轴讲解课程PPT课件

1、 1 5 - 11 5 - 1 轴 的 概 述轴 的 概 述 1 1一、轴的用途及分类15-1 概 述轴的功用：1）支承回转件； 2）传递运动和动力。 按所受载荷的不同，分为： 按轴线形状的不同，轴可分：图例 转轴同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。 心轴只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。 传动轴只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。可以随意弯曲，把回转运动灵活地传到任意空间位置。曲轴直轴钢丝软轴：光轴阶梯轴实心轴空心轴:有特殊要求时，如航空发动机的主轴。转动心轴固定心轴第1页/共36页轴 的 概 述轴 的 概 述 2 2二、轴设计的主要内容 轴的设计过程：根据轴上零件的安装、固定及轴的制造工艺等方面

2、的要求，合理地确定轴的结构和尺寸。校核轴的强度、刚度和振动稳定性等。结构设计：承载能力计算：轴的设计包括：选材料验算合格?结 束yesno轴的承载能力计算估算轴的直径轴的结构设计15-1 概 述第2页/共36页合金钢比碳钢有更高的强度和更好的淬火性能。一般情况下用碳钢，重要的轴用合金钢。轴 的 概 述轴 的 概 述 3 3三、轴的材料毛坯多用圆钢或锻件。 轴的常用材料及其主要力学特性表 合金钢代替碳钢并不能提高轴的刚度。碳钢合金钢钢球墨铸铁：用于外形复杂的轴。价廉、吸振性和耐磨性好，对应力集中的敏感性较低，但是质较脆。正火调质淬火等常用热处理（见表15-1 ，P362 ）15-1 概 述第3页

3、/共36页材料比较 碳钢、合金钢、高强度铸铁和球墨铸铁价格应力集中敏感性力学性能淬火性能常用材料热处理碳钢30、40、45、50、Q235调质或正火合金钢20Cr、40Cr、35SiMn、35CrMo1、碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性比较低，适用于一般要求的轴；2、合金钢比碳钢有更高的力学性能和更好的淬火性能，适用于特殊要求的轴（大功率、高的耐磨性、腐蚀条件下的轴等）； 另：采用合金钢不能提高轴的刚度，设计时应注意减小应力集中；3、高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴，且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，但是质较脆。4、钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件。1

4、5-1 概 述第4页/共36页 1 5 - 21 5 - 2 轴 的 结 构 设 计轴 的 结 构 设 计 1 1轴的结构设计：即确定轴的合理形状和全部结构尺寸。15-2 轴的结构设计轴的结构设计应该保证： 轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置； 便于轴上零件的装拆和调整； 轴应具有良好的制造工艺性等。一、轴的各部名称及其功能轴上安装轮毂的轴段。轴上安装轴承的轴段。1）轴头：2）轴颈：3）轴肩：图例定位轴肩：非定位轴肩：用于确定轴上零件位置的轴肩。为便于安装零件而设计的轴肩。二、拟定轴上零件的装配方案 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。第5页/共36页15-2 轴的结构设计第6页

5、/共36页2）与标准件配合的轴径应根据标准件的尺寸设计。1）估算的轴径作为轴上最细处的直径。轴 的 结 构 设 计轴 的 结 构 设 计 2 2三、轴上零件的定位 轴向定位方法：详细介绍轴肩套筒轴端挡圈圆螺母弹性挡圈等周向定位方法：键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。四、各轴段直径和长度的确定 1. 直径的确定原则（见图15-8，P364）1） 轴头的长度应比轮毂的宽度小23mm ，以保证固定可靠。2） 轴颈的长度一般等于轴承的宽度。2. 长度的确定原则15-2 轴的结构设计第7页/共36页轴肩和轴环 要求r轴R孔或r轴C孔 错误 正确15-2 轴的结构设计第8页/共36页当用轴肩、轴环、套

6、筒、圆螺母、轴端挡圈进行零件的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，要求L轴L毂错误 正确正确15-2 轴的结构设计第9页/共36页五、提高轴的强度的常用措施 合理布置轴上零件以减小轴的载荷 改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 改进轴的结构以减小应力集中 改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 轴 的 结 构 设 计轴 的 结 构 设 计 3 3六、轴的结构工艺性 在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单越好。 轴上应设计加工和装配所需要的倒角、螺纹退刀槽和砂轮越程槽等。 不同轴段的键槽应设计在同一母线上。详细说明15-2 轴的结构设计第10页/共36页 1 5 - 31 5 - 3 轴 的 强 度轴 的

7、强 度计 算计 算 1 115-3 轴的强度计算1按扭转强度条件计算（转矩法） 这种方法用于只受转矩或主要受转矩作用轴的强度计算。通常按这种方法估算转轴的直径。实心轴的直径为： 30339550 100.2TPPdAnn2 . 010955033TTTdnPWT扭转强度条件为：考虑到键槽的影响，应适当加大轴径： 结构设计结束之后，对轴进行适当简化，并进行受力分析，计算出轴所受的载荷，即可对轴进行校核计算。式中：A0计算常数，见表153，P370。许用扭转切应力，见表153。T有1个键槽，轴径加大3；有2个键槽，轴径加大7；第11页/共36页轴 的 强 度 计 算轴 的 强 度 计 算 2 22

8、按弯扭合成强度条件计算（当量弯矩法） 这种方法适用于转轴的计算。计算步骤如下： 1） 轴的弯矩与扭矩分析15-3 轴的强度计算第12页/共36页轴 的 强 度 计 算轴 的 强 度 计 算 3 3WTMWTWMcaT222222)()(4)(4用应力校正系数 a 考虑扭切应力与弯曲应力循环特性不同的影响。2） 校核轴的强度式中：-1对称循环应力下轴的许用弯曲应力（可查表154选取）；详细内容 根据弯矩图和转矩图（或当量弯矩图）确定可能的危险截面。可按第三强度理论计算危险截面的弯扭合成强度。强度条件：当量应力：WMWTMcae22)(a1W轴的抗弯截面系数（mm3）。（圆截面WT= d 316；

9、 W d 332） 15-3 轴的强度计算第13页/共36页轴 的 强 度 计 算轴 的 强 度 计 算 4 4maKS13按疲劳强度进行精确校核（安全系数法） 根据轴上危险截面的循环应力，计算疲劳强度安全系数： SSSSSS22详细内容扭切应力静应力脉动循环变应力对称循环变应力弯曲应力为对称循环应力a 0.3a 0.a =1maKS1安全条件：15-3 轴的强度计算第14页/共36页轴 的 强 度 计 算轴 的 强 度 计 算 5 54、轴的静强度校核 对于瞬时过载很大的轴，应进行静强度校核。 sSSSSSSSSSScaS22详细内容强度条件为：maxssSmaxssS峰值载荷产生的弯曲应力

10、峰值载荷产生的扭切应力 许用安全系数s的选取：1.2-1.4高塑性材料钢轴;1.4-1.8中等塑性材料钢轴;1.8-2.0低塑性材料钢轴; 2-3铸造轴;15-3 轴的强度计算第15页/共36页 1 5 - 41 5 - 4 轴 的 刚 度 计 算轴 的 刚 度 计 算1 115-4 轴的刚度计算1轴的扭转刚度计算 扭转刚度条件： 更多内容扭角 为轴的许用扭角详细说明光轴pGITl3 .57nipiiiIlTG13 .57阶梯轴式中：T、l分别为轴的转矩（N.mm）和受扭长度（mm）。G为轴材料的切变模量，钢：G8.1104 MPa。Ip为轴的截面极惯性矩（mm4），实心圆轴：Ipd 432；

11、 对刚度有要求的轴，需进行刚度计算。例如：电动机的转子轴、内燃机的凸轮轴等。第16页/共36页轴 的 刚 度 计 算轴 的 刚 度 计 算 2 22. 轴的弯曲刚度校核计算 y和 分别为轴的许用挠度及许用偏转角，见表155,P367 。 对于阶梯轴，可用当量轴径法转化为当量光轴计算其挠度和偏转角。 详细说明yF弯曲刚度条件： 挠度 y y 偏转角 对于光轴，可直接用材料力学中的公式计算其挠度或偏转角。当量轴径：iiillddv式中：di、li第 i 个轴段的轴径和长度。15-4 轴的刚度计算第17页/共36页 1 5 - 5 1 5 - 5 轴 的 振轴 的 振动 及 临动 及 临界 转 速界

12、 转 速15-5 轴的振动及临界转速 一般通用机械中的轴很少发生共振。高速轴易共振，多为弯曲共振。1. 单圆盘轴的一阶临界转速 nc1 01ygc满足上述条件的轴就是具有了弯曲振动的稳定性。 详细推导011964ync（rad/s）；（r/min）要求： n 0.75nc1要求：1.4 nc1 n T2， 试比较两种布置方案各轴段所受扭矩是否相同? 2 A 1 2 1 A （a） (b) 第21页/共36页3、轴按弯扭合成强度条件计算时，计算应力中，系数是考虑 。材料抗弯与抗扭的性能不同 弯曲应力和扭转切应力的循环特性不同 强度理论的要求填空题：1、轴上零件的轴向固定的常用方法有： 、 、 、

13、 。2、轴上零件的周向固定的常用方法有： 、 、 、 。3、对轴进行表面强化处理，可以提高轴的 。4、当扭转切应力对称循环变应力时，折合系数= 。第22页/共36页轴系结构改错题一齿轮轴轴系上的错误结构并改正。 （轴承采用脂润滑，齿轮采用油润滑。）第23页/共36页轴系结构改错题1）轴与端盖接触（应设密封圈并留间隙）；2）套筒与轴承外圈接触；1.转动件与静止件接触第24页/共36页轴系结构改错题4）联轴器没轴向固定及定位（应给定位台阶）；5）联轴器没周向固定（应有键作周向固定）；6）此弹性圈没有用。2.轴上零件未定位、固定第25页/共36页轴系结构改错题3. 工艺不合理 (属加工方面) 7)

14、精加工面过长，且装拆轴承不便；8) 联轴器孔未打通；9) 箱体端面加工面与非加工面没有分开（应有加工凸台）；3) 轴头应比轮毂短；第26页/共36页11) 键过长，套筒无法装入。10) 轴环太高，无法拆卸轴承（不能超过内圈厚度）；12) 无调整垫片，无法调整轴承间隙。轴系结构改错题第27页/共36页4.润滑与密封问题13) 轴承脂润滑无挡油环；14) 轴承与轴直接接触且无密封。轴系结构改错题第28页/共36页二锥齿轮轴系结构中的错误，并画出正确结构结构图，锥齿轮为油润滑，滚动轴承为脂润滑。轴系结构改错题第29页/共36页轴系结构改错题1零件的固定(1) 轴承外圈不定位不固定;(2) 其轴端装联轴器时，没有轴向定位轴肩。2. 调整与预紧(3) 无垫片，不能调整轴承游隙。(9) 无套杯及垫片结构，不能调整锥齿轮的位置。第30页/共36页轴系结构改错题3. 转动件与固定件接触摩擦(4) 端盖固定而轴转动，应该有间隙。 第31页/共36页轴系结构改错题(7) 凹进去太少，齿加工不方便。(8) 端盖的端面加工部分与不加