轴第二次课次选ppt课件

1、第第1414章章 轴轴功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。链轮、凸轮等。类类型型转轴转轴-传递扭矩又承受弯矩传递扭矩又承受弯矩 按承受载荷分有：按承受载荷分有： 分类：分类：按轴的形状分有：按轴的形状分有：传动轴传动轴-只传递扭矩只传递扭矩心轴心轴-只承受弯矩只承受弯矩直轴直轴一、轴的用途及分类一、轴的用途及分类14-1 14-1 概概 述述 光轴光轴 阶梯轴阶梯轴 曲轴曲轴挠性钢丝轴挠性钢丝轴 设计任务：选材、结构设计、工作能力计算。设计任务：选材、结构设计、工作能力计算。二、轴设计的主要内容二、轴设计的主要内容轴的结构设计

2、：轴的结构设计： 根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。 工作能力计算：工作能力计算： 轴的承载能力验算指的轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。定性等方面的验算。 轴的设计过程：轴的设计过程：NN 选择材料选择材料 结构设计结构设计 轴的承载能力验算轴的承载能力验算验算合格验算合格? ?结结 束束Y Y品品种种碳素钢：碳素钢：3535、4545、5050、Q235Q235轴的毛坯轴的毛坯: :圆钢或锻件，有时也用铸钢

3、或球墨铸铁。圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。三、三、 轴的材料轴的材料 合金钢合金钢: 20Cr: 20Cr、20CrMnTi20CrMnTi、40CrNi40CrNi、38CrMoAlA38CrMoAlA等等用处：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较用处：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较多，尤其是多，尤其是4545钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能，钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。正火或调质处理。正火或调质处理。设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸

4、。14-2 14-2 轴的结构设计轴的结构设计设计要求：设计要求：1. 1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；2.2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；轴和轴上零件要有准确的工作位置；3.3.各零件要牢固而可靠地相对固定；各零件要牢固而可靠地相对固定；4.4.改善应力状况，减小应力集中。改善应力状况，减小应力集中。 轴端挡圈轴端挡圈带轮带轮 轴承盖轴承盖套筒套筒齿轮齿轮滚动轴承滚动轴承典型轴典型轴系结构系结构 一、拟定轴上零件的装配方案一、拟定轴上零件的装配方案 装配方案：确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互装配方案：确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互 关系。

5、关系。 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。 图示减速器输出轴就有两种装配方案。图示减速器输出轴就有两种装配方案。s sa aB B c c L La a圆锥圆柱齿轮圆锥圆柱齿轮二级减速器二级减速器 方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一个零件，加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一合理合理 。方案一方案一方案二方案二二、轴上零件的定位二、轴上零件的定位 轴肩轴

6、肩-阶梯轴上截面变化之处。阶梯轴上截面变化之处。定位方法：轴肩、套筒、圆螺母、挡圈、轴承端盖。定位方法：轴肩、套筒、圆螺母、挡圈、轴承端盖。周向固定周向固定三、各轴段直径和长度的确定三、各轴段直径和长度的确定 确定轴段直径大小的基本原则：确定轴段直径大小的基本原则： 最小轴径最小轴径dmindmin的确定的确定: : 1. 1. 按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径dmindmin。4. 4. 有配合要求的零件要便于装拆。有配合要求的零件要便于装拆。 3. 3. 安装标准件的轴径，应满足装配尺寸要求。安装标准件的轴径，应满足装配尺寸要求。2. 2.

7、有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。mmnPA30MPaTndP362 .01055.9TTWT3362 .01055.9nPdT扭矩 ，T许用应力，WT抗扭截面系数，P功率，n转速，d计算直径，A0材料系数。 常用的与轴相配的标准件有滚动轴承、联轴器等。常用的与轴相配的标准件有滚动轴承、联轴器等。 配合轴段的直径配合轴段的直径 应由标准件和配合性质确定。应由标准件和配合性质确定。1) 1) 装配轴承装配轴承 与滚动轴承配合段轴径一般为与滚动轴承配合段轴径一般为5 5的倍数；的倍数；( 20385 mm)( 20385 mm) 与滑动轴承配合段轴径应采用

8、标准直径系列轴套：与滑动轴承配合段轴径应采用标准直径系列轴套： 32 32、3535、3838、4040、4545、4848、5050、5555、6060、6565、70 . 70 . 2) 2) 装配联轴器装配联轴器 配合段直径应符合联轴器的尺寸系列：配合段直径应符合联轴器的尺寸系列： 联轴器的孔径与长度系列联轴器的孔径与长度系列 孔径孔径d 30 32 35 38 40 42 45 48 50 55 65 60 63 65d 30 32 35 38 40 42 45 48 50 55 65 60 63 65长系列长系列 82 112 142 82 112 142 短系列短系列 60 84

9、107 60 84 107 长度长度L L 便于零件的装配，减少配合表面的擦伤的措施：便于零件的装配，减少配合表面的擦伤的措施：H7/r6H7/r6H7/D11H7/D11H7/r6H7/r6 为了便于轴上零件的拆卸，轴肩为了便于轴上零件的拆卸，轴肩高度不能过大。高度不能过大。2) 2) 配合段前端制成锥度；配合段前端制成锥度； 3) 3) 配合段前后采用不同的尺寸公差。配合段前后采用不同的尺寸公差。 1) 1) 在配合段轴段前应采用较小的直径；在配合段轴段前应采用较小的直径；结构不合结构不合理！理！ QQ方案方案b b 四、提高轴的强度的常用措施四、提高轴的强度的常用措施输出输出输出输出输入

10、输入输出输出输出输出 输入输入Tmax= T1+T2Tmax= T1+T2Tmax = T1Tmax = T11. 1.改进轴上零件的结构改进轴上零件的结构 T2T2T1T1T1+T2T1+T2T1T1T1+T2T1+T2T2T2合理合理不合理不合理 T T2.2.合理布置轴上零件合理布置轴上零件 QQ方案方案 a a轴径大轴径大 轴径小轴径小 3.3.改进轴的局部结构可减小应力集中的影响改进轴的局部结构可减小应力集中的影响 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。应力集中出现在截面突然发生变化或过盈配合边缘处。应力集中出现在截面突然发生变化或过盈配合边缘处

11、。应力集中处应力集中处 措施：措施：1) 1) 用圆角过渡；用圆角过渡；2)2)尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽; ;R3)3)重要结构可增加卸载槽、过渡肩环、重要结构可增加卸载槽、过渡肩环、 凹切圆角、增大圆角半径。也可以减凹切圆角、增大圆角半径。也可以减 小过盈配合处的局部应力。小过盈配合处的局部应力。 轴上开卸载槽轴上开卸载槽应力集中系数应力集中系数可减少可减少40%40%轴上开卸载槽轴上开卸载槽应力集中系数应力集中系数可减少可减少1525%1525%增大轴的直径增大轴的直径应力集中系数应力集中系数可减少可减少3040%3040%d d1.05d1.05d

12、3 3采取增加卸载槽、增大轴径、过渡肩环、凹切圆角采取增加卸载槽、增大轴径、过渡肩环、凹切圆角等也可以减小过盈配合处的局部应力。等也可以减小过盈配合处的局部应力。30 r凹切圆角凹切圆角过渡肩环过渡肩环1.061.06d1.061.06dd d4.4.改善轴的表面质量可提高轴的疲劳强度改善轴的表面质量可提高轴的疲劳强度 1 1表面愈粗糙表面愈粗糙疲劳强度愈低；疲劳强度愈低； 提高表面粗糙度；提高表面粗糙度； 2 2表面强化处理的方法有：表面强化处理的方法有： 表面高频淬火；表面高频淬火； 表面渗碳、氰化、氮化等化学处理；表面渗碳、氰化、氮化等化学处理； 碾压、喷丸等强化处理。碾压、喷丸等强化处

13、理。 通过碾压、喷丸等强化处理时可使轴的表面产生通过碾压、喷丸等强化处理时可使轴的表面产生预压应力，从而提高轴的疲劳能力。预压应力，从而提高轴的疲劳能力。 为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。在满足使用要求的前提下，轴的结中间增大的阶梯状。在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单，工艺性越好。构越简单，工艺性越好。五、轴的结构工艺性五、轴的结构工艺性 装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应有退刀槽。车螺纹的轴端应有退刀槽。倒角倒角退刀槽退刀槽15-

14、3 15-3 轴的计算轴的计算 一、一、 按扭转强度计算按扭转强度计算 对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为：对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为：设计公式为：设计公式为：mmnPA30MPaTndP362 .01055.9TTWT3362 .01055.9nPd计算结果为：最小直径！计算结果为：最小直径！考虑键槽对轴有削弱，可按以下方式修正轴径：考虑键槽对轴有削弱，可按以下方式修正轴径： 轴径轴径d100mm d d100mm d 增大增大5%5%7% d 7% d 增大增大10%10%15% 15% 轴径轴径d d100mm d 100mm d 增大增大3% d 3% d 增大增大7% 7

15、% 有一个键槽有一个键槽 有两个键槽有两个键槽 v16.1 16.1 概述概述v轴的功用：支撑回转零件、传递运动和转矩轴的功用：支撑回转零件、传递运动和转矩v轴大多是直的，但也有曲轴实现往复运动）轴大多是直的，但也有曲轴实现往复运动）v16.1.1 16.1.1 轴的分类按照载荷分类）轴的分类按照载荷分类）v转轴：弯矩扭矩，最常见转轴：弯矩扭矩，最常见v心轴：只受弯矩，如机车的轴心轴：只受弯矩，如机车的轴v传动轴：只受扭矩：如汽车传动轴传动轴：只受扭矩：如汽车传动轴v16.1.2 16.1.2 轴的材料轴的材料v要求良好的综合性能强度、刚度、塑性和韧性等）要求良好的综合性能强度、刚度、塑性和韧

16、性等）v一般常用碳素钢、合金钢等一般常用碳素钢、合金钢等45#45#）v热处理常用调质或正火热处理常用调质或正火v16.1.3 16.1.3 轴设计的主要问题轴设计的主要问题v结构设计：轴上零件的固定方式轴向与周向）、结构设计：轴上零件的固定方式轴向与周向）、轴的支撑形式、轴制造与装配工艺轴的支撑形式、轴制造与装配工艺v强度与刚度：保证有足够的强度和刚度强度与刚度：保证有足够的强度和刚度v16.2 16.2 轴的结构设计轴的结构设计v设计原则：设计原则：v满足强度、刚度、防振的要求，并通过结构设计提满足强度、刚度、防振的要求，并通过结构设计提高这些方面的性能高这些方面的性能v保证轴上零件定位且

17、固定可靠保证轴上零件定位且固定可靠v便于轴上零件装拆和调整便于轴上零件装拆和调整v轴的加工工艺性好轴的加工工艺性好v一般设计成中间大、两端小的阶梯形状一般设计成中间大、两端小的阶梯形状v16.2.1 16.2.1 轴的毛坯轴的毛坯v圆钢或锻造毛坯、一般不用铸造毛坯圆钢或锻造毛坯、一般不用铸造毛坯v16.2.2 16.2.2 轴各部分名称轴各部分名称v轴颈：被支撑部分，一般指安装轴承处尺寸根据轴颈：被支撑部分，一般指安装轴承处尺寸根据轴承）轴承）v轴头：安装轮毂部分尺寸考虑轮毂）轴头：安装轮毂部分尺寸考虑轮毂）v轴身：联结轴头和轴颈部分轴身：联结轴头和轴颈部分v作成阶梯轴的原因：综合考虑等强度、

18、加工工艺和作成阶梯轴的原因：综合考虑等强度、加工工艺和装配工艺的结果装配工艺的结果v16.2.3 16.2.3 零件在轴上的固定零件在轴上的固定v轴向固定：轴肩、档圈、圆螺母、套筒、锥形轴头轴向固定：轴肩、档圈、圆螺母、套筒、锥形轴头等见等见P311P311图图16.316.3(1) 轴肩与轴环轴肩与轴环轴的过渡圆角半径轴的过渡圆角半径 r C或或R(2)(2)套筒套筒不宜用于较高转速的轴不宜用于较高转速的轴不能有不能有“过定位过定位” L BBL(3) 紧定螺钉紧定螺钉兼作周向固定兼作周向固定受力较小、不宜于高速轴受力较小、不宜于高速轴(4) 圆螺母和弹性档圈圆螺母和弹性档圈螺纹应力集中严重

19、、不宜螺纹应力集中严重、不宜在轴的中间部位在轴的中间部位用于轴向力较小的场合用于轴向力较小的场合圆螺母圆螺母弹性档圈弹性档圈(5) 轴端档圈轴端档圈用螺钉将档圈固定在轴的端面用螺钉将档圈固定在轴的端面要与轴肩或锥面配合、固定轴端零件要与轴肩或锥面配合、固定轴端零件周向固定：键、花键、销、过盈联结等，见P312图16.516.2.4 结构草图画法考虑要素：固定方法、支撑点位置、装配工艺、制造工艺例题16.1v16.3 16.3 轴的强度计算轴的强度计算v三种计算方法：许用切应力法、许用弯曲应力法、三种计算方法：许用切应力法、许用弯曲应力法、安全系数校核法安全系数校核法v许用切应力法：只需要知道转

20、矩大小，主要用来计许用切应力法：只需要知道转矩大小，主要用来计算转矩为主的传动轴及轴的初步估算算转矩为主的传动轴及轴的初步估算v许用弯曲应力法：需要知道力及作用位置，一般在许用弯曲应力法：需要知道力及作用位置，一般在结构设计后进行校核结构设计后进行校核v安全系数校核法：要求在结构设计后，并且知道圆安全系数校核法：要求在结构设计后，并且知道圆角、轮毂配合等后进行，一般用于重要轴的校核角、轮毂配合等后进行，一般用于重要轴的校核v一般计算时先根据许用切应力法估算，然后结构设一般计算时先根据许用切应力法估算，然后结构设计后用许用弯曲应力法校核计后用许用弯曲应力法校核v16.3.1 16.3.1 按许用

21、切应力计算按许用切应力计算vC C见见P314P314表表16.216.2TTTdnpWT2 . 01055. 936校核式：3362 . 01055. 9npCnpdT设计式：v16.3.2 按许用弯曲应力计算内此种方法用于受弯扭复合作用的转轴。（1求出支点反力；（2作出轴在水平面内弯矩Mxy图 ，在垂直面内弯矩Mxz图；22)3(xzxyMMM作出合成弯矩：22)()5(TMM作出当量弯矩：)()6(122bbWTMWM强度校核：考虑扭矩和弯矩产生应力的循环特性差异的系数。 扭转切应力为静应力、脉动循环应力、对称循环应力时，分别取 =0.3、0.6、1。（4作出扭矩 T图.轴结构轴结构水平面水平面受力简图受力简图水平弯矩图水平弯矩图转矩图转矩图当量弯矩图当量弯矩图垂直面垂直面受力简图受力简图垂直弯矩图垂直弯矩图合成弯矩图合成弯矩图v16.3.3 安全系数校核计算重要轴）v疲劳强度校核各系数含义见P315）v静强度校核(P316)22SSSSSS复合安全系数：makS：弯矩作用下的安全系数1makS：扭矩作用下的安全系数1v 例题16.2 16.3v16.4