第15章+軸.ppt

1、第十五章軸,機械設計（第八版）,15-1 概述 15-2 軸的結構設計 15-3 軸的計算,15-1概述,軸的功用：支承旋轉的機械零件，并傳遞轉矩和運動。 按所受載荷性質不同軸可以分為三種類型： （1）心軸：只承受彎矩，不傳遞轉矩的軸。心軸又為：轉動心軸和固定心軸。,15-1概述,（2）轉軸：既承受彎矩，又傳遞轉矩的軸；,15-1概述,（3）傳動軸：工作時只傳遞轉矩，不承受彎矩或彎矩很小的軸。,按軸幾何形狀還可分為：直軸和曲軸,在通用機械中，常見的是剛性實心階梯軸。當然，隨著彈性環(huán)等新的軸轂聯(lián)接方式的采用，直的光軸在某些機器中也得到了應用。,鋼絲軟軸,設計軸的主要內(nèi)容和一般步驟,軸的設計一般應

2、解決軸的結構和承載能力兩方面的問題。具體的說，軸的設計步驟有： （1）選擇軸的材料； （2）初步估算軸的直徑； （3）進行軸的結構設計； （4）精確校核（強度、剛度、振動等）； （5）繪制零件的工作圖。,軸的材料,軸主要失效形式是疲勞失效。軸的常用材料有：碳素鋼和合金鋼。 對軸材料的基本要求： （1）有一定的疲勞強度，且對應力集中的敏感性較低； （2）考慮工藝性和經(jīng)濟性等要求。,鋼材,碳鋼：價廉，對應力集中的敏感性較低，最常用的是45鋼。 合金鋼：在傳遞大動力并要求減小尺寸與質量，提高軸頸的耐磨性，處于高溫或低溫條件下工作的軸，常用合金鋼。 需特別強調(diào)的是： （1）在一般工作溫度下，各種碳鋼和

3、合金鋼的彈性模量均相差不多，因此用合金鋼代替碳鋼并不能提高軸的剛度。 （2）提高軸的剛度的方法只能是增大軸的截面尺寸或改變軸的截面形狀。 （3）當軸的剛度為主要問題時，可選擇強度較低的碳鋼，而用增大軸的截面尺寸的辦法來提高軸的剛度。 各種熱處理和表面強化處理，提高軸的抗疲勞強度。,鑄鐵,球墨鑄鐵和高強度鑄鐵的特點： （1）容易作成復雜的形狀； （2）具有良好的吸振性和耐磨性、價格低廉、對應力集中的敏感性較低等； （3）鑄件品質不易控制，可靠性較差。,15-2 軸的結構設計,15.2.1 軸各部分名稱 15.2.2 軸結構設計的基本要求 15.2.3 軸向定位 15.2.4 軸上零件的固定 15

4、.2.5 軸上零件的裝配和軸的結構工藝性 15.2.6 改善軸的受力情況 15.2.7 軸的直徑與長度,軸各部分名稱,軸結構設計的基本要求,（1）定位要求：軸和軸上零件要有準確的工作位置； （2） 固定要求：各零件要牢固而可靠地相對固定； （3）工藝要求：軸應便于加工，軸上的零件要易于裝拆； （4） 疲勞強度要求：盡量減少應力集中； （5）尺寸要求：軸的各部份的直徑和長度的尺寸要合理。,擬定軸上零件的裝配方案,軸向定位,主要方法有：軸肩定位、套筒定位、圓螺母定位、軸端擋圈定位和軸承端蓋定位 。,軸向定位,軸向定位,緊定螺釘與銷釘固定,軸向力較小,軸向定位,軸肩定位：多用于軸向力較大的場合。定位

5、軸肩的高度： h = ( 0.07 0.1 ) d,主要方法有：軸肩定位、套筒定位、圓螺母定位、軸端擋圈定位和軸承端蓋定位 。,軸上零件的周向固定,目的：防止零件與軸發(fā)生相對轉動。 常用的固定方式有： （1）鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接和軸與軸上零件的過盈配合等。 （2）普通平鍵聯(lián)接和過盈配合一起作為軸上零件的周向固定方式，以傳遞更大的轉矩。 （3）當傳遞的轉矩較小時，也可采用緊定螺釘或銷釘同時作為軸向固定和周向固定。,各軸段直徑的確定,軸直徑可按所受的扭矩初步估算出所需的直徑。將初步求出的直徑作為承受扭矩的軸段的最小直徑dmin，然后再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從dmin處起逐一確定各段軸的直徑。

6、,軸的直徑,軸的直徑應滿足強度和剛度的要求。此外，還要根據(jù)下面具體情況確定軸的實際直徑： （1）與滾動軸承配合的軸頸直徑，必須符合滾動軸承內(nèi)徑的標準系列； （2）安裝聯(lián)軸器的軸頭直徑應與聯(lián)軸器孔徑系列相適應； （3）軸上切制螺紋部分的直徑，必須符合外螺紋大徑的標準系列； （4）與零件相配合的軸頭直徑，應盡量采用標準直徑。,各軸段長度的確定,主要決定于軸上零件和軸承的寬度以及它們的相互配置。此外，還要根據(jù)下面的具體情況來確定軸的長度： （1） 裝有緊固件的軸段，其長度應保證緊固件有一定的軸向調(diào)整余地； （2） 軸上的旋轉零件與固定零件之間應留有適當?shù)木嚯x，以免旋轉時相碰。,改善軸的受力情況,為了

7、減小軸所受的彎矩，傳動件應盡量靠近軸承，并盡可能不用懸臂支承，盡量縮短支承跨距和懸臂長度。 當傳矩由一個傳動件輸入，而由幾個傳動件輸出時，為了減小軸上的傳矩，應將輸入件放在中間。,減小應力集中的措施,（1）采用圓角過渡； （2）過渡環(huán)； （3）凹切圓角； （4）在軸上切制卸載槽； （5）在孔零件上開卸載槽等。,減小應力集中的措施,軸的表面質量對疲勞強度也有很大的影響,實踐表明疲勞裂紋常發(fā)生在表面粗糙的地方，因此應降低軸的表面粗糙度，即使非配合表面也不應忽視。 采用輾壓、噴丸等強化處理，也可提高軸的疲勞強度。,軸上零件的裝配和軸的結構工藝性,為了便于零件的裝配和固定，常將軸設計成階梯形。 軸的兩

8、端和軸肩處應做出倒角，使零件易于安裝，同時避免劃傷人手。 軸上螺紋尾部退刀槽、砂輪越程槽和軸兩端的中心孔等，軸的這些局部尺寸，查閱有關手冊。,軸的裝配方案比較,軸的裝配方案比較,15-3軸的強度計算,進行軸的強度校核計算時，應根據(jù)軸的具體受載及應力情況，采取相應的計算方法，并恰當?shù)剡x取其許用應力。 15.3.1 按扭轉強度條件計算 15.3.2 按彎扭合成強度條件計算,按扭轉強度條件計算,只按軸所受的扭矩來計算軸的強度。如果還受不大的彎矩時，則采用降低許用扭轉切應力的辦法予以考慮。 在進行軸的結構設計時，通常用這種方法初步估算軸徑。對于不大重要的軸，也可作為最后計算結果。軸的扭轉強度條件為：,

9、軸常用幾種材料的T值和A0值,軸直徑計算,軸直徑計算公式為：,對于空心軸，計算公式為：,軸直徑計算時應注意的問題,當軸截面上開有鍵槽時，應增大軸徑以考慮鍵槽對軸強度的削弱。 對于直徑d 100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大3%； 有兩個鍵槽時，應增大7%。 對于直徑d 100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大57%；有兩個鍵槽時，應增大1015%。,15.3.2 按彎扭合成強度條件計算,（1）做出軸的計算簡圖,15.3.2 按彎扭合成強度條件計算,（2）做出彎矩圖,15.3.2 按彎扭合成強度條件計算,（3）做出扭矩圖,總彎矩圖：,15.3.2 按彎扭合成強度條件計算,式中：是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應力的循環(huán)特性差異的系數(shù)。 對于靜扭矩，=0.3； 對于脈動循環(huán)變化的扭矩，=0.6； 對于對稱循環(huán)變化的扭矩，=1。,（4）校核軸的強度 已知軸的彎矩和扭矩后，可針對某些危險截面，按第三強度理論進行計算：,15.3.2 按彎扭合成強度條件計算,（5）軸的彎扭合成強度條件為：,15.3.2 按彎扭合成強度條件計算,15.3.3 軸的剛度計算,軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或扭轉變形。若變形量超過允許的限度，就會影響軸上零件的正常工作，甚至會喪失機器應有的工作性能。 （1）軸的彎曲剛度校核計算 對于階梯軸，可按下式計算出當量直徑：,15.3.3 軸的剛度計算,軸