机械设计 第6章 轴.ppt

学习目标 1 了解轴的分类及常用材料 2 掌握轴的结构设计和强度计算方法 学习重点 阶梯轴的结构设计和强度计算方法 学习难点 轴的结构设计 转轴 6 1 1轴的分类 6 1概述 心轴 传动轴 光轴 阶梯轴 曲轴 钢丝软轴 6 1 2轴的材料 轴的常用材料 热处理方法及其主要力学特性 轴的结构设计 轴的工作能力验算 合格 结束 yes no 6 1 3轴的设计过程 轴上零件要便于装拆和调整 即满足轴上零件的装配要求 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 即满足零件定位要求 加工方便和节省材料 即满足结构工艺性要求 轴上零件受力合理 并尽量减少应力集中 即满足强度要求 6 2 1轴结构设计的主要要求 6 2轴的结构设计 轴上零件的装配要求 例 二级锥 柱齿轮减速器输出轴的装配方案 合理 6 2 2 轴上零件的定位要求 轴端挡圈 轴承座 轴肩定位 特点 结构简单 定位可靠 可承受较大的轴向力 应用 齿轮 带轮 联轴器 轴承等的轴向定位 1 轴上零件的轴向定位方法 正确 应使 r轴C孔或h轴 R孔 注意 为了保证轴上零件紧靠定位轴肩 错误 为了方便轴上零件的拆卸 轴肩高度应小于滚动轴承内圈的厚度 轴承的拆卸 正确 套筒定位 特点 定位可靠 可承受较大的轴向力 轴上螺纹处有较大的应力集中 会使轴的疲劳强度下降 应用 常用于固定轴端的零件 圆螺母定位 特点 结构简单紧凑 只能承受很小的轴向力 切槽时需要一定的精度 应用 常用于固定滚动轴承等的轴向定位 弹性挡圈定位 用于轴端零件的定位 可承受剧烈振动和冲击 轴端挡圈 压板 定位 6 紧定螺钉定位 适用于轴向力小 转速较低的场合 2 轴上零件的周向定位 过盈配合 键 花键 销 例 说出轴系中各零件的轴向和周向定位方法 轴端挡圈 注意 为定位可靠 安装轮毂的轴段应比轮毂短2 3mm 如 两处 轴承座 2 磨削轴段应留有砂轮越程槽 以便砂轮可以磨到轴段的端部 1 车制螺纹轴段应留有退刀槽 保证螺纹牙能达到预期的高度 3 轴的结构工艺性 4 为了便于切削加工 一根轴上的圆角半径应尽可能相同 各退刀槽 砂轮越程槽 应取相同的宽度及相同的倒角尺寸 一根轴上各键槽应开在轴的同一母线上 3 为了能选用合适的圆钢和减少切削加工量 阶梯轴各相邻轴段的直径不宜相差太大 一般非定位轴肩取1 2mm 定位轴肩取5 10mm 5 为了便于加工和检测 轴的直径应取圆整值 与标准件配合的轴段应取标准值 6 为了便于装配 轴端应加工出倒角 1 改善受力状况 1 起重机卷筒的两种方案 好 不好 4 强度要求 2 一轮输入两轮输出的方案 2 减小应力集中 1 采用圆角过渡 2 尽量避免在轴上开横孔 切口或凹槽 3 重要结构可增加卸载槽B 过渡肩环 凹切圆角 开卸载槽 过渡肩环 凹切圆角 轴系结构改错 1 3 2 1 1 轴肩太高 轴承无法拆下 2 应加工螺纹退刀槽 保证螺纹牙能达到预期的高度 且螺母应顶紧轴承内圈 3 应有轴肩 否则螺母无法拧入 例 轴系结构改错 1 改正 轴系结构改错 2 1 左侧键太长 套筒无法装入 2 多个键应位于同一母线上 3 轮毂上的键槽应为通槽 1 2 3 轴系结构改错 2 改正 轴的强度计算应根据轴的承载情况 采用相应的计算方法 常见的轴的强度计算有以下两种 1 按扭转强度计算 对于只传递扭转的圆截面轴 强度条件为 设计公式为 计算结果为最小直径 应圆整为标准直径 对于既传递扭转又传递弯矩的轴 可按上式初步估算轴的直径 6 3 1轴的强度计算 6 3轴的工作能力计算 2 按弯扭合成强度计算 强度条件为 弯曲应力 扭切应力 代入得 因 b和 的循环特性不同 折合后得 折合系数取值 0 3 转矩不变 0 6 脉动变化 1 频繁正反转 设计公式 3按弯扭合成强度计算轴径的一般步骤 1 将外载荷分解到水平面和垂直面 求垂直面支撑反力FV和水平面支撑反力FH 2 作垂直弯矩MV图和弯矩MH图 3 作合成弯矩M图 4 作转矩T图 5 弯扭合成 作当量弯矩Me图 6 计算危险截面轴径 1 若危险截面上有键槽 则应加大4 2 若计算结果大于结构设计初步估计的轴径 则强度不够 应修改设计 3 若计算结果小于结构设计初步估计的轴径 且相差不大 一般以结构设计的轴径为准 说明 变形量的描述 挠度y 转角 设计要求 y y 复习材料力学相关内容 6 3 2轴的刚度设计 轴受弯矩产生弯曲变形 受扭矩作用产生扭转变形 1弯曲变形计算 1 按微分方程求解 2 变形能法 适用于等直径轴 适用于阶梯轴 2扭转变形计算 等直径轴的扭转角 阶梯轴的扭转角 6 3 3轴的振动稳定性 学习目标 掌握键的类型 应用 平键的选择及强度计算 了解花键连接 无键连接及销连接的主要类型及应用学习重点 平键联接的类型及选择 尺寸确定及强度计算学习难点 平键联接的选择及强度计算 6 4轴毂连接 功能 周向固定 导向 1 键连接的功能 分类 结构形式及应用 分类 键连接 松连接 紧连接 平键连接 半圆键连接 静连接 普通平键 静连接 薄型平键 静连接 滑键 动连接 楔键连接 静连接 切向键连接 静连接 导向平键 动连接 6 4 1键连接 1 普通平键连接 1 平键连接 A型 B型 C型 2 导向平键连接 变速箱中滑移齿轮与轴的连接 导向键连接 3 滑键连接 2 半圆键连接 3 楔键连接 4 切向键连接 2 键的选择和键连接强度计算 1 键的选择 键的标准尺寸 截面尺寸b h及键长L 1 键的类型选择根据间连接的结构特点 使用要求和工作条件来选择 2 键的尺寸选择按照符合标准和满足强度要求来取定 键的标记为 键b LGB T1096 2003 一般A型键可不标出A 但对于B C型键 必须标注 键B 或 键C 表1普通平键和普通楔键的主要尺寸 2 键连接强度计算 失效形式 压溃 剪断 很少 磨损 l 键的工作长度A型键 l L bB型键 l LC型键 l L b 2 1 平键连接强度计算 普通平键 导向平键和滑键 2 半圆键连接强度计算 3 楔键连接强度计算 同平键连接 注 接触高度k需查表 工作长度取键长L K 键与轮毂键槽的接触高度 k 0 5hmm 键 轴 轮毂三者中最弱的许用挤压应力 MPa 4 切向键连接强度计算 表2键连接的材料 许用挤压应力及许用压力 MPa 连接强度不够时 采取措施 1 采用双键 平键180 布置 半圆键0 布置 楔键90 120 布置 按1 5个键计算 2 增大轴径d 增长轮毂即增长L 改用花键连接 特点 对中性和导向性好 各键齿承载均匀 承载能力大 键槽浅 对轴强度削弱较小 加工要用专用设备 成本高 6 4 2花键联接 花键类型 按齿形分 矩形花键 渐开线花键 三角形花键 1 型面联接 特点 装拆方便 对中性较好 联接面上没有应力集中源 减少了应力集中 切削加工较复杂 不易保证配合精度 应用尚不广泛 6 4 3无键联接 2 胀紧联接 弹性环联接 利用锥面贴合并压紧在轴毂之间的摩擦力传递扭矩 特点 可传递较大扭矩和轴向力 无应力集中 对中性好 但加工要求较高 应用受限制 弹性环的材料为高碳钢或高碳合金钢 65 70 55Cr2 60Cr2 并经热处理 锥角一般为12 5 17 1 按功能分类 2 联接销 1 定位销 3 安全销 6 4 4销联接 1 圆柱销 不能经常装拆 否则定位精度下降 2 圆锥销 1 50锥度 可自锁 定位精度较高 便于装拆 2 按形状分类 3 特殊型式销 弹性圆柱销 开口销 带螺纹锥销 槽销 开尾锥销 表1普通平键和普通楔键的主要尺寸mm 表2键连接的材料 许用挤压应力及许用压力 MPa 例1 图示牙嵌离合器的左右两半分别用键与轴1 2相联接 在空载下 通过操纵可使右半离合器沿导向平键在轴1上作轴向移动 该轴传递的转矩T 1200N m 轴径d1 70mm 右半离合器的轮毂长度L1 130mm 行程l1 60mm 工作中有轻微冲击 离合器及轴的材料均为钢材 试选择右半离合器的导向平键尺寸 并校核其联接强度 解 1 选择导向平键选导向平键 查表得平键的截面尺寸b 20mm h 12mm 取键长L 180mm L1 l1 2 强度校核材料均为钢 工作时有轻微冲击 查表6 2 取 P 110MPa k 0 5h 0 5 12mm 6mm l L b 180mm 20mm 160mm 35 71MPa P 故此键联接能满足强度要求 小结 1 键的功用 工作原理及分类特点2 平键联接失效形式 选择及强度计算3 花键联接的类型和特点4 无键联接的类型 应