第15章+軸.ppt

1、第十五章軸,機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）,15-1 概述 15-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15-3 軸的計(jì)算,15-1概述,軸的功用：支承旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，并傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。 按所受載荷性質(zhì)不同軸可以分為三種類(lèi)型： （1）心軸：只承受彎矩，不傳遞轉(zhuǎn)矩的軸。心軸又為：轉(zhuǎn)動(dòng)心軸和固定心軸。,15-1概述,（2）轉(zhuǎn)軸：既承受彎矩，又傳遞轉(zhuǎn)矩的軸；,15-1概述,（3）傳動(dòng)軸：工作時(shí)只傳遞轉(zhuǎn)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(jī)械中，常見(jiàn)的是剛性實(shí)心階梯軸。當(dāng)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(jī)器中也得到了應(yīng)用。,鋼絲軟軸,設(shè)計(jì)軸的主要內(nèi)容和一般步驟,軸的設(shè)計(jì)一般應(yīng)

2、解決軸的結(jié)構(gòu)和承載能力兩方面的問(wèn)題。具體的說(shuō)，軸的設(shè)計(jì)步驟有： （1）選擇軸的材料； （2）初步估算軸的直徑； （3）進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （4）精確校核（強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)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(duì)軸材料的基本要求： （1）有一定的疲勞強(qiáng)度，且對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低； （2）考慮工藝性和經(jīng)濟(jì)性等要求。,鋼材,碳鋼：價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，最常用的是45鋼。 合金鋼：在傳遞大動(dòng)力并要求減小尺寸與質(zhì)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(qiáng)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(dāng)軸的剛度為主要問(wèn)題時(shí)，可選擇強(qiáng)度較低的碳鋼，而用增大軸的截面尺寸的辦法來(lái)提高軸的剛度。 各種熱處理和表面強(qiáng)化處理，提高軸的抗疲勞強(qiáng)度。,鑄鐵,球墨鑄鐵和高強(qiáng)度鑄鐵的特點(diǎn)： （1）容易作成復(fù)雜的形狀； （2）具有良好的吸振性和耐磨性、價(jià)格低廉、對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低等； （3）鑄件品質(zhì)不易控制，可靠性較差。,15-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),15.2.1 軸各部分名稱(chēng) 15.2.2 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)工藝性 15.2.6 改善軸的受力情況 15.2.7 軸的直徑與長(zhǎng)度,軸各部分名稱(chēng),軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求,（1）定位要求：軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置； （2） 固定要求：各零件要牢固而可靠地相對(duì)固定； （3）工藝要求：軸應(yīng)便于加工，軸上的零件要易于裝拆； （4） 疲勞強(qiáng)度要求：盡量減少應(yīng)力集中； （5）尺寸要求：軸的各部份的直徑和長(zhǎng)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(xiāo)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(chǎng)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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 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(guò)盈配合等。 （2）普通平鍵聯(lián)接和過(guò)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(zhuǎn)矩。 （3）當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩較小時(shí)，也可采用緊定螺釘或銷(xiāo)釘同時(shí)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(yīng)滿足強(qiáng)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(shí)際直徑： （1）與滾動(dòng)軸承配合的軸頸直徑，必須符合滾動(dòng)軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)系列； （2）安裝聯(lián)軸器的軸頭直徑應(yīng)與聯(lián)軸器孔徑系列相適應(yīng)； （3）軸上切制螺紋部分的直徑，必須符合外螺紋大徑的標(biāo)準(zhǔn)系列； （4）與零件相配合的軸頭直徑，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。,各軸段長(zhǎng)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(lái)確定軸的長(zhǎng)度： （1） 裝有緊固件的軸段，其長(zhǎng)度應(yīng)保證緊固件有一定的軸向調(diào)整余地； （2） 軸上的旋轉(zhuǎn)零件與固定零件之間應(yīng)留有適當(dāng)?shù)木嚯x，以免旋轉(zhuǎn)時(shí)相碰。,改善軸的受力情況,為了

7、減小軸所受的彎矩，傳動(dòng)件應(yīng)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(zhǎng)度。 當(dāng)傳矩由一個(gè)傳動(dòng)件輸入，而由幾個(gè)傳動(dòng)件輸出時(shí)，為了減小軸上的傳矩，應(yīng)將輸入件放在中間。,減小應(yīng)力集中的措施,（1）采用圓角過(guò)渡； （2）過(guò)渡環(huán)； （3）凹切圓角； （4）在軸上切制卸載槽； （5）在孔零件上開(kāi)卸載槽等。,減小應(yīng)力集中的措施,軸的表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度也有很大的影響,實(shí)踐表明疲勞裂紋常發(fā)生在表面粗糙的地方，因此應(yīng)降低軸的表面粗糙度，即使非配合表面也不應(yīng)忽視。 采用輾壓、噴丸等強(qiáng)化處理，也可提高軸的疲勞強(qiáng)度。,軸上零件的裝配和軸的結(jié)構(gòu)工藝性,為了便于零件的裝配和固定，常將軸設(shè)計(jì)成階梯形。 軸的兩

8、端和軸肩處應(yīng)做出倒角，使零件易于安裝，同時(shí)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(guān)手冊(cè)。,軸的裝配方案比較,軸的裝配方案比較,15-3軸的強(qiáng)度計(jì)算,進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。 15.3.1 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算 15.3.2 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算,按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算,只按軸所受的扭矩來(lái)計(jì)算軸的強(qiáng)度。如果還受不大的彎矩時(shí)，則采用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。 在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常用這種方法初步估算軸徑。對(duì)于不大重要的軸，也可作為最后計(jì)算結(jié)果。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：,

9、軸常用幾種材料的T值和A0值,軸直徑計(jì)算,軸直徑計(jì)算公式為：,對(duì)于空心軸，計(jì)算公式為：,軸直徑計(jì)算時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題,當(dāng)軸截面上開(kāi)有鍵槽時(shí)，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱。 對(duì)于直徑d 100mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大3%； 有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大7%。 對(duì)于直徑d 100mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大57%；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大1015%。,15.3.2 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算,（1）做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖,15.3.2 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算,（2）做出彎矩圖,15.3.2 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算,（3）做出扭矩圖,總彎矩圖：,15.3.2 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算,式中：是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特性差異的系數(shù)。 對(duì)于靜扭矩，=0.3； 對(duì)于脈動(dòng)循環(huán)變化的扭矩，=0.6； 對(duì)于對(duì)稱(chēng)循環(huán)變化的扭矩，=1。,（4）校核軸的強(qiáng)度 已知軸的彎矩和扭矩后，可針對(duì)某些危險(xiǎn)截面，按第三強(qiáng)度理論進(jìn)行計(jì)算：,15.3.2 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算,（5）軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為：,15.3.2 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算,15.3.3 軸的剛度計(jì)算,軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過(guò)允許的限度，就會(huì)影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。 （1）軸的彎曲剛度校核計(jì)算 對(duì)于階梯軸，可按下式計(jì)算出當(dāng)量直徑：,15.3.3 軸的剛度計(jì)算,軸