《机械基础》课件-第12章轴

机械基础授课教师:XXX

授课日期:2020年X月X日轴学习目标了解轴的分类及应用。了解轴的常用材料。了解轴的结构。了解轴上零件的固定方法。了解轴的结构工艺性。了解轴的强度计算的基本方法。12.1轴的分类按轴的功用和承载情况分类1．传动轴传动轴主要是用来传递扭矩而不承受弯矩，或承受弯矩很小的轴。图12-1所示为汽车中连接变速器与后桥的传动轴。2．心轴心轴是只承受弯矩，不传递扭矩的轴，按其是否转动又分为转动心轴和固定心轴两种。按轴的功用和承载情况分类3．转轴转轴是同时承受弯矩和扭矩的轴。图12-3所示为齿轮减速器的输出轴，它是机械中最常见的轴。按轴线形状不同分类1．直轴直轴是轴线为一直线的轴。直轴应用最广。按其外形不同，直轴可分为光轴（图12-4a）和阶梯轴（图12-4b）。2．曲轴曲轴是轴线为折线的轴。常用于往复式机械（如内燃机）中，用以将旋转运动与往复运动相互转变，如图12-5所示。按轴线形状不同分类3．挠性轴挠性轴能把回转运动和扭矩灵活地传到空间任何位置。如图12-6所示，挠性轴常用于医疗器械、汽车里程表和电动的手持小型机具（如铰孔机等）的传动中。12.2轴的材料轴的材料轴的失效多为疲劳破坏，所以对轴材料的主要要求是：①具有足够的疲劳强度；②对应力集中的敏感性小；③与滑动零件接触的表面应有足够的耐磨性。在选择轴的材料时，还需注意应按经济性和制造的工艺性等要求合理地选择轴的材料。轴的常用材料是优质碳素钢和合金钢，球墨铸铁也有应用。对于强度和耐磨性要求较高的轴，或在调温或腐蚀性介质等条件下工作的轴，须采用合金钢。对于耐磨性和韧性要求较高的轴，可选用20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，轴颈部位还要进行渗碳淬火处理。对于在高速和重载下工作的轴，可选用40CrNi、30CrMoAlA等合金钢。对于中碳合金结构钢，一般采用调质处理，以提高其综合力学性能。12.3轴的结构轴结构的基本要求轴的结构主要取决于轴上载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴与轴上零件、轴承和机架等相关零件的接合关系；轴的加工和装配工艺等。因此，轴的结构应满足如下条件。1）轴的结构合理，有利于提高轴的强度和刚度。2）轴和装在轴上的零件能可靠地定位和固定。3）轴上零件装拆方便，轴应便于加工。4）尽量减小应力集中，并节省材料、减小质量。轴及轴上零件的定位与固定1．轴及轴上零件的定位轴的定位通常是靠轴承来实现的。轴上零件的定位一般是靠轴肩或轴环来实现。2．轴上零件的轴向固定轴上零件轴向固定的目的是使其准确而可靠地固定在规定的位置。轴上零件的轴向定位及固定可以用轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈等来保证。3．轴上零件的周向定位与固定周向定位与固定的目的是为了将轴上零件准确定位并固定于轴的圆周方向，使轴与轴上零件同步转动，以满足机器传递扭矩和运动的要求。常用的周向固定方法有键连接、花键连接、销连接和过盈配合等。扭矩较大时采用花键连接，也可采用平键连接和过盈配合；扭矩较小时采用紧定螺钉、销钉连接等。轴的结构工艺性轴的结构工艺性能指能够以低生产成本，利用目前可以使用的设备和方法，加工出符合图样和技术要求规定的轴。同时轴的结构形状和尺寸应尽量满足装配和维修的要求。因此，轴经常采用以下工艺结构。1）当某一轴段需车制螺纹或磨削加工时，应留有螺纹退刀槽（图12-7）或砂轮越程槽（图12-8），以便于退刀，保护刀具和保证零件加工质量。轴的结构工艺性2）轴上所有键槽应沿轴的同一母线布置（图12-9），以方便加工，降低加工成本。3）为了便于装配零件并去掉毛刺，轴及轴肩端部一般均应制出45º的倒角。过盈配合轴段的装入端应加工出半锥角为30º的导向锥面（图12-9）。4）为便于加工，应使轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽、退刀槽和越程槽等尺寸一致。5）装有轴上零件的轴段的宽度应小于轴上零件的宽度，以使轴上零件能够可靠地定位和固定。6）轴直径应尽量采用标准系列12.4轴的强度计算轴的强度计算对于传动轴，因只受扭矩，可只按扭矩计算轴的直径；而在转轴设计中，轴受弯矩和扭矩联合作用，弯矩与轴上载荷的大小及轴上零件相互位置有关，但轴的结构尺寸未确定前，轴上零件的位置和支承点位置都未确定，因此无法确定轴的受力，轴所受的弯矩就无法求出。因此转轴设计时，只能按强度或经验公式估算轴的直径，然后进行轴的结构设计，最后进行较精确的强度计算，结构设计作为重点。1．传动轴的强度计算（只承受扭矩的轴）对于圆截面的传动轴，扭转时的强度条件为τ=T/WT≤[τ]，式中轴所传递的扭矩T=9.55×106P/n，WT为抗扭截面系数（mm3）。轴的强度计算2．转轴的强度计算由于转轴承受弯扭组合作用，