轴的设计PPT课件

1、第17章轴的设计，17-1的概要，17-4轴的强度和刚性的计算，17-3轴的结构设计，17-2轴径的初步估计，17-1的概要，1，轴的主要作用，1，轴上的旋转零件(齿轮等)，2，运动和动力的传递，3，受到弯曲力矩，变形二、轴的分类、一、按负荷状况、旋转轴：传递扭矩(t )，承受弯矩(m ) :减速机的轴。 传动轴：仅受到扭矩，不受到弯曲力矩M=0，T0 :在汽车中连接变速器和后桥之间的轴。 心轴：只受弯曲力矩(m )，不传递扭矩(T=0)，固定心轴：轴固定，q :火车车轴是什么类型，主轴，使皮带轮轴旋转，自行车前轮轴是什么类型，固定心轴，自行车问：根据负荷状况，以下各轴是哪种类型？传动轴、传动

2、轴、传动轴、传动轴、传动轴、传动轴、传动轴如何传递扭矩，从原动机进行工作如何判断轴是否受到弯曲力矩：轴是否有联轴器以外的传动部件，如果轴承受到弯曲力矩，是否受到弯曲力矩。 根据、2、轴线形状区分，实心、中空(加工困难)、光轴、台阶轴、曲柄轴：发动机专用零件，电线软轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。 钢丝软轴缠绕，三、轴材料，轴材料要求：轴强度和刚性充分的材料热处理性能和加工技术性好的材料来源广泛，价格适中。 1、碳钢： 30、35、45、50 (正火或调质)、45的应用最广泛。 价格便宜，对应力集中不敏感，加工性良好。 2、合金钢： 40Cr、40MnB、20CrMnTi等，强度高，寿命长，对应力

3、集中敏感，价格高。 用于重负荷、小尺寸的轴。 3、合金铸铁，QT :铸造成形，吸振，可靠性低，质量难控，常用于凸轮轴、曲轴。 问：轴的刚性不足时，如何提高轴的刚性？ 轴坯：圆钢棒材尺寸小的轴，锻造坯尺寸大或提高强度的轴，焊接坯大的锻造困难，铸造坯形状复杂的轴，中空轴等，四，轴设计的主要问题和设计特征，故障形式： 1，疲劳破坏-疲劳强度检查。 2、变形过大-刚性管理(机床主轴等)。 3、振动折断-高速轴，自振频率和轴转速接近。 管理4、塑性变形-短期峰值载荷-屈服强度。 设计主要问题：1，合理的结构设计-确保轴上零件有可靠的工作位置，组装，拆卸容易，周向，轴向固定可靠，轴上零件的调整容易，a，充

4、分的强度-疲劳强度，静强度，b，充分的刚性-防止大的变形，c，充分的稳定性-。 2、工作能力的计算、轴的设计步骤、轴的结构形状和尺寸、合适的材料、结构设计、强度和刚性的计算、轴的设计特征：首先不能通过正确的计算确定轴的截面尺寸。 17-2轴径的初步估计，一、以扭转强度计轴径、扭转强度条件：T，T轴的扭转剪应力和允许扭转剪应力，MPa； T转矩、Nmm； P轴传递电力、kW、WT轴的扭转截面系数、mm3、相对于实心圆轴，WT=d3/160.2d3； d轴的直径、mm； n轴的转速、r/min。 实心圆轴，设计公式：C轴的材料和负荷状况相关系数。计算说明：1 )求出的d是扭转部分的最小直径，通常是

5、轴端，2 )该轴段上有键槽，单结合槽增大5%，双键槽增大10%，将计算出的直径舍入为标准值，即：3 )轴的最小直径dmin，4 )对传动轴正确地计算6 )关于旋转轴： dmin结构设计弯曲角图扭转合成强度计算，二、根据经验式推定轴径，高速轴：d=(0.8-1.2)D，其中，d是电动机轴径，低速轴：d=(0.3-0.4)a，其中，a是兄弟齿轮的中心17-3轴的结构设计、设计要求：1 .轴和轴上的零件必须与确定的位置可靠地固定，2 .轴上的零件必须容易安装、拆卸、调整，3 .轴必须具有良好的加工技术性，4 .有利于提高轴的强度和刚性。 轴颈：安装轴承部尺寸=轴承内径，轴头：安装轮毂的直径相当于轮毂

6、内径，轴：连接轴颈和轴头部分。 一、轴上零件的配置，典型的轴系结构，组装方案的比较：二、各轴段的直径和长度的确定，一，d :载荷dmin结构设计要求中确定各段的d。 2、l :由轴上零件的相对位置和零件宽度决定。 同时，考虑：1)轴长比轮毂宽度小23mm。 2 )致动器、外壳、轴承、联轴器等部件间距离(检查手册)。 一)零件轴向固定的目的，三、轴上零件的轴向固定，防止零件的轴向晃动，确保零件轴向的正确位置。 (二)常用轴方向固定，轴肩，轴环，1 .轴肩(或轴环)，过渡圆角r，定位高度h，特征：定位可靠，能承受大的轴方向载荷，用于各种零件的轴方向定位和固定。 注意：1 )轴的过渡圆角半径r小于轴

7、上零件的倒角c或圆角半径r；2 )颜色宽度b b1.4h 10 mm，定位肩：高度hC (或r )，通常h=(23)C或(2 3)R或滚动轴承：肩高轴头长度l，l=B -(23)mm，3 .轴端止动圈-始终与肩或锥面并用，固定部件稳定可靠，能承受大的轴力。 注意：轮毂宽度b轴头长度l为l=B- (23)mm，4 .圆锥面-装卸容易，可兼作周向固定。 适用于高速、重负荷、零件中性要求高的情况。 仅用于轴端，始终与轴端止动圈并用，实现零件的双向固定。 5 .圆螺母和止动垫圈-固定可靠，能承受大的轴向力，但需要切开螺钉和避让槽，损害轴的强度。 在轴上两个零件的间隔较宽的地方经常使用，在轴端也可以使用

8、。 注意：零件宽度b轴长度l为l=B-(23)mm，为了防止松动，请插入垫圈或使用双螺母。 6、弹性挡圈-结构虽然简单，但轴上需要槽，引起应力集中，所以一般用于轴向力小的部件的轴向固定。 注意：零件宽度b轴长度l为l=B-(23)mm，7 .紧固螺钉-结构简单，兼作周向固定，不能太传递力和扭矩，因此请不要高速使用。 必须注意：1)轴上的零件一般是双向固定的，可以并用各种方法。 2 )固定可靠，防止过定位，l轴段长度=B轮毂宽度-(23)mm。、一)零件的周向固定的目的，四，轴上零件的周向固定，使零件同轴旋转，传递扭矩。 (二)常用周向固定、周向固定多以键、花键、铆接、销等紧固形式实现。 键槽应

9、设计成相同的加工直线。 钥匙连接制造简单，装卸方便。 传递扭矩大，中性要求在一般情况下使用最广泛。 花键结合的负载能力高，定心好，导向性好，但制造困难，成本高。 在传递扭矩大、中性要求高或导向性好的情况下使用。 铆接连接结构简单，定心好，装载能力高，工作可靠，但组装困难，配合尺寸精度高。此外，销连接部为了固定，并不太重要，但是，需要在轴方向上固定的部件。 五、轴的构造技术性，为加工、测量、修理及轴上零件装卸容易，一)轴的加工技术性要求，一.轴段不同的键槽配置在轴的同一母线上，键槽加工时应减少卡片安装次数，a .正确的构造，b .错误的构造，2 3 .接近直径的轴段的过渡圆角、键槽、过冲、退刀槽

10、的尺寸尽量统一。 2 )轴上零件的组装工艺性要求，3 .零件和过盈配合的轴端必须加工导向锥面。 1 .轴的配合直径请舍入为标准值。 2 .轴端需要cX45的倒角。 4 .组件段不能太长。 六、提高轴强度和刚性的措施，1 .减小应力集中，合金钢对应力集中敏感，要注意。 b )在过盈配合处的应力集中，a )在截面尺寸变化处的应力集中，c )在小孔处的应力集中，减少应力集中的措施：2 )不要在轴上开设横孔、切口或槽，3 )重要的结构是卸载槽b、过渡肩部、凹状圆角、圆角半径还可以减小过盈配合的部分应力。 1 )用圆角转移，4 )避免相邻轴径的差过大，2 .合理地配置轴上的部件，改善轴的力，1 )使弯曲

11、力矩分布合理地为，将轴和轮毂的配合分为两部分，减小最大弯曲力矩值2 )合理分配扭矩，3 )改善轴上的零件结构，减轻轴的负荷，卷筒轴同时受到弯曲力矩和扭矩，卷筒轴只受到弯曲力矩，斜齿轮：4 )通过力的平衡和局部抵消来减轻轴的负荷。 行星齿轮减速机：多个行星齿轮均匀分布，3 .改变支点位置，改善轴的强度和刚性。 4 .改善轴的表面质量，表面粗糙度和表面强化处理影响轴的疲劳强度。 1 )表面越粗疲劳强度越低，提高表面粗糙度。 2 )表面强化处理的方法有：表面高频淬火； 表面渗碳、氰化、氮化等化学处理； 碾压、喷丸硬化等强化处理。 用碾压、喷丸硬化等强化处理的话，轴的表面会产生预压应力，轴的疲劳力会提

12、高。 展示结构设计的错误，画出正确的结构图。 没有1-键连接，齿轮沿周向不固定，错误原因：2 -轴头卡合长度等于齿轮轮毂宽度，齿轮固定不可靠，3-轴端没有倒角，轴承难以安装。 轴系结构设计中常见错误实例分析，1-轴齿轮两端无倒角轮廓线，错误原因：2-齿轮左右两端不轴向固定，3-键不连接，齿轮不周向固定。 正确，1 .不能安装螺母，2 .需要螺钉的退避槽，3 .肩膀的高度要比轴承内圈的高度低。 错误的原因：正确，1 .轮毂的键槽要贯通，键连接要部分剖开，2 .套筒不能安装，3 .轴颈部没有键槽。 2 .键连接描绘法错误，多个键必须在同一母线上。 1 .左侧键过长正确答案，下图为二级斜齿圆筒齿轮减

13、速机输出轴的轴系结构图，齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。 分析轴系结构的错误，对有错误的地方标注号码，说明原因，提出修正方法。1 .联轴器碰到端盖，发生摩擦磨损，必须设计定位轴肩部；2 .轴承盖和轴有间隙，设有密封件；3 .放入调整垫圈，将箱体的加工面与非加工面分开； 4 .轴承端面离壳体内壁必须有一定的距离，30000种轴承“反向”，轴承外圈的窄边不应该固定，外圈的宽边应该固定，5 .齿轮不能装卸，6 .键槽设置在与联轴器的键槽相同的位置，键顶和键槽钥匙必须局部切断，7 .轴太长，8 .不能打开键槽。 而且，该段的轴太长，支撑着端盖，9 .肩太高，轴承拆卸不方便，10 .轴承没有轴向定位，套筒可

14、以定位，轴承内圈的外侧没有固定，11 .键太长，与齿轮的键相同在图中指出构造不合理的地方，修改一下吧。 准确地说，W轴的抗断面系数(mm3 )，旋转中心轴： r=-1 b=-1b，m变化： b= 1 b，m变化： b=0 b， b允许弯曲应力、弯曲强度条件：对于实心圆轴，W=d3/32 d3/10二，弯曲强度计算用于心轴强度计算，17-4轴的强度和刚性计算，而扭转强度计算用于传动轴、旋转轴的初始计算扭转合成强度的计算用于旋转轴强度的计算，已知条件：轴的结构设计初步完成，确定支点位置，求出支撑反作用力。 dmin (扭转初期评价)构造设计支点、力的大小、作用点描绘m、t合成角图危险断面计算。 根

15、据第三强度理论，旋转轴的危险截面上的应力：被称为计算弯矩或当量力矩，因为m、t两者产生的应力循环特性r和r不同，弯曲力矩引起的弯曲应力一般是对称循环变化一般来说r-1，将t转换为对称循环变化，导入应力校正系数时，轴弯曲、扭转合成强度条件为：轴不变扭矩的情况下，rT=1，轴脉动扭矩(有振动冲击或频繁停车) rT=0，轴对称扭矩(频繁双向运转)的情况下，rT=-1 实际的机器运转不完全均匀，有扭转振动的存在，为了安全计算，经常用脉动扭矩计算。 也可以在弯曲、扭转合成强度条件下计算轴的直径，实心圆轴： mm，1 )轴上键槽： d适合，单键：3%5%，双键：7%10%的花键：计算出的d是内径。 设计时

16、注意：2)合理选择危险断面。 轴的危险截面在当量力矩大或轴径小的地方。 3 )管理轴的强度不足的情况下，c-1b能够通过增大轴的直径、改变强度高的材料、改变热处理方法等措施来提高轴的强度。 4 )当c远小于-1b时，是否减小轴的直径必须综合考虑其他因素来确定。 仅从强度的角度来看，轴的尺寸可以是小的，但也可被其它条件限制。 例如刚性、振动稳定性、加工和组件的处理条件、其他与轴相关的零件和结构约束。 5 )对于重要的轴，有必要用更正确的安全系数法来验证。 计算步骤：1，画轴的空间应力概略图：力为水平面，垂直面，2，水平面力矩Mxy图和垂直面力矩Mxz图，4，画扭矩t图，7，强度计算：6，确定危险截面，4，轴的安全系数检查计算(精确计算)，1，轴的疲劳强度检查，1)MC计算： 尺寸系数(、)、表面状态、 重要轴：进一步轴结构化后，需要精密计算。 2 )方法：对轴上的几个“危险断面”(实际应力大的断面，如力大、断面小、应力集中大的地方)进行安全系数的检查。3 )基本式：单纯受曲：单纯受曲：k、k-弯曲、扭转剪切时的有效应力集中系数； 轴的表面质量系数、-弯曲、扭转剪切时的绝对尺寸系数-1、-1对称循环应力时的材料的弯曲、扭转疲劳极限、-弯曲、扭转剪切时的等效系数。 复合安全系数：S允许安全系数，说明： (1)危险断