《机械学轴》PPT课件.ppt

第12章 轴与联轴器,12.1 轴,一 、轴的分类,转轴,心轴,传动轴,工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。,用来支撑转动零件且只承受弯矩而不传递转矩的轴称为心轴。,用来传递转矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。,转动心轴,固定心轴,按形状,1、直轴,按形状,2、曲轴,3、钢丝软轴,轴的材料主要采用,常用的优质碳素钢有 30、40、45、和50钢， 其中45钢应用最多,碳素钢,合金钢,常用的合金钢有20Cr、40Cr、35SiMn和35CrMo等,二、轴的材料,轴的设计,设计计算,结构设计,轴的设计分三步进行:,1.初定轴径;,2.结构设计: 画草图, 确定轴的各段尺寸, 得到轴的跨距和力的作用点;,3.计算弯矩、弯曲应力及扭剪应力，进行校核计算。,已知 条件,选择 轴的 材料,初算 轴径,结构 设计,计算 弯矩,校核 计算,完善 设计,修改直径,转轴设计程序框图,轴的设计主要解决两个方面的问题,12.1.2 轴径的初步估算,按扭转强度计算,或,计算公式,对于直径大于100mm的轴颈，有一个键槽时增大 3%，两个键槽增加7%；对于直径小于100mm的轴 颈，有一个键槽增大5%7%，有两个键槽增加 10%15%。然后将轴颈圆整为标准直径。,12.1.3 轴的结构设计,轴的结构设计的主要要求是：,1、轴应便于加工，轴上零件应便于装拆。 （制造安装要求）,2、轴和轴上零件应有正确而可靠的工作位置。 （ 定位固定要求）,3、轴的受力合理，尽量减少应力集中等。,以减速器的低速轴为例加以说明,减速器低速轴结构图,一、制造安装要求,二、固定要求,1.轴上零件的轴向固定,固定方法,(1)、轴肩固定,(2)、套筒固定,(3)、圆螺母固定,(4)、轴端挡圈,(5)、弹性挡圈,(6)、紧定螺钉,1）键,2）花键,2.轴上零件的周向固定,为了传递运动和转矩,或因某些需要,轴上零件还需有周向固定,3）紧定螺钉、销,4）过盈配合,轴系结构改错,1.车削螺纹处应有退刀槽,2.轴承内圈定位的轴肩过高,3.联接轴承处轴段应比轴承 宽度窄。,4.轴的阶梯段少,1.齿轮轮毂无键槽,2.不能用套筒定位,3.轴承不能用键定位,1.左侧键太长，套筒无法装入,2.多个键应位于同一母线上,轴的结构设计要点,1.键在轴上的位置应靠近装入端，长度应是轮毂长度的0.85倍，距离轮毂装入端取2-5mm。 2.轴径变化处应有过渡圆角。 3.为易于安装轴上的零件，轴端应有倒角。,4.定位轴肩高度一般取h=(0.070.1)d,非定位轴肩取1.5 2mm 5.采用套筒、圆螺母、轴端挡圈定位时，为使其与所装零件端面相互靠紧，零件与轴配合的轴段长度一般比轮毂短2 3mm,6.套筒给轴承轴向定位，高度应低于轴承内圈，便于装拆,7.需要切制螺纹的轴段应留有退刀槽，需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽,8.轴上有几个键槽时，为便于加工，各轴段键槽应设计在同一加工直线上，并在强度足够条件下尽量采用同一规格的键槽剖面尺寸。,0.5mm,2-3mm,挡油板画法,油沟画法,油沟,四、轴的结构设计,4.轴的外伸长度的确定,当轴端安装弹性套柱销联轴器时K值由联轴器的型号确定,(1),(2),当使用凸缘式轴承盖时k值由联接 螺栓长度确定,当轴承盖与轴端零件都不需拆卸时,一般取K=5mm8mm。,(3),12.1.4 轴径的初步估算,以减速器的输出轴为例来讨论转轴的受力、应力及失效形式,在AB之间的任意截面上，只有弯矩M，因此只有弯曲应力,在BC之间的任意截面上，既作用有弯矩M，又作用有转矩T，因此，即有弯曲应力 ，又有扭转剪应力,而在CD之间的任意截面上，只作用有转矩T，因此只有扭转剪应力,弯曲应力 为对称循环变应力，其循环特征r=-1(见图a) 。扭转剪应力的循环特征r随转矩的性质而变化。当转矩的大小及方向恒定不变时，扭转剪应力 为静应力，其循环特征r=+1（见图b）。,当转矩T按脉动循环变化时，扭转剪应力 也为脉动循环，其循环特征r=0（见图c）。,当转矩T为对称循环时，扭转剪应力 也为对称循环，其循环特征r=-1（见图d）。,图a,图b,图c,图d,轴的一般失效形式是疲劳断裂。,一、轴的计算简图,简化原则,1.将阶梯轴简化为一简支梁,2.齿轮、带轮等传动件 作用于轴上的均布载荷， 简化为集中力，作用点 在轮缘宽度的中点。,3.作用于轴上的转矩，简化为从传动件轮毂宽度 中点算起的转矩。,4.轴的支承反力的作用点随轴承类型和布置方式有关。,转轴,M,r=-1,T,r=-1,r=+1,r=0,按第三强度理论合成,当量应力,引入折合系数,二、按弯扭合成强度计算,已知条件：轴的各段长度，截面尺寸，支反力 作用点,校核危险截面的当量应力,计算步骤：,1)作计算简图：力学模型简支粱,假设条件，前述2、3、4,例：,2)计算支反力：按照水平面和垂直面计算,3)作垂直面内弯矩图,4)作水平面内弯矩图,5)作合成弯矩图,6)作转矩图,7)求危险截面的当量应力 ，即弯扭合成,或,设计公式,12.1.5 轴的刚度计算,设计时的轴的刚度条件为,概述1,12.2 联轴器,联轴器和离合器是机械装置中常用的部件，它们主要用于联接轴与轴， 以传递运动与转矩，也可用作安全装置。大致有以下类型：,联轴器 用于将两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有在机 器停车时才可将两轴分离；,离合器 在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的一种装置。它 可用来操纵机器传动的断续，以便进行变速或换向；,联轴器和离合器种类繁多，在选用标准件或自行设计时应考虑：传递转 矩大小、转速高低、扭转刚度变化、体积大小、缓冲吸振能力等因素。,联轴器的种类和特性1,联轴器,联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度 变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位 移。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有 适应一定范围的相对位移的性能。,一、联轴器所联两轴的相对位移,联轴器的类型:,弹性联轴器,刚性联轴器:,套筒联轴器,凸缘联轴器,滑块联轴器,齿式联轴器,万向联轴器,弹性套柱销联轴器,弹性柱销联轴器,轮胎联轴器,固定式,可移式,刚性联轴器,刚性联轴器-固定式,凸缘联轴器,套筒联轴器,无弹性件挠性联轴器,刚性联轴器-可移式,滑块联轴器,万向联轴器,齿式联轴器,有弹性件挠性联轴器,弹性联轴器,弹性套柱销联轴器,弹性柱销联轴器,轮胎联轴器,选择1,联轴器的选择,大多数联轴器已经标准化或规格化，一般机械设计者的任务是选用联 轴器，选用的基本步骤为：,选择联轴器的类型,选择2,选择联轴器的类型,应全面了解工作载荷的大小和性质、转速高低、工作环境等，结合 常用联轴器的性能、应用范围及使用场合选择联轴器的类型。,计算联轴器的计算转矩,K为载荷系数。,T为轴的名义转矩。,选择3,确定联轴器的型号,按TcT，由联轴器标准确定联轴器型号，T为联轴器的许用转矩。,校核最大转速,被联接轴的转速n，不应超过联轴器许用的最高转速nmax，即：,nnmax,协调轴孔直径,被联接两轴的直径和形状（圆柱或圆锥）均可以不同，但必须使直径在 所选联轴器型号规定的范围内，形状也应满足相应要求。,1.选择或计算联轴器时，应该依据计算转矩Tc，即计算转矩大于 所传递的公称转矩，这是因为考虑到,A 旋转时产生的离心载荷 B机器不稳定运转时的动载荷和过载。 C制