機械設(shè)計西北工業(yè)大學(xué)出版社第八版第十五章

第十五章軸精品資料本章(běnzhānɡ)內(nèi)容軸的用途及分類軸的材料軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的強度計算(jìsuàn)軸的剛度計算(jìsuàn)精品資料15-1軸的功用(gōngyòng)軸是組成機器的重要零件之一，用來支承旋轉(zhuǎn)的機械零件。軸的功用：支承回轉(zhuǎn)(huízhuǎn)零件傳遞運動和動力精品資料軸的分類(fēnlèi)：按外形(wàixínɡ)分按載荷分直軸曲軸軟軸傳動軸轉(zhuǎn)軸心軸固定心軸轉(zhuǎn)動心軸階梯軸空心軸光軸精品資料光軸：形狀簡單、加工方便、制造成本低、軸上應(yīng)力集中(jízhōng)源少；缺點是軸上零件不易裝配定位。光軸常用作心軸和傳動軸。階梯軸便于軸上零件安裝與定位，常用作轉(zhuǎn)軸。直軸光軸階梯(jiētī)軸精品資料軸一般做成階梯軸，原因是：便于(biànyú)軸上零件軸向定位和固定；便于(biànyú)軸上零件的拆裝；使各軸段達到或接近等強度；實現(xiàn)尺寸分段，以滿足不同配合特性、精度和光潔度的要求。精品資料曲軸(qūzhóu)：發(fā)動機專用零件,用以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動與往復(fù)直線運動相互轉(zhuǎn)變。精品資料轉(zhuǎn)軸指既受彎矩又受扭矩的軸，轉(zhuǎn)軸在各種機器(jīqì)中最為常見。精品資料心軸只承受彎矩而不承受轉(zhuǎn)矩的軸，如自行車輪軸。按軸轉(zhuǎn)動與否，又可分為(fēnwéi)轉(zhuǎn)動心軸和固定心軸。轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)心軸固定心軸精品資料傳動軸只受轉(zhuǎn)矩不受彎矩或受很小彎矩的軸，如連接汽車(qìchē)發(fā)動機輸出軸和后橋的軸。精品資料如何判斷軸是否(shìfǒu)傳遞轉(zhuǎn)矩：從原動機向工作機畫傳動路線，若傳動路線沿該軸軸線(zhóuxiàn)走過一段距離，則該軸傳遞轉(zhuǎn)矩。如何判斷軸是否承受彎矩：該軸上除聯(lián)軸器外是否還有其它傳動零件，如果有該軸承受彎矩，否則不承受彎矩。精品資料問：根據(jù)承載情況下列各軸分別(fēnbié)為哪種類型？0軸：Ⅰ軸：Ⅴ軸：Ⅱ軸：Ⅲ軸：Ⅳ軸：傳動軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動心軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動心軸精品資料軸的失效(shīxiào)形式因疲勞強度不足而產(chǎn)生疲勞斷裂；因靜強度不足而生產(chǎn)塑性變形或脆性斷裂；因剛度不足而產(chǎn)生過大彎曲及扭轉(zhuǎn)變形；高速時發(fā)生共振(gòngzhèn)破壞等。精品資料一般轉(zhuǎn)軸(zhuànzhóu)的設(shè)計準(zhǔn)則具有合理的結(jié)構(gòu)和良好的工藝性并保證其疲勞強度足夠。對有過載情況的軸，還應(yīng)保證其靜強度足夠；對剛度(ɡānɡdù)要求較高的軸及受力較大的細長軸，還應(yīng)進行剛度(ɡānɡdù)計算；對高速旋轉(zhuǎn)的軸，則應(yīng)進行振動穩(wěn)定性計算。精品資料軸設(shè)計的主要(zhǔyào)內(nèi)容選用合適的材料、毛坯形式(xíngshì)及熱處理方法。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：根據(jù)軸上零件的安裝、定位和固定及軸的制造工藝等方面要求，合理確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。工作能力校核計算：包括疲勞強度、靜強度及剛度計算等。精品資料15.2軸的材料(cáiliào)碳素鋼30、35、45、50(正火或調(diào)質(zhì))，45應(yīng)用最廣。對應(yīng)力集中不敏感，良好的加工性。中、低碳合金鋼：強度高、壽命長，對應(yīng)力集中敏感，用于重載、小尺寸的軸。球墨鑄鐵和高強度鑄鐵鑄鐵材料(cáiliào)具有易于作成復(fù)雜的外形；吸振性、耐磨性好，對應(yīng)力集中敏感性低、價格低廉；用于制作外形復(fù)雜的曲軸、凸輪軸等。精品資料15-3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)：在滿足強度、剛度和振動穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和全部尺寸。要求：軸應(yīng)便于加工，軸上零件易于安裝、調(diào)整、拆卸軸和軸上零件定位準(zhǔn)確各零件要牢固而可靠地相對固定軸的受力合理、應(yīng)力集中小過程擬定軸上零件的裝配(zhuāngpèi)方案軸上零件的定位各軸段直徑和長度的確定精品資料軸的各部分(bùfen)名稱軸頸：軸上被支承部分；尺寸=軸承內(nèi)徑(nèijìnɡ)；軸頭：安裝輪轂部分，直徑與輪轂內(nèi)徑(nèijìnɡ)相當(dāng)；軸身：連接軸頸和軸頭的部分。精品資料一、擬定軸上零件的裝配(zhuāngpèi)方案精品資料為便于軸上零件的裝拆，常將軸做成階梯形。一般直徑從軸端向中間逐漸增大。為便于裝配(zhuāngpèi)，軸頸和軸頭的端部均應(yīng)有倒角。精品資料軸上磨削的軸段，應(yīng)有砂輪越程槽；車制螺紋的軸段，應(yīng)有退刀槽。在滿足(mǎnzú)使用要求的情況下，軸的形狀和尺寸應(yīng)力求簡單，以便于加工。精品資料如果需從軸的一端裝入兩個過盈配合的零件，則軸上兩配合軸段的直徑不應(yīng)相等，否則第一個零件壓入后，會把第二個零件配合的表面(biǎomiàn)拉毛，影響配合。精品資料二、軸上零件(línɡjiàn)的定位和固定用作零件軸向定位的臺階部分(bùfen)稱為軸肩，環(huán)形部分(bùfen)稱為軸環(huán)。精品資料軸上零件(línɡjiàn)的軸向固定為防止軸上零件沿軸向移動，除了對它們進行軸向定位以外，還應(yīng)進行固定常用的固定方法有：軸肩和軸環(huán)、套筒、圓螺母和止動墊圈、彈性擋圈和緊定螺釘、軸端擋圈。此外(cǐwài)軸承端蓋常用來做整個軸的軸向定位。精品資料1.軸肩、軸環(huán)定位(dìngwèi)為了保證(bǎozhèng)軸上零件緊靠定位面（軸肩），軸肩的圓角半徑r必須小于相配零件的倒角C1或圓角半徑R，軸肩高h必須大于C1或R。精品資料hhhh精品資料錯誤

正確軸肩固定滾動軸承(gǔndòngzhóuchéng)時：要求軸肩高度<滾動軸承(gǔndòngzhóuchéng)內(nèi)圈高度精品資料2.套筒定位(dìngwèi)套筒適用于軸上兩個相距較近零件之間的定位，其兩個端面(duānmiàn)為定位面，應(yīng)有較高的平行度和垂直度。為使軸上零件定位可靠，應(yīng)使軸段長度比零件轂長短2~3mm。套筒精品資料3.圓螺母無法采用套筒或套筒太長時，可采用圓螺母加以固定。圓螺母定位裝拆方便(fāngbiàn)，通常用細牙螺紋來增強防松能力和減小對軸的強度消弱及應(yīng)力集中。雙圓螺母螺母(luómǔ)加止動墊圈精品資料4.軸端擋圈當(dāng)零件位于軸端時，可用軸端擋板(dǎnɡbǎn)與軸肩、軸套、圓錐面等的組合，使零件雙向固定。擋板(dǎnɡbǎn)用螺釘緊固在軸端并壓緊被定位零件的端面。該方法簡單可靠、裝拆方便，但需在軸端加工螺紋孔。精品資料5.彈性擋圈軸向力較小時，零件在軸上的固定可采用彈性擋圈或緊定螺釘。在軸上切出環(huán)形(huánxínɡ)槽，將彈性擋圈嵌入槽中，利用它的側(cè)面壓緊被定位零件的端面，圖為軸肩與彈性擋圈聯(lián)合使用的情況。這種定位方法工藝性好、裝拆方便，但對軸的強度消弱較大，常用于所受軸向力小的軸。精品資料6.緊定螺釘(luódīng)鎖緊擋圈用緊定螺釘固定(gùdìng)在軸上，裝拆方便，但不能承受大的軸向力。精品資料軸上零件(línɡjiàn)的軸向固定軸上零件的周向固定，大多采用鍵、花鍵或過盈配合等聯(lián)接形式。采用鍵聯(lián)接時，為加工方便(fāngbiàn)，各軸段的鍵槽應(yīng)設(shè)計在同一加工直線上，并應(yīng)盡可能采用同一規(guī)格的鍵槽截面尺寸精品資料精品資料精品資料①——聯(lián)軸器左端無軸端擋圈②——聯(lián)軸器無周向固定（缺鍵）③——聯(lián)軸器右端無軸向固定④——套筒過高⑤——軸頭長度等于輪轂寬度⑥——齒輪無周向固定（缺鍵）⑦——定位(dìngwèi)軸肩過高⑧——缺調(diào)整墊片精品資料例題(lìtí)指出圖示軸結(jié)構(gòu)(jiégòu)中的錯誤。精品資料兩鍵應(yīng)布置在同一條(yītiáo)母線上。軸上零件未定位和固定滾動軸承右側(cè)沒固定套筒高度高于軸承內(nèi)圈軸段長度應(yīng)略小于輪轂寬度軸環(huán)高度不應(yīng)高于滾動軸承內(nèi)圈高度加工螺紋部分應(yīng)留退刀槽鍵的長度不應(yīng)超過輪轂寬度精品資料三、各軸段直徑和長度(chángdù)的確定按軸所受的扭矩估算(ɡūsuàn)軸徑，作為最小軸徑dmin。滿足強度和剛度要求；盡量采用標(biāo)準(zhǔn)值；與軸承配合處，必須符合軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)系列；螺紋處的直徑應(yīng)符合螺紋的標(biāo)準(zhǔn)系列；安裝聯(lián)軸器的軸徑應(yīng)按聯(lián)軸器孔徑設(shè)計；用套筒、螺母、擋圈等定位時，軸段長度應(yīng)小于相配零件寬度；非定位軸肩的高度一般為：0.5～3mm，固定滾動軸承的軸肩高度應(yīng)小于軸承內(nèi)圈厚度。精品資料目的(mùdì):驗算經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計初步得出的軸能否滿足強度要求。工程上常用的軸強度計算方法按扭轉(zhuǎn)強度計算按彎扭合成強度計算按疲勞強度進行精確校核按靜強度進行校核15.4軸的強度(qiángdù)計算精品資料1.扭轉(zhuǎn)強度(qiángdù)計算適用(shìyòng)于只承受轉(zhuǎn)矩的傳動軸的精確計算;也可用于既受彎矩又受扭矩的軸的近似計算。T—軸傳遞的轉(zhuǎn)矩(N?mm)；WT—軸的抗扭截面系數(shù)(mm3)；

P—軸傳遞的功率(kW)；

n—軸的轉(zhuǎn)速(r/min)；[]—許用切應(yīng)力(MPa)。只傳遞轉(zhuǎn)矩的圓截面軸，其強度條件為精品資料精品資料2.彎扭合成強度(qiángdù)計算適用前提在軸結(jié)構(gòu)設(shè)計后，軸的主要結(jié)構(gòu)形狀和尺寸、軸上零件的位置、外載荷和支反力的作用(zuòyòng)位置均已確定。適用對象同時受彎矩和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)軸，僅受彎矩的心軸。方法特點由dmin(扭轉(zhuǎn)初估)→結(jié)構(gòu)設(shè)計→支點、力大小、作用(zuòyòng)點→畫出M、T合成彎矩圖→危險截面→計算。精品資料彎扭合成強度計算(jìsuàn)的步驟畫出軸的受力簡圖。軸承支反力作用點的確定。將軸上作用力分解為水平面分力和垂直面分力，并求出水平面和垂直面上(miànshànɡ)的支點反力。分別作出水平面上(miànshànɡ)的彎矩(MH)和垂直面上(miànshànɡ)的彎矩圖(MV)。計算合成彎矩。作扭矩圖計算當(dāng)量彎矩精品資料校核(xiàohé)軸的強度轉(zhuǎn)動著的軸，彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)變應(yīng)力，而由轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力不一定是對稱循環(huán)變應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性(tèxìng)的不同，引入換算系數(shù)，稱為應(yīng)力修正系數(shù)。精品資料對于(duìyú)不變的轉(zhuǎn)矩——對于(duìyú)脈動的轉(zhuǎn)矩——對于對稱循環(huán)的轉(zhuǎn)矩——應(yīng)力修正系數(shù)設(shè)計公式：精品資料注：近似計算時，單、雙鍵(shuānɡjiàn)槽一般可忽略，花鍵軸截面可視為直徑等于平均直徑的圓截面。軸的抗彎和抗扭截面(jiémiàn)系數(shù)精品資料軸的許用彎曲應(yīng)力精品資料說明對于有鍵槽的截面，應(yīng)將計算出的軸徑適當(dāng)加大。單鍵時，加大3~4％；雙鍵時，加大7％。若計算出的軸徑大于結(jié)構(gòu)設(shè)計初步估算的軸徑，則表明結(jié)構(gòu)圖中軸的強度不夠，必須修改(xiūgǎi)結(jié)構(gòu)設(shè)計；若計算出的軸徑小于結(jié)構(gòu)設(shè)計的估算軸徑，且相差不很大，一般就以結(jié)構(gòu)設(shè)計的軸徑為準(zhǔn)。精品資料3.疲勞強度校核(xiàohé)精品資料例題(lìtí)2已知：作用在齒輪上的圓周力Ft=17400N，徑向力Fr=6410N，軸向力Fa=2860N，齒輪分度圓直徑(zhíjìng)d2=146mm，作用在軸右端帶輪上的外力F=4500N（方向未定），L=193mm，K=206mm。精品資料解：1、求支承(zhīchénɡ)反力（1）在垂直面內(nèi)：FrFaFtF方向未定FrFaF1vF2v精品資料（2）在水平面內(nèi)FtF1HF2H精品資料（3）F力在支點(zhīdiǎn)產(chǎn)生的反力FF1FF2F精品資料2、繪制(huìzhì)彎矩圖（1）垂直面內(nèi)的彎矩圖精品資料（2）水平面內(nèi)的彎矩圖精品資料（3）F力產(chǎn)生(chǎnshēng)的彎矩圖精品資料3、求合成(héchéng)彎矩考慮到最不利的情況，把與直接相加精品資料精品資料4、求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩5、求危險剖面(pōumiàn)的當(dāng)量彎矩精品資料6、計算危險剖面直徑軸的材料選用45號鋼，調(diào)質(zhì)(diàozhì)處理，查表14-1，sB=650M