哈工大第十一章 軸(new)

第十一章軸

帶式運輸機

二級圓柱齒輪減速器

蝸桿傳動

輪系工程應用工程應用工程應用工程應用返回工程應用工程應用工程應用工程應用工程應用工程應用工程應用工程應用工程應用工程應用工程應用工程應用工程應用工程應用按軸線的形狀分：直軸、曲軸、撓性軸11、1概述11.1.1、軸的分類直軸曲軸撓性軸按照承受載荷情況轉(zhuǎn)軸：工作時既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸。心軸：用來支撐轉(zhuǎn)動零件且只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩的軸稱為心軸。轉(zhuǎn)動心軸、固定心軸傳動軸：用來傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩的軸稱為傳動軸。轉(zhuǎn)軸心軸轉(zhuǎn)動心軸固定心軸傳動軸按軸的外部結(jié)構(gòu)形狀分：光軸、階梯軸。按軸的截面形狀分：實心軸、空心軸。11.1.2軸的設計要求和設計步驟合理的結(jié)構(gòu)和足夠的強度是軸的設計必須滿足的基本要求。軸的設計步驟：1）選材2）估算軸的直徑3）軸的結(jié)構(gòu)設計4）軸的強度校核5）必要時作剛度和穩(wěn)定性校核11.1.3軸的材料軸的材料主要采用1碳素鋼:常用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼有30、40、45、和50鋼，其中45鋼應用最多。優(yōu)質(zhì)碳素鋼具有較高的綜合機械性能，常用于比較重要或承載較大的軸。2合金鋼:常用的合金鋼有20Cr、40Cr、35SiMn和35CrMo等合金鋼具有較高的綜合力學性能和較好的熱處理性能，常用于重要、承載大而尺寸受限或有較高耐磨性、防腐性要求的軸。3球墨鑄鐵：適于制造成形軸，它價廉、強度較高、良好的耐磨性、吸振性和易切性以及對應力集中敏感性較低。11.2軸的結(jié)構(gòu)設計軸的結(jié)構(gòu)設計的主要要求是：1、滿足使用要求：

ａ、周向固定；ｂ、軸向固定。2、良好的結(jié)構(gòu)工藝性：

ａ、加工工藝性；ｂ、裝配工藝性。3、提高軸的疲勞強度：

ａ、改進軸的結(jié)構(gòu)形狀；ｂ、改善軸的表面狀態(tài)。以減速器的低速軸為例加以說明11.2.1滿足使用的要求

為實現(xiàn)軸的功能，必須保證軸上零件有準確的工作位置，要求軸上零件沿周向和軸向固定。1、周向固定鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接成形聯(lián)接彈性環(huán)聯(lián)接銷聯(lián)接過盈配合聯(lián)接２、軸向固定方法（１）軸肩(2)、套筒固定(3)、圓螺母固定(4)、軸端擋圈(5)、彈性擋圈(6)、緊定螺釘（7）錐面

裝拆方便，可兼作周向固定。宜用于高速、沖擊及對中性要求高的場合。只用于軸端。常與軸端擋圈聯(lián)合使用，實現(xiàn)零件的雙向固定。

11.2.2良好的結(jié)構(gòu)工藝性1、加工工藝性：退刀槽、越程槽以及鍵槽的布置等。2、裝配工藝性

ａ、合理的階梯軸直徑；ｂ、軸端導角；ｃ、滿足軸承裝拆要求等。過渡肩環(huán)軸肩過渡結(jié)構(gòu)內(nèi)凹圓角11.2.3提高軸的疲勞強度1改善軸的結(jié)構(gòu)形狀減小應力集中配合軸段上的卸載槽輪轂上的卸載槽軸的結(jié)構(gòu)設計軸的徑向尺寸確定1.箱體內(nèi)壁位置的確定H=10~15mmA=b+2HA應圓整軸的軸向尺寸確定2.軸承座端面位置的確定C=δ+C1+C2+(5~10)mmδ--箱體壁厚C1、C2--螺栓扳手空間B=A+2C3.軸承在軸承座孔中位置的確定Δ

值盡量小減小支點距離油潤滑時Δ=(3~8)mm脂潤滑時Δ=(10~15)mm4.軸的外伸長度的確定(1)當軸端安裝彈性套柱銷聯(lián)軸器時K值由聯(lián)軸器的型號確定(2)當使用凸緣式軸承蓋時K值由聯(lián)接螺栓長度確定(3)當軸承蓋與軸端零件都不需拆卸時,一般取K=5mm~8mm減速器低速軸結(jié)構(gòu)圖11.3軸的計算軸的強度計算主要有三種方法：１、按許用切應力計算；２、按許用彎曲應力計算；３、安全系數(shù)校核計算。

11.3.1軸的強度計算一、按許用切應力計算適用于只承受轉(zhuǎn)矩的軸的精確計算，也可用于既受彎矩又受扭矩的軸的近似計算。對于只傳動轉(zhuǎn)矩的圓截面軸，其強度條件為：對于既傳遞轉(zhuǎn)矩又承受彎矩的軸，設計公式C值見表11.4單鍵增大3%,雙鍵增大7%二、按彎扭合成強度條件計算危險截面上的當量彎矩：強度條件：按彎扭合成強度計算軸徑的一般步驟如下：（1）畫出軸的空間受力簡圖（2）將外載荷分解到水平面和垂直面內(nèi)。（3）作垂直面彎矩MV圖和水平面彎矩MH圖；（4）作合成彎矩M圖，（5）作轉(zhuǎn)矩T圖；（6）彎矩合成，作當量彎矩Me圖（7）計算危險截面軸徑；按許用安全系數(shù)校核軸的疲勞強度是考慮軸上變應力的循環(huán)特性、應力集中、表面質(zhì)量及尺寸因素等對軸疲勞強度影響的精確校核方法斜齒輪減速器低速軸設計11.4軸轂連接軸轂連接：用來實現(xiàn)軸、轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩的連接。常用軸轂連接的類型：

鍵連接、花鍵連接、銷連接、成型連接和過盈連接。11.4.1鍵聯(lián)接11.4鍵聯(lián)接鍵主要用來實現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩。有些類型的鍵還可實現(xiàn)軸上零件的周向固定或周向移動。1.平鍵聯(lián)接平鍵的兩側(cè)是工作面，上表面與輪轂鍵槽底面間有間隙常用的平鍵有普通平鍵和導向平鍵。（1）普通平鍵1、類型：A型（圓頭)、B型（方頭）、C型（單圓頭）。2、軸上鍵槽加工方法：指狀銑刀（A、C型）或盤銑刀（B型）。3、轂上鍵槽加工方法：插削或拉削。普通平鍵連接屬于靜連接

普通平鍵連接

（2）導向平鍵連接導向平鍵連接屬于動連接

導向平鍵實例2.半圓鍵連接特點：鍵的側(cè)面為工作面，鍵的上表面與轂槽底面間有間隙。適于輕載、錐形軸端的連接。3.楔鍵聯(lián)接特點：楔鍵的上下面分別與轂和軸上的鍵槽的底面貼合，為工作面，靠摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩。楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭楔鍵

4、平鍵聯(lián)接的尺寸選擇和強度校核

鍵的材料及尺寸選擇：鍵的材料：抗拉強度不低于600MPa鋼材。尺寸選擇：鍵的截面尺寸根據(jù)鍵所在軸徑d由標準中查取。鍵長L根據(jù)輪轂的寬度確定，但應符合標準系列。平鍵聯(lián)接的失效形式：

工作面的壓潰和鍵的剪斷。強度計算：對于標準材料的標準連接，通常只校驗擠壓強度

鍵的強度校驗

假設：鍵的側(cè)面的作用力沿鍵的工作長度和高度均勻分布。擠壓強度條件為：11.4.2花鍵聯(lián)接軸和輪轂周向均布的多個鍵齒構(gòu)成的聯(lián)接稱為花鍵聯(lián)接。比平鍵聯(lián)接具有承載能力高，對軸削弱程度?。X淺、應力集中?。?，定心好和導向性能好。矩形花鍵聯(lián)接漸開線花鍵11.4.3銷聯(lián)接11.4.4成型聯(lián)接柱形面錐形面11.3.2軸的剛度計算簡介設計時的軸的剛度條件為

11.3.3軸的振動穩(wěn)定性概念軸的轉(zhuǎn)速達到一定值時，運轉(zhuǎn)便不穩(wěn)定而發(fā)生顯著的反復變形，這種現(xiàn)象叫軸的振動。若軸所受的外力頻率與軸的自振頻率一致時,運轉(zhuǎn)便不穩(wěn)定而發(fā)生顯著的振動,這種現(xiàn)象稱為軸的共振。產(chǎn)生共振時軸的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。軸的臨界轉(zhuǎn)速可以有許多個,一階、二階、三階……剛性軸:工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速的軸。撓性軸:超過一階臨界轉(zhuǎn)速的軸。軸系結(jié)構(gòu)改錯圖中有一處錯誤，請改正。錯誤原因r>c使得軸上零件與軸肩的配合不夠緊密。軸系結(jié)構(gòu)改錯圖中有四處錯誤，請改正。錯誤原因1.軸肩太高，滾動軸承無法拆卸。2.軸上未留退刀槽，不便于螺紋加工。3.圓螺母無法裝入。軸系結(jié)構(gòu)改錯圖中有三處錯誤，請改正。錯誤原因3.滾動軸承內(nèi)圈