轴段直径确定、各轴段直径确定 轴上螺纹及花键部分直径应符合相应标准轴上螺纹及花键部分直径应符合相应标准与标准零件相配合轴径应取标准植与标准零件相配合轴径应取标准植 (如轴承如轴承)2、各轴段长度、各轴段长度 转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙轴头长度比相应零件轮毂宽度小轴头长度比相应零件轮毂宽度小2-3mm2-3mm 各轴段与其上相配合零件宽度相对应各轴段与其上相配合零件宽度相对应与一般零件配合部分直径应与配合零件孔一致，与一般零件配合部分直径应与配合零件孔一致， 并取标准尺寸并取标准尺寸按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径，经验值按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径，经验值 14.2.4 14.2.4 轴的直径和长度确定轴的直径和长度确定34高职机械设计基础轴