考研備考期末復(fù)習(xí)機(jī)械設(shè)計 第14章軸

1、第14章 軸141 軸的功用和分類軸的功用和分類142 軸的材料及選擇軸的材料及選擇143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計140 工程實(shí)際中的軸工程實(shí)際中的軸144 軸的強(qiáng)度計算軸的強(qiáng)度計算145 軸的剛度設(shè)計軸的剛度設(shè)計 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 14-1 軸的功用及分類一、軸的功用二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸n支承傳動零件n傳遞運(yùn)動和力帶式運(yùn)輸機(jī)減速器電動機(jī)同時承受彎矩和扭矩同時承受彎矩和扭矩 一、軸的功用14-1 軸的功用及分類二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸n支承

2、傳動零件n傳遞運(yùn)動和力心軸固定心軸只承受彎矩只承受彎矩 一、軸的功用14-1 軸的功用及分類二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸n支承傳動零件n傳遞運(yùn)動和力心軸固定心軸 轉(zhuǎn)動心軸只承受彎矩只承受彎矩 一、軸的功用14-1 軸的功用及分類二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸n支承傳動零件n傳遞運(yùn)動和力心軸固定心軸轉(zhuǎn)動心軸傳動軸發(fā)動機(jī)后橋只承受扭矩只承受扭矩 一、軸的功用14-1 軸的功用及分類二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸n支承傳動零件n傳遞運(yùn)動和力心軸固定心軸轉(zhuǎn)動心軸傳動軸按軸線形狀分直軸 一、軸的功用14-1 軸的功用及分類二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸n支承傳動零件n傳遞運(yùn)動和力心軸固定心軸轉(zhuǎn)動心軸傳動軸按軸

3、線形狀分直軸曲軸 一、軸的功用14-1 軸的功用及分類二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸n支承傳動零件n傳遞運(yùn)動和力心軸固定心軸轉(zhuǎn)動心軸傳動軸按軸線形狀分直軸曲軸 一、軸的功用14-1 軸的功用及分類二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸n支承傳動零件n傳遞運(yùn)動和力心軸固定心軸轉(zhuǎn)動心軸傳動軸按軸線形狀分直軸曲軸鋼絲軟軸 n轉(zhuǎn)軸：同時承受彎矩和扭矩n心軸：只受彎矩，不受扭矩n固定心軸n轉(zhuǎn)動心軸n傳動軸：主要受扭矩，不受彎矩或彎矩很小14-1 軸的功用及分類載荷載荷運(yùn)轉(zhuǎn)情況運(yùn)轉(zhuǎn)情況應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸彎曲彎曲扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)單向單向彎曲：對稱彎曲：對稱 扭轉(zhuǎn)：脈動扭轉(zhuǎn)：脈動雙向雙向彎曲：對稱彎曲：對稱 扭轉(zhuǎn)：對稱扭轉(zhuǎn)

4、：對稱心軸心軸彎曲彎曲固定固定靜應(yīng)力或脈動靜應(yīng)力或脈動轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動對稱對稱傳動軸傳動軸 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)單向單向脈動脈動雙向雙向?qū)ΨQ對稱各種軸的受力 q內(nèi)容n工作能力的設(shè)計n強(qiáng)度-保證安全使用n剛度-保證工作精度n振動穩(wěn)定性-保證高速軸正常工作n結(jié)構(gòu)設(shè)計q特點(diǎn)n邊計算、邊畫圖、邊修改-“三邊三邊”設(shè)計方法14-1 軸的功用及分類三、軸設(shè)計的內(nèi)容、特點(diǎn)22 選擇材料初算軸徑結(jié)構(gòu)設(shè)計強(qiáng)度、剛度計算確定軸的結(jié)構(gòu)尺寸、繪圖NY四、軸的設(shè)計步驟14-1 軸的功用及分類 n一般用途的軸：優(yōu)質(zhì)中碳鋼-30、40、45、50n次要的軸：Q235、Q255、Q275n重要的軸：合金鋼n耐磨性要求高：12CrNi、20Cr、

5、20CrMnTi等低碳合金鋼，軸頸滲碳淬火n高速重載：40Cr、40CrNi、35CrMo等合金鋼，表面淬火、調(diào)質(zhì)n形狀復(fù)雜的軸：QT600、ZG45注意：注意：200200以下的碳鋼、合金鋼以下的碳鋼、合金鋼E E值相差不大值相差不大142 軸的材料及其選擇軸的常用材料及其主要力學(xué)特性表 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計典型軸系結(jié)構(gòu)滾動軸承齒輪套筒軸承蓋軸端擋圈 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計一、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容與要求 內(nèi)容內(nèi)容：確定軸的外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸要求要求：n軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的定位n軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整n軸應(yīng)具有良好的制造工藝性n結(jié)構(gòu)上要有利于提高軸的強(qiáng)度、剛度，盡量減少應(yīng)力集中n有利于節(jié)省材料

6、、減輕重量 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計n擬定軸上零件裝配方案n軸上零件的定位n各段軸直徑和長度的確定n提高軸的強(qiáng)度和剛度的措施n軸的結(jié)構(gòu)工藝性二、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸肩或軸環(huán)套筒彈性擋圈圓螺母加止動墊圈、雙圓螺母緊定螺釘、鎖緊擋圈、銷釘軸端擋圈圓錐面（二）軸上零件的定位-軸向定位143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1）軸肩、軸環(huán)軸肩軸環(huán) 結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠，可承受較大軸向力特點(diǎn)特點(diǎn)143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸肩的尺寸要求:r C 或或 r RDdrRDdCr或h(0.070.1)dCDdrDdrRb(與滾動軸承相配合處的h和b值,見軸承標(biāo)準(zhǔn))一般，定位軸肩：h(35）mm非定位軸

7、肩:h(0.51)mm軸環(huán)寬度:b1.4hhh143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計2）套筒 特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單,定位可靠定位可靠,用于零件間距用于零件間距較小場合較小場合,軸轉(zhuǎn)速較高時不易選用軸轉(zhuǎn)速較高時不易選用143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單,只能承受很小的軸向力只能承受很小的軸向力143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計3）彈性擋圈 固定可靠,裝拆方便,可承受較大軸向力,但螺紋對軸削弱較大.4）圓螺母加止動墊片143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 5）雙圓螺母143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 適用于軸向力很小適用于軸向力很小,轉(zhuǎn)速很低或轉(zhuǎn)速很低或?yàn)榉乐沽慵既谎剌S向滑動的為防止零件偶然沿軸向滑動的場合場合,亦可用于周向

8、固定亦可用于周向固定6）緊定螺釘 鎖緊擋圈143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 適用于固定軸端零件特點(diǎn)7）軸端擋圈143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 能消除軸與輪轂間的徑向間隙,裝拆較方便,對中性好,可兼作周向固定,但加工較困難8）圓錐面143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 鍵花鍵銷過盈聯(lián)接成型聯(lián)接（二）軸上零件的定位-周向定位143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計21 特點(diǎn)裝拆方便，互換性好，但對軸強(qiáng)度有削弱143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1）鍵 特點(diǎn)精度要求較高，定心性好，拆裝方便，但制造需用專用設(shè)備和工具。2）花鍵143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 圓柱銷圓錐銷只能傳遞較小扭矩,互換性好,拆裝方便,但對軸強(qiáng)度削弱較大.3）銷143

9、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸上零件的定位方法 q 有配合要求的軸段注意配合零件的要求，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑；q 與標(biāo)準(zhǔn)件配合的軸段采用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值，例如：滾動軸承、聯(lián)軸器、密封裝置，應(yīng)滿足裝配尺寸要求。q 非標(biāo)準(zhǔn)軸段： 定位軸肩 h(35)mm 非定位軸肩 h(0.51)mmq 軸上零件安裝時，所經(jīng)過軸上各段直徑應(yīng)小于安裝零件輪轂直徑，以便于裝拆。q 滾動軸承定位軸肩高度必須低于內(nèi)圈端面高度，以便于拆卸，具體尺寸由標(biāo)準(zhǔn)查出。（三）各軸段直徑的確定143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 主要根據(jù)：n軸上零件的軸向尺寸n相鄰零件之間的距離n軸上零件的裝拆和軸向固定一般:輪轂長度L=(1.52)d轂比軸長23mm

10、（四）各軸段長度的確定143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計詳細(xì)說明Ld23mm n軸肩直徑較小的一邊需磨削或車削螺紋時，須留出砂輪越程槽、退刀槽；（五）軸的結(jié)構(gòu)工藝性143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸端應(yīng)制出45的倒角；砂輪越程槽退刀槽45 n 一根軸上的圓角盡可能統(tǒng)一，退刀槽、越程槽、倒角盡量取同樣尺寸；n 不同軸段的鍵槽寬度盡可能一致，并布置在同一母線上；143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計n 軸段的階梯數(shù)量要盡可能少。 Tmax= T1Tmax = T2T3T2T1T2T1T3合理不合理 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（五）提高軸的強(qiáng)度和剛度的措施1、合理布置傳動零件位置，以減小軸上載荷輸入T1輸出T2輸出T3輸入T1輸出T3輸出T223

11、 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計2、改進(jìn)軸上零件結(jié)構(gòu)，以減小軸上載荷QQ合理不合理 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理不合理 3、改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中1)軸結(jié)構(gòu)要盡量避免突然變化，增大過渡圓角半徑，可采用 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計r內(nèi)凹圓角隔離環(huán) 2)軸與輪轂為過盈配合時，配合邊緣會產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，為了減小應(yīng)力集中，可在軸或轂上開卸荷槽，或加大配合部分直徑。143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3)盤銑刀比端銑刀加工的鍵槽在過渡處產(chǎn)生的應(yīng)力集中??；漸開線花鍵比矩形花鍵在齒根處的應(yīng)力集中小，設(shè)計時要適當(dāng)考慮。143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計端銑刀盤銑刀 4、改進(jìn)軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強(qiáng)度1)表面強(qiáng)化處理，方法有：表面高頻淬火等熱處理

12、；表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)熱處理；輾壓、噴丸等強(qiáng)化處理；2)合理減小軸的表面及圓角處的加工粗糙度值。143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 36362 . 01055. 9161055. 9dnPdnPWTT 3362 . 01055. 9nPd-設(shè)計公式一、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計算 14144 4 軸的強(qiáng)度計算軸的強(qiáng)度計算軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：為了計及鍵槽對軸的削弱，可按以下方式修正軸徑有一個鍵槽有兩個鍵槽軸徑d100mm軸徑增大3%軸徑增大7%軸徑d100mm軸徑增大5%7%軸徑增大10%15% 362 . 0/1055. 9C令3nPCd 作出軸的計算簡圖(即力學(xué)模型)，求支承反力二、按彎扭

13、合成強(qiáng)度條件計算 14144 4 軸的強(qiáng)度計算軸的強(qiáng)度計算1)軸的載荷簡化將軸上的分布載荷簡化為集中力，作用在輪轂寬度的中點(diǎn)；軸轂采用過盈配合時，由于軸的彈性變形，載荷分布要向軸的兩端集中；作用在軸上的扭矩從傳動件輪轂寬度中點(diǎn)算起；忽略上零件的自重及軸承中的摩擦力。 14144 4 軸的強(qiáng)度計算軸的強(qiáng)度計算FFFlaa=(0.20.3)l2F2F將軸上的分布載荷簡化為集中力，作用在輪轂寬度的中點(diǎn)；軸轂采用過盈配合時，由于軸的彈性變形，載荷分布要向軸的兩端集中； 2)軸的支承簡化 14144 4 軸的強(qiáng)度計算軸的強(qiáng)度計算l3lee與軸承的寬徑比有關(guān) 14144 4 軸的強(qiáng)度計算軸的強(qiáng)度計算FtFaFtFrFH2FH1MHFrFaMV1BACDFV2MHFV1FV1MV2M1M2MVTTFV1FV1FH1FV2FH2M=水平面受力圖水平面彎矩圖垂直面受力圖垂直面彎矩圖合成彎矩圖扭矩圖TT作出軸的計算簡圖22VHMM 畫出垂直面受力圖及彎矩圖MV畫出水平面受力圖及彎矩圖MH畫出合成彎矩圖M畫出扭矩圖T 331 . 032dMdMWMWTdTWTT22 . 03？2)( T校核軸的強(qiáng)度 14144 4 軸的強(qiáng)度計算軸的強(qiáng)度計算WTMe22224be扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力靜應(yīng)力脈動循