軸 2010的實(shí)用學(xué)習(xí)課件

軸2010的實(shí)用學(xué)習(xí)課件第1頁(yè)/共72頁(yè)

轉(zhuǎn)軸的受力與應(yīng)力Fr2Fr1Fa1Fa2Ft2F’Ft2Ft1Fr2Fn2在A,B點(diǎn)間—軸受彎矩,無(wú)轉(zhuǎn)矩在B,C點(diǎn)間—軸既有彎矩又有轉(zhuǎn)矩在C,D點(diǎn)間—軸只受轉(zhuǎn)矩,無(wú)彎矩第2頁(yè)/共72頁(yè)第3頁(yè)/共72頁(yè)第4頁(yè)/共72頁(yè)按軸線的形狀分：直軸、曲軸、撓性軸直軸根據(jù)外形的不同，可分為光軸和階梯軸。軸一般是實(shí)心軸，有特殊要求時(shí)也可制成空心軸，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸。第5頁(yè)/共72頁(yè)鋼絲軟軸，又稱鋼絲撓性軸，它是由多組鋼絲分層卷繞而成，具有良好的撓性，可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳到不同位置。第6頁(yè)/共72頁(yè)11.1.2軸的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)步驟合理的結(jié)構(gòu)和足夠的強(qiáng)度是軸的設(shè)計(jì)必須滿足的基本要求轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)步驟：1）選材2）估算軸的直徑3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4）軸的強(qiáng)度校核5）必要時(shí)作剛度和穩(wěn)定性校核第7頁(yè)/共72頁(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的設(shè)計(jì)軸的設(shè)計(jì)主要解決兩個(gè)方面的問題齒輪傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)帶傳動(dòng)等設(shè)計(jì)計(jì)算P,n,i等數(shù)據(jù)使用年限工作條件等已知按設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及計(jì)算公式計(jì)算出傳動(dòng)件主要尺寸選擇傳動(dòng)件結(jié)構(gòu)形式計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸繪制傳動(dòng)件零件工作圖設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成：計(jì)算書和零件圖1.回顧我們講過的和做過的傳動(dòng)件設(shè)計(jì)過程：設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?材料,強(qiáng)度,剛度,直徑,長(zhǎng)度,結(jié)構(gòu)第8頁(yè)/共72頁(yè)2.軸的設(shè)計(jì)要分三步進(jìn)行1)

初定軸徑;2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):畫草圖,確定軸的各段尺寸,得到軸的跨距和力的作用點(diǎn);3)計(jì)算彎矩、彎曲應(yīng)力及扭剪應(yīng)力，進(jìn)行校核計(jì)算。已知條件選擇軸的材料初算軸徑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算彎矩校核計(jì)算完善設(shè)計(jì)修改直徑轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)程序框圖問題：為什么要分三步走？第9頁(yè)/共72頁(yè)按以往的方法：強(qiáng)度條件由材料力學(xué)知:危險(xiǎn)截面與軸徑d

有關(guān)FrTaaABFtCL1L支點(diǎn)間跨距L

力作用位置

L1

與有關(guān)d在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前LL1皆未知！d3軸的設(shè)計(jì)為什么要分三步走？第10頁(yè)/共72頁(yè)11.1.3

軸的材料軸的材料主要采用常用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼有30、40、45、和50鋼，其中45鋼應(yīng)用最多碳素鋼合金鋼常用的合金鋼有20Cr、40Cr、35SiMn和35CrMo等45鋼正火調(diào)質(zhì)不能靠采用合金鋼的方法提高軸的剛度。第11頁(yè)/共72頁(yè)1.碳素鋼

優(yōu)質(zhì)碳素鋼具有較高的綜合機(jī)械性能，常用于比較重要或承載較大的軸。普通碳素鋼:Q235、Q275等。常用于不重要或承載較小的軸。軸的常用材料及其主要機(jī)械性能見表11.2第12頁(yè)/共72頁(yè)

注意：

1）不能采用合金鋼代替碳素鋼來提高軸的剛度。

2）合金鋼對(duì)應(yīng)力集中敏感性強(qiáng).3)價(jià)格較高。2.合金鋼:常用的合金鋼有20Cr、40Cr、20CrMnTi和35CrMo等合金鋼具有較高的綜合力學(xué)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、耐高溫等要求的軸。高頻淬火、滲碳、氮化、氰化以及表面強(qiáng)化處理（如噴丸、滾壓）對(duì)提高軸的抗疲勞強(qiáng)度都有顯著效果。第13頁(yè)/共72頁(yè)高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵可用于制造外形復(fù)雜的軸,如曲軸等。3.球墨鑄鐵：容易制成復(fù)雜形狀，價(jià)格低廉、強(qiáng)度較高、良好的耐磨性、吸振性和易切性以及對(duì)應(yīng)力集中敏感性較低。韌性差。第14頁(yè)/共72頁(yè)11.3.1軸徑的初估計(jì)算1僅按所受的切應(yīng)力來計(jì)算適用于只承受轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)軸的精確計(jì)算，也可用于既受彎矩又受扭矩的轉(zhuǎn)軸的最小軸徑的近似計(jì)算。對(duì)于只傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的圓截面軸，其強(qiáng)度條件為[τ]：許用扭切應(yīng)力，第15頁(yè)/共72頁(yè)設(shè)計(jì)公式[τ],

C值見表11.4有鍵槽時(shí)，算得的d應(yīng)增大：?jiǎn)捂I增大3%,雙鍵增大7%。第16頁(yè)/共72頁(yè)11.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是要確定軸的合理外形和包括各軸段長(zhǎng)度、直徑及其他細(xì)小尺寸在內(nèi)的全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求是：軸應(yīng)便于加工，軸上零件應(yīng)便于裝拆；（制造安裝要求）

軸和軸上的零件應(yīng)有正確可靠的工作位置；（定位固定要求）

軸的受力合理，盡量減小應(yīng)力集中。第17頁(yè)/共72頁(yè)以減速器的低速軸為例加以說明第18頁(yè)/共72頁(yè)11.2.1滿足使用的要求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)接第19頁(yè)/共72頁(yè)

2.軸上零件的軸向固定第20頁(yè)/共72頁(yè)軸向定位和固定方法(1)軸肩定位第21頁(yè)/共72頁(yè)定位軸肩的高度h=(0.07~0.1)d第22頁(yè)/共72頁(yè)(2)套筒固定和定位(3)圓螺母固定與軸上零件配合的軸段長(zhǎng)度應(yīng)比輪轂短2mm第23頁(yè)/共72頁(yè)

圓螺母固定第24頁(yè)/共72頁(yè)(4)軸端擋圈第25頁(yè)/共72頁(yè)(5)彈性擋圈第26頁(yè)/共72頁(yè)(6)緊定螺釘?shù)?7頁(yè)/共72頁(yè)（7）錐面裝拆方便，可兼作周向固定。宜用于高速、沖擊及對(duì)中性要求高的場(chǎng)合。只用于軸端。常與軸端擋圈聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)零件的雙向固定。第28頁(yè)/共72頁(yè)11.2.2良好的結(jié)構(gòu)工藝性1加工工藝性第29頁(yè)/共72頁(yè)

倒角——自動(dòng)對(duì)中(施加軸向力)，便于安裝。

配合不易裝配配合時(shí)易裝配

磨削的軸段——應(yīng)留出砂輪越程槽，有國(guó)標(biāo)可查砂輪越程槽的尺寸(GB6403.5-85)

有螺紋的軸段——

應(yīng)有退刀槽，有國(guó)標(biāo)可查尺寸

同一根軸上有多個(gè)單鍵連接時(shí)

——鍵寬盡可能統(tǒng)一，并位于同一加工直線上。鍵在所在軸段的位置——另外，鍵槽應(yīng)靠近所在軸段的裝入端，便于安裝時(shí)轂槽對(duì)準(zhǔn)軸槽中的鍵。第30頁(yè)/共72頁(yè)2裝配工藝性第31頁(yè)/共72頁(yè)11.2.3提高軸疲勞強(qiáng)度的措施

軸通常在變應(yīng)力下工作，多數(shù)軸因疲勞而失效，因此設(shè)計(jì)軸時(shí)應(yīng)設(shè)法提高其疲勞強(qiáng)度，常采取的措施有：1.改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)形狀配合軸段上的卸載槽內(nèi)凹圓角過渡肩環(huán)第32頁(yè)/共72頁(yè)2.改善軸的表面狀態(tài)第33頁(yè)/共72頁(yè)3.合理布置軸上傳動(dòng)零件的位置第34頁(yè)/共72頁(yè)11.3.1軸的強(qiáng)度計(jì)算（1）按許用切應(yīng)力計(jì)算：用于傳動(dòng)軸或轉(zhuǎn)軸初估直徑。（2）按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算（3）按許用安全系數(shù)校核軸的疲勞強(qiáng)度[τ],

C值見表11.4有鍵槽時(shí)，算得的d應(yīng)增大：?jiǎn)捂I增大3%,雙鍵增大7%。1初算軸徑第35頁(yè)/共72頁(yè)1箱體內(nèi)壁位置的確定2軸承座端面位置的確定3軸承在軸承座孔中位置的確定軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第36頁(yè)/共72頁(yè)軸的外伸長(zhǎng)度的確定

當(dāng)軸端安裝彈性套柱銷聯(lián)軸器時(shí)K值由聯(lián)軸器的型號(hào)確定(1)(2)

當(dāng)使用凸緣式軸承蓋時(shí)k值由聯(lián)接螺栓長(zhǎng)度確定

當(dāng)軸承蓋與軸端零件都不需拆卸時(shí),一般?。篕=5mm~8mm(3)第37頁(yè)/共72頁(yè)2按彎扭合成強(qiáng)度條件校核計(jì)算關(guān)鍵是軸的受力分析軸的受力和支點(diǎn)的簡(jiǎn)化第38頁(yè)/共72頁(yè)第39頁(yè)/共72頁(yè)1）畫出空間受力簡(jiǎn)圖；2）作水平面受力圖及彎矩圖MH；3）作垂直面受力圖及彎矩圖MV；4）作合成彎矩圖；5）作轉(zhuǎn)矩T圖；6）作當(dāng)量彎矩圖；求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩：按彎扭強(qiáng)度條件計(jì)算第40頁(yè)/共72頁(yè)7）強(qiáng)度計(jì)算

確定危險(xiǎn)截面（一個(gè)或幾個(gè)）；強(qiáng)度校核。對(duì)于實(shí)心圓軸上危險(xiǎn)截面應(yīng)滿足以下強(qiáng)度條件：----對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力—表11.5第41頁(yè)/共72頁(yè)3按許用安全系數(shù)校核軸的疲勞強(qiáng)度

是考慮軸上變應(yīng)力的循環(huán)特性、應(yīng)力集中、表面質(zhì)量及尺寸因素等對(duì)軸疲勞強(qiáng)度影響的精確校核方法。用于重要的軸。第42頁(yè)/共72頁(yè)11.3.2軸的剛度計(jì)算簡(jiǎn)介設(shè)計(jì)時(shí)的軸的剛度條件為：

各種用途的軸的許用撓度、偏轉(zhuǎn)角和扭轉(zhuǎn)角查手冊(cè)第43頁(yè)/共72頁(yè)11.3.3軸的振動(dòng)穩(wěn)定性概念若軸所受的外力頻率與軸的自振頻率一致時(shí),運(yùn)轉(zhuǎn)便不穩(wěn)定而發(fā)生顯著的振動(dòng),這種現(xiàn)象稱為軸的共振。產(chǎn)生共振時(shí)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(gè),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。計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速的目的在于使工作轉(zhuǎn)速n避開軸的臨界轉(zhuǎn)速ncr。

第44頁(yè)/共72頁(yè)11.4軸轂連接鍵主要用來實(shí)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(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或周向移動(dòng)。用來實(shí)現(xiàn)軸、轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩的連接稱為軸轂連接。本節(jié)主要介紹鍵連接、銷連接和成型連接。

第45頁(yè)/共72頁(yè)鍵聯(lián)接1

平鍵的兩側(cè)面是工作面，上表面與輪轂上的鍵槽底部之間留有間隙，鍵的上、下表面為非工作面。工作時(shí)靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞扭矩，故定心性較好。1．平鍵聯(lián)接

普通平鍵與輪轂上鍵槽的配合較緊，屬靜聯(lián)接。導(dǎo)向平鍵和滑鍵與輪轂的鍵槽配合較松，屬動(dòng)聯(lián)接。根據(jù)用途，平鍵又可分為普通平鍵導(dǎo)向平鍵一、鍵聯(lián)接的分類、結(jié)構(gòu)型式及應(yīng)用

11.4.1鍵聯(lián)接第46頁(yè)/共72頁(yè)1).普通平鍵普通平鍵的端部形狀可制成:

圓頭(A型)、方頭（B型）或單圓頭（C型）。

鍵剖面圖A型平鍵B型平鍵C型平鍵第47頁(yè)/共72頁(yè)2)導(dǎo)向平鍵聯(lián)接導(dǎo)向平鍵用于動(dòng)聯(lián)接第48頁(yè)/共72頁(yè)軸上鍵槽的加工軸上鍵槽可用指狀銑刀或盤狀銑刀加工，輪轂上的鍵槽可用插削或拉削。第49頁(yè)/共72頁(yè)鍵聯(lián)接3

鍵呈半圓形，其側(cè)面為工作面，鍵能在軸上的鍵槽中繞其圓心擺動(dòng)，以適應(yīng)輪轂上鍵槽的斜度，安裝方便。常用與錐形軸端的聯(lián)接。

2．半圓鍵聯(lián)接優(yōu)點(diǎn)：對(duì)中性好、工藝性好；缺點(diǎn)：軸槽較深，對(duì)軸的削弱較大。主要用于輕載或位于軸端的連接。第50頁(yè)/共72頁(yè)半圓鍵的側(cè)面為工作面，鍵的上表面與轂槽底面間有間隙。第51頁(yè)/共72頁(yè)

楔鍵的上、下表面為工作面，兩側(cè)面為非工作面。鍵的上表面與鍵槽底面均有1:100的斜度。工作時(shí)，鍵的上下兩工作面分別與輪轂和軸的鍵槽工作面壓緊，靠其摩擦力和擠壓傳遞扭矩。3．楔鍵聯(lián)接第52頁(yè)/共72頁(yè)楔鍵僅適用于對(duì)中要求不高、載荷平穩(wěn)和低速的連接。第53頁(yè)/共72頁(yè)鍵聯(lián)接44平鍵的選擇和強(qiáng)度校核1．鍵的尺寸選擇

b×h根據(jù)軸徑d由標(biāo)準(zhǔn)中查得，鍵的長(zhǎng)度參考輪轂的長(zhǎng)度確定，一般應(yīng)略短于輪轂長(zhǎng)，并符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的尺寸系列。平鍵的尺寸主要是鍵的截面尺寸b×h及鍵長(zhǎng)L。2．平鍵連接的失效和強(qiáng)度校核對(duì)于普通平鍵連接（靜連接），其主要失效形式是工作面的壓潰，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)鍵的剪斷，但一般只作連接的擠壓強(qiáng)度校核。對(duì)于導(dǎo)向平鍵連接和滑鍵連接，其主要失效形式是工作面的過度磨損，通常按工作面上的壓力進(jìn)行條件性的強(qiáng)度校核計(jì)算。

平鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，材料通常為45鋼；若輪轂系輕金屬或非金屬材料，鍵可用20、Q235鋼等。第54頁(yè)/共72頁(yè)設(shè)計(jì)時(shí),普通平鍵的寬度b及高度h按軸徑d從標(biāo)準(zhǔn)中查得,長(zhǎng)度L按輪轂長(zhǎng)度從標(biāo)準(zhǔn)中查得,但應(yīng)比輪轂長(zhǎng)略短些。普通平鍵其主要失效形式是軸槽、鍵及轂槽三者中強(qiáng)度最弱的工作面被壓潰。第55頁(yè)/共72頁(yè)

設(shè)鍵側(cè)面的作用力沿鍵的工作長(zhǎng)度和高度均勻分布，則普通平鍵的強(qiáng)度條件為:當(dāng)強(qiáng)度不足時(shí)，可適當(dāng)增加鍵長(zhǎng)或采用兩個(gè)鍵按180o布置。考慮到兩個(gè)鍵的載荷分布不均勻性，在強(qiáng)度校核中可按1.5個(gè)鍵計(jì)算。（圓頭平鍵）（平頭平鍵）（單圓頭鍵）導(dǎo)向平鍵和滑鍵連接的強(qiáng)度條件為：鍵聯(lián)接5式中：[sp]、[p]為許用應(yīng)力與許用壓力見表11.7

第56頁(yè)/共72頁(yè)花鍵聯(lián)接1

花鍵連接是將具有均布的多個(gè)凸齒的軸置于輪轂相應(yīng)的凹槽中所構(gòu)成的連接。其工作面是鍵齒側(cè)。

優(yōu)點(diǎn):

花鍵連接是多齒傳遞載荷，故比平鍵連接的承載能力高，定心性和導(dǎo)向性好，對(duì)軸的削弱小(齒淺、應(yīng)力集中小)；

花鍵連接一般用于定心精度要求高和載荷較大的地方。

缺點(diǎn):

花鍵加工需用專門的設(shè)備和工具，成本較高。

11.4.2花鍵連接第57頁(yè)/共72頁(yè)矩形花鍵連接漸開線花鍵設(shè)計(jì)時(shí)，先選型，查出標(biāo)準(zhǔn)尺寸，然后校核。其主要失效形式仍是工作面被壓潰（靜連接）或工作面過度磨損（動(dòng)連接）。

花鍵連接按齒形不同，可分為矩形花鍵和漸開線花鍵兩類，且均已標(biāo)準(zhǔn)化。第58頁(yè)/共72頁(yè)11.4.3銷連接銷連接可以固定零件之間的相互位置，傳遞較小的轉(zhuǎn)矩，也可作為裝配時(shí)的輔助零件和安全裝置。銷的基本類型有圓柱銷和圓錐銷。圓柱銷經(jīng)過多次拆裝，其定位精度會(huì)降低；圓錐銷多次拆裝對(duì)