轴设计习题课新.ppt

机械设计 例：设计带式运输机减速器的主动轴。例：设计带式运输机减速器的主动轴。 已知传递功率已知传递功率 p p 1 1 =10kw, =10kw, 转速转速n n 1 1 =200 r/min, =200 r/min, 齿轮齿宽齿轮齿宽b b 1 1 =100mm, =100mm, 齿数齿数z z 1 1 =40, =40, 模数模数mm n n =5mm, =5mm, 螺旋角螺旋角 b b 9 9 2222 ， 轴端装有联轴器。轴端装有联轴器。电机轴径为电机轴径为42mm42mm，电机轴长为，电机轴长为80mm80mm 。滚动轴承采用。滚动轴承采用7200c7200c系列（内径按结构要求自定），系列（内径按结构要求自定）， 轴承采用润滑油润滑。轴承采用润滑油润滑。 1 2 轴结构设计示例轴结构设计示例 机械设计 轴的设计步骤回顾：轴的设计步骤回顾： 初算轴的最细处直径初算轴的最细处直径 进行结构设计进行结构设计 进行强度验算进行强度验算 刚度验算刚度验算 振动稳定性计算振动稳定性计算 选择轴的材料选择轴的材料 对于阶梯直轴，一般流程是：对于阶梯直轴，一般流程是： 有特殊要求有特殊要求 时才进行时才进行 机械设计 考虑到与联轴器相连的轴段开有键槽，考虑到与联轴器相连的轴段开有键槽， 故应将故应将d dmin min增大 增大5% 5% 解：解： 由表由表6-16-1查其机械性能：查其机械性能： 1 1、 选择轴的材料选择轴的材料 一般用途轴，选择轴的材料一般用途轴，选择轴的材料4545钢，调质钢，调质 2 2、初算轴的最细处直径、初算轴的最细处直径 由表由表6-36-3，查得，查得c c=118107=118107 由于是高速轴，选由于是高速轴，选c c=115 =115 s s -1-1 b b =60mpa =60mpa 得得d dmin min =44.5mm =44.5mm 最细处直径到底取多少？是不是最细处直径到底取多少？是不是44.5mm44.5mm呢？呢？ 1 2 s sb b =650mpa =650mpa 再表再表6-46-4得：得： 机械设计 因为最细处是安装联轴器的，因此其真正直径需等联因为最细处是安装联轴器的，因此其真正直径需等联 轴器选好后才能确定轴器选好后才能确定 3 3、选择联轴器、选择联轴器 联轴器选择过程在此略联轴器选择过程在此略 选用：弹性柱销联轴器选用：弹性柱销联轴器 型号为：型号为： 机械设计 主动端直径为主动端直径为42mm42mm，轴孔长度为，轴孔长度为84mm84mm，a a型键槽型键槽 从动端直径为从动端直径为45mm45mm，轴孔长度为，轴孔长度为84mm84mm，a a型键槽型键槽 轴端最细处直径现在为轴端最细处直径现在为45mm45mm，该轴段长度为多少？，该轴段长度为多少？ 84-(23)=8281mm84-(23)=8281mm 轴长略短于毂孔长轴长略短于毂孔长 到目前为止，已确定出外伸轴段的直径和长度如下：到目前为止，已确定出外伸轴段的直径和长度如下： 直径为标准值直径为标准值d d = 45 mm = 45 mm 取轴段长取轴段长l l = 82mm = 82mm 联轴器型号为：联轴器型号为： 机械设计 4 4、选择滚动轴承、选择滚动轴承 由题意定为由题意定为7 7类轴承类轴承( (角接触球轴承角接触球轴承) )，型号未完全确定，型号未完全确定，7200c 7200c 现根据结构要求需确定出轴承内径现根据结构要求需确定出轴承内径 已知条件：最小轴径为已知条件：最小轴径为d d = 45 mm = 45 mm 定位轴肩定位轴肩 非定位轴肩非定位轴肩 轴肩高：轴肩高： h h=(0.070.1)=(0.070.1)d d, , 一般取一般取2.55mm2.55mm 轴肩高：轴肩高：12mm12mm， 也可以更小也可以更小 轴承内径一般比轴承内径一般比 最细处直径大最细处直径大 610mm610mm左右，左右， 并取标准值！并取标准值！ 定位联轴器直径为：定位联轴器直径为：d d = = d d + 2(2.55) mm = 53mm + 2(2.55) mm = 53mm 轴承内径为：轴承内径为： d d = = d d + 2(12) mm = 55mm + 2(12) mm = 55mm 故可选轴承型号为：故可选轴承型号为：7211c 7211c 机械设计 轴承内径确定可参考下图的轴向定位情况：轴承内径确定可参考下图的轴向定位情况： 机械设计 已选轴承型号为：已选轴承型号为：7211c7211c 并查并查机械设计课程设计机械设计课程设计中中“ “滚动轴承滚动轴承” ” 标准，确定如下尺寸：标准，确定如下尺寸： 轴承外径轴承外径d d 轴承宽度轴承宽度b b 轴承内圈安装尺寸轴承内圈安装尺寸dada 轴承外圈安装尺寸轴承外圈安装尺寸dada b d da da 查手册得查手册得: : d d b b = 10021 = 10021 da=64 da=91 过大，拆卸困难；过大，拆卸困难； 过小，定位不好过小，定位不好 机械设计 5 5、轴的结构设计、轴的结构设计需事先简单了解一下减速器结构需事先简单了解一下减速器结构 机械设计 下图为一实拍减速器的轴系结构下图为一实拍减速器的轴系结构（仅供参考）：（仅供参考）： 机械设计 50 15 5 50 15 5 滚动轴承采用润滑油润滑滚动轴承采用润滑油润滑 不同的装配方法轴系结构不同！不同的装配方法轴系结构不同！ 在轴上零件相互距离及箱体尺在轴上零件相互距离及箱体尺 寸未事先规定的情况下，可按寸未事先规定的情况下，可按 右图所示的经验数据确定！若右图所示的经验数据确定！若 有规定，则按规定值设计！有规定，则按规定值设计！ 润滑脂润滑时，轴承端面至内壁间的轴润滑脂润滑时，轴承端面至内壁间的轴 向距离有所不同，轴系结构也不同！向距离有所不同，轴系结构也不同！ 箱体内壁箱体内壁 箱体凸缘外侧箱体凸缘外侧 上述轴向经验数据可在一定范围内上述轴向经验数据可在一定范围内 上下变动！上下变动！ 机械设计 假设齿轮和联轴器分别从轴的两端装入：假设齿轮和联轴器分别从轴的两端装入： 10 15 f55f58f91 f45 f53 f68f64 机械设计 假设齿轮和联轴器同时从轴的一端（右端）装入：假设齿轮和联轴器同时从轴的一端（右端）装入： 10 15 可看到不同的装可看到不同的装 配方案，轴的结配方案，轴的结 构完全不同！构完全不同！ 机械设计 10 15 批量生产时，第二种方案装拆更为简单。批量生产时，第二种方案装拆更为简单。 但上述草图仍有不少结构有错误，具体如下：但上述草图仍有不少结构有错误，具体如下： 机械设计 此处是否需要 轴端挡圈？ 此处不需要，但如果此处安装的是此处不需要，但如果此处安装的是带轮、链轮带轮、链轮或或齿轮齿轮等，则需等，则需 要轴端挡圈，起轴向固定作用！要轴端挡圈，起轴向固定作用！ 各轴段的长度尺寸 如何确定？ 15 此轴向距离应保证此轴向距离应保证 轴承盖上的螺栓能轴承盖上的螺栓能 取下来取下来 机械设计 轴系装配图的完成示例： 机械设计 f f 55k655k6 f f 58h7/r658h7/r6 f f 55k655k6 f f 5353 f f 45k645k6 f f 55f9/k655f9/k6 8282 8080 160160140140 在装配图上凡是有配合的地方需要标注：在装配图上凡是有配合的地方需要标注： 机械设计 除轴、箱体外所有零件应剖开（画剖面线）除轴、箱体外所有零件应剖开（画剖面线） 画轴系装配图时要注意如下细节：画轴系装配图时要注意如下细节： 齿轮、轴承的画法齿轮、轴承的画法 有配合的地方标注径向尺寸及配合有配合的地方标注径向尺寸及配合 零件的结构工艺性等零件的结构工艺性等 机械设计 假若轴端安装的是大带轮，参考轴系结构图如下：假若轴端安装的是大带轮，参考轴系结构图如下： 机械设计 结构设计时注意几点：结构设计时注意几点： 1) 1) 轴没有统一的、标准的结构形式轴没有统一的、标准的结构形式 2) 2) 不同的装配方案，轴系结构不同不同的装配方案，轴系结构不同 3) 3) 轴段上各段直径的确定：先定出最细处直径，再轴段上各段直径的确定：先定出最细处直径，再 考虑轴上零件是需要轴向定位还是非轴向定位，一考虑轴上零件是需要轴向定位还是非轴向定位，一 步步由最细处直径累加轴肩高度得出来。尽量取标步步由最细处直径累加轴肩高度得出来。尽量取标 准直径和优先数系准直径和优先数系 但滚动轴承定位轴肩的高度需要查轴承手册确定但滚动轴承定位轴肩的高度需要查轴承手册确定 4)4)轴的各段长度由各零件与轴配合部分的轴向尺寸轴的各段长度由各零件与轴配合部分的轴向尺寸 或者考虑装拆零件时需预留出的距离而定或者考虑装拆零件时需预留出的距离而定 机械设计 6 6、校核轴的强度、校核轴的强度 1) 1) 计算齿轮受力计算齿轮受力 轴传递的扭矩轴传递的扭矩: : 齿轮的圆周力齿轮的圆周力: : 齿轮的径向力：齿轮的径向力： 齿轮的轴向力齿轮的轴向力: : 机械设计 2 2）画受力简图并计算支反力及画出弯矩、扭矩及当量）画受力简图并计算支反力及画出弯矩、扭矩及当量 弯矩图弯矩图 水平面内支反力水平面内支反力 垂直面内支反力垂直面内支反力 画出画出垂直面、水平面及合成弯矩图垂直面、水平面及合成弯矩图 计算并画当量弯矩图计算并画当量弯矩图 扭矩按脉动循环变化计算扭矩按脉动循环变化计算, , 取取 a a=0.6, =0.6, 则则 画出当量弯矩图画出当量弯矩图 机械设计 a-aa-a 哪些面是危险截面？哪些面是危险截面？ b-bb-b 3 3）校核计算）校核计算 弯扭合成法弯扭合成法 a-a b-b 机械设计 a-aa-a截面处当量弯矩为：截面处当量弯矩为： b-bb-b截面处当量弯矩为截面处当量弯矩为 强度校核强度校核: : 考虑键槽的影响，查附表考虑键槽的影响，查附表6-86-8计算计算 显然显然 故故安全安全 机械设计 4 4）校核计算）校核计算 安全系数法安全系数法 a-aa-ab-bb-b 确定危险截面：确定危险截面： c-cc-cd-dd-de-ee-e 截面截面a-aa-a、b-bb-b、c-cc-c、d-dd-d和和e-ee-e都有应力集中源（键槽、齿轮和轴都有应力集中源（键槽、齿轮和轴 的配合、过渡圆角等的配合、过渡圆角等，且当量弯矩均较大，故确定为危险截面，且当量弯矩均较大，故确定为危险截面 机械设计 以以a-aa-a截面为例校核：截面为例校核： a. a-aa. a-a截面上的应力：截面上的应力： 弯曲应力幅：弯曲应力幅： 扭转应力幅：扭转应力幅： 弯曲平均应力：弯曲平均应力： 扭转平均应力：扭转平均应力： a-aa-a 弯曲应力视为对称弯曲应力视为对称 循环变应力！循环变应力！ 扭转应力视为脉动扭转应力视为脉动 循环变应力！循环变应力！ 机械设计 b. b. 材料的等效系数：材料的等效系数： 查表查表6-16-1得：得： c. a-ac. a-a截面应力集中系数：截面应力集中系数： d. d. 表面状态系数及尺寸系数：表面状态系数及尺寸系数： 查附表查附表6-16-1 查附表查附表6-56-5、附表、附表6-4, 6-4, 得，得， a-aa-a 查表查表6-16-1中的注释得：中的注释得： （ 也可直接计算得到）也可直接计算得到） 机械设计 e. e. 分别考虑弯矩或扭矩作用时的安全系数：分别考虑弯矩或扭矩作用时的安全系数： 因此所设计的轴是安全的因此所设计的轴是安全的 机械设计 7 7、校核校核滚动轴承的寿命。（略）滚动轴承的寿命。（略） 8 8、校核两个键的校核两个键的强度。（略）强度。（略） 机械设计 本章作业题：本章作业题：6.46.4 6 6、需用、需用“ “安全系数法安全系数法” ”校核轴的疲劳强度校核轴的疲劳强度; ; 键的强度也要校核；键的强度也要校核； 5 5、键是标准件，尺寸请大家查、键是标准件，尺寸请大家查机械设计课程设计机械设计课程设计； 要求： 7 7、用、用a4a4的纸画图，轴、键强度校核内容写在作业本上。的纸画图，轴、键强度校核内容写在作业本上。 1 1、最细轴径处为安装大带轮直径处，带、最细轴径处为安装大带轮直径处，带 轮需轴向固定；轮需轴向固定； 2