軸上零件的位置課件

第十三章軸§13-2軸的結(jié)構設計§13-3軸的強度設計§13-1概述§12-1軸的概述1一、軸的用途及分類§13-1概述軸的功用：1）支承回轉(zhuǎn)件；2）傳遞運動和動力。按所受載荷的不同，分為：按軸線形狀的不同，軸可分：◆轉(zhuǎn)軸─同時承受彎矩和扭矩的軸。◆心軸─只承受彎矩的軸?！魝鲃虞S─只承受扭矩的軸?？梢噪S意彎曲，把回轉(zhuǎn)運動靈活地傳到任意空間位置。曲軸直軸鋼絲軟軸：光軸階梯軸實心軸空心軸:有特殊要求時，如車床主軸。轉(zhuǎn)動心軸固定心軸

合金鋼比碳鋼有更高的強度和更好的淬火性能。一般情況下用碳鋼，重要的軸用合金鋼。軸的概述2二、軸的材料毛坯多用圓鋼或鍛件。合金鋼代替碳鋼并不能提高軸的剛度。碳鋼合金鋼鋼球墨鑄鐵：用于外形復雜的軸。價廉、吸振性和耐磨性好，對應力集中的敏感性較低，但是質(zhì)較脆。正火調(diào)質(zhì)淬火等常用熱處理（見表15－1）軸的概述3三、軸設計的主要內(nèi)容

軸的設計過程：根據(jù)軸上零件的安裝、固定及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構和尺寸。校核軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等。結(jié)構設計：承載能力計算：軸的設計包括：選材料驗算合格?結(jié)束yesno軸的承載能力計算估算軸的直徑軸的結(jié)構設計§13—2軸的結(jié)構設計

要求：

①軸和軸上零件要有準確的工作位置

②軸上零件應有可靠的相對固定

③軸應具有良好的制造工藝性和安裝工藝性等

④形狀和尺寸應有利于避免應力集中

軸的結(jié)構和形狀取決于下面幾個因素：（1）軸上作用力的大小及其分布情況；（2）軸上零件的位置、配合性質(zhì)及其聯(lián)接固定的方法；（3）軸承的類型、尺寸和位置；（4）軸的加工方法、裝配方法以及其他特殊要求?？梢娪绊戄S的結(jié)構與尺寸的因素很多，設計軸時要全面綜合的考慮各種因素。

軸沒有標準的結(jié)構形式一、軸的結(jié)構組成軸的結(jié)構形狀取決于軸上零件的位置以及裝配方案，因此擬定裝配方案是進行軸結(jié)構設計的基礎。擬定裝配方案時，要根據(jù)軸上零件的結(jié)構特點，預定出主要零件的裝配方向、裝配順序和相互關系。在進行軸的結(jié)構設計的時候，一般要擬定幾種不同的裝配方案，進行分析、比較之后再擇優(yōu)選取。

選取的原則是軸的結(jié)構越簡單越合理，裝配越簡單、方便越合理。5）為便于零件的裝拆而設計的非定位軸肩高度。2）與標準件配合的軸徑應根據(jù)標準件的尺寸設計。1）估算的軸徑作為軸上最細處的直徑。四、各軸段直徑和長度的確定4）滾動軸承的定位軸肩，應小于軸承內(nèi)圈的厚度。1.直徑的確定原則3）定位軸肩的高度。1）

軸頭的長度應比輪轂的寬度小2～3mm

，以保證固定可靠。2）

軸頸的長度一般等于軸承的寬度。2.長度的確定原則五、提高軸的強度的常用措施

合理布置軸上零件以減小軸的載荷

改進軸上零件的結(jié)構以減小軸的載荷

改進軸的結(jié)構以減小應力集中

改善軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強度

六、軸的結(jié)構工藝性在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構越簡單越好。軸上應設計加工和裝配所需要的倒角、螺紋退刀槽和砂輪越程槽等。

不同軸段的鍵槽應設計在同一母線上?！?3-3軸的強度設計軸強度計算的目的在于驗算經(jīng)結(jié)構設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有兩種━━按扭轉(zhuǎn)強度計算和按彎、扭合成強度計算。

一、按扭轉(zhuǎn)強度計算

這種方法適用于只承受轉(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。更多的時候是用這種方法來初步估算軸的直徑，并由此進行軸的結(jié)構設計。強度條件:設計公式：A0——軸的材料系數(shù)，與軸的材料和載荷情況有關。注意表(15-3)下面的說明。作計算簡圖時，將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點取為載荷分布段的中點。把軸當作簡支梁，支反力的作用點與軸承的類型和布置方式有關(見圖)。把載荷分解到水平面H和垂直面V上，求出支承處的水平支反力RH

、垂直支反力RV。應用上式求出的d值，一般作為軸承受扭矩作用的軸段的最小直徑。若受扭段有鍵槽，應適當增大軸徑以考慮鍵槽對軸強度的削弱。通常，有一個鍵槽，增大3-4％，若同一截面有兩個鍵槽，應增大7％。然后將軸徑圓整為標準直徑。

二、按彎扭合成強度計算通過結(jié)構設計，軸的主要結(jié)構尺寸、軸上零件的位置、外載荷及支反力的作用位置等均已確定，這時可按下述步驟進行彎扭合成強度校核計算。(1)作軸的計算簡圖(2)作出彎矩圖根據(jù)求出的水平面H及垂直面V上的的各力，即可分別作出水平面上的彎矩圖MH和垂直面上的彎矩圖MV。然后按下式計算總彎矩并作出M圖：

(3)作扭矩圖T

軸上的扭矩一般從傳動件輪轂寬度的中點算起。(4)彎扭合成，作計算彎矩圖Mca根據(jù)已作出的總彎矩圖和扭矩圖，求出計算彎矩Mca，并作出Mca圖式中：α為應力較正系數(shù)αα的大小取決于扭轉(zhuǎn)剪應力的性質(zhì)(或扭矩的性質(zhì))。當扭轉(zhuǎn)剪應力為靜應力時，α≈0.3；當扭轉(zhuǎn)剪應力為脈動循環(huán)變應力時，α≈0.6；當扭轉(zhuǎn)剪應力為對稱循環(huán)變應力時，α＝1.0。計算彎矩的計算公式為(5)校核軸的強度（Mcamax

處；Mca較大，軸徑d較小處。）

軸的強度校核公式為三、設計實例

例：設計帶式運輸機減速器的主動軸.已知傳遞功率=10kW,轉(zhuǎn)速=200r/min,齒輪齒寬

B=100mm,齒數(shù)Z=40,模數(shù)m=5mm,螺旋角β＝，軸端裝有聯(lián)軸器。解：1、計算軸上轉(zhuǎn)矩和齒輪作用力軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：

N.mm

齒輪的圓周力：

N齒輪的徑向力：

N齒輪的軸向力：

N2、選擇軸的材料和熱處理方式選擇軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,其機械性能由表15.1查得：σb＝650MPa，σs=360MPa，σ-1=300MPa，τ-1＝155MPa；

＝60MPa3、初算軸的最小軸徑由表16.3選A0=110則軸的最小直徑為：

軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，需開鍵槽，故將最小軸徑增加5%，變?yōu)?2.525mm。查《機械設計手冊》表取標準直徑45mm。4、選擇聯(lián)軸器5、初選軸承

mm6、軸的結(jié)構設計

(1)擬定軸上零件的裝配方案

僅從這兩個裝配方案比較來看，圖b的裝拆更為簡單方便，若為成批生產(chǎn)，該方案在加工和裝拆等方面更能發(fā)揮其長處。綜合考慮各種因素,故初步選定軸結(jié)構尺寸如圖b。據(jù)軸上零件定位、加工要求以及不同的零件裝配方案，參考軸的結(jié)構設計的基本要求，得出如圖所示的兩種不同軸結(jié)構。圖a中，齒輪從非輸入端裝入，齒輪、套筒、右端軸承和端蓋從軸的右端裝入，左端軸承和端蓋、聯(lián)軸器依次從軸的左端裝入。

圖b中，齒輪從輸入端裝入，齒輪、套筒、右端軸承和端蓋、聯(lián)軸器依次從軸的右端裝入，僅左端軸承從左端裝入。(2)確定軸的各段直徑

軸段1和軸段4均是放置滾動軸承的，所以直徑與滾動軸承內(nèi)圈直徑一樣，為55mm?？紤]拆卸的方便，軸段3的直徑只要比軸段4的直徑大2～3mm就行了，這里取為58mm。軸段2是一軸環(huán)，右側(cè)用來定位齒輪，左側(cè)用來定位滾動軸承，查滾動軸承的手冊，可得該型號的滾動軸承內(nèi)圈安裝尺寸最小為64mm，同時軸環(huán)的直徑還要滿足比軸段3的直徑(為58mm)大5～10mm的要求，故這段直徑最終取為66mm(3)確定軸的各段長度

軸段6的長度比半聯(lián)軸器的轂孔長度要(為84mm)短2～3mm，這樣可保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故該段軸長取為82mm。由于聯(lián)軸器型號已定，左端用軸端擋圈定位,右端用軸肩定位。故軸段6的直徑即為相配合的半聯(lián)軸器的直徑，取為45mm。聯(lián)軸器是靠軸段5的軸肩來進行軸向定位的，為了保證定位可靠，軸段5要比軸段6的直徑大5～10mm，取軸段5的直徑為52mm。

同理，軸段3的長度要比齒輪的輪轂寬度(為100mm)短2～3mm，故該段軸長取為98mm。

軸段1的長度即為滾動軸承的寬度，查手冊為21mm。

軸環(huán)2寬度取為18mm。

軸承端蓋的總寬度為20mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構設計而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離l=25mm，故取軸段5的長度為45mm。

取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離為10mm，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動軸承位置時，應距箱體內(nèi)壁一段距離，取5mm。已知滾動軸承寬度為21mm，齒輪輪轂長為100mm,則軸段4的長度為：10＋5＋(100-98)+21=38mm

(4)軸上零件的周向定位

齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的公差與配合7、按彎扭合成校核

(1)畫受力簡圖(如圖)畫軸空間受力簡圖c，將軸上作用力分解為垂直面受力圖d和水平受力圖e。分別求出垂直面上的支反力和水平面上支反力。對于零件作用于軸上的分布載荷或轉(zhuǎn)矩(因軸上零件如齒輪、聯(lián)軸器等均有寬度)可當作集中力作用于軸上零件的寬度中點。對于支反力的位置，隨軸承類型和布置方式不同而異，參見滾動軸承樣本，跨距較大時可近似認為支反力位于軸承寬度的中點。(2)計算作用于軸上的支反力

水平面內(nèi)支反力N

垂直面內(nèi)支反力

NNN(3)計算軸的彎矩，并畫彎、轉(zhuǎn)矩圖

分別作出垂直面和水平面上的彎矩圖f、g，并按

計算合成彎矩。畫轉(zhuǎn)矩圖h。(4)計算并畫當量彎矩圖轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)變化計算,取

,則

N.mm

(5)校核軸的強度一般而言，軸的強度是否滿足要求只需對危險截面進行校核即可，而軸的危險截面多發(fā)生在當量彎矩最大或當量彎矩較大且軸的直徑較小處。根據(jù)軸的結(jié)構尺寸和當量彎矩圖可知，a-