第十章-轴.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械设计,（,10,）,轴的设计举例,轴的设计,第十章 轴,概 述,思考与练习,一、轴的用途及分类,10.1,概 述,用途：,支承回转零件及传递运动和动力。,除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到不开敞地空,间位置,。,轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。,曲轴,分类：,直轴,心轴,只,承受弯矩,的轴,转动心轴,固定心轴,如,火车车轮轴,如,自行车前轴,传动轴,只,承受扭矩,的轴，如,汽车后桥的传动轴,。,转轴,同时,承受弯矩和扭矩,的轴，如,减速器的轴,。,10.1,概 述,问：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？,0,轴：,轴：,轴：,轴：,轴：,轴：,传动轴,转轴,转动心轴,转轴,转轴,转动心轴,如何判断轴是否传递转矩：,从原动机向工作机画传动路线，若传动路线,沿该轴轴线,走过一段距离，则该轴传递转矩。,如何判断轴是否承受弯矩：,该轴上,除联轴器外,是否还有,其它传动零件,，若有则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。,10.1,概 述,10.1,概 述,二、轴的材料,1.,碳钢,2.,合金钢,一般用途的轴：,优质中碳钢,-30,、,40,、,45,、,50,次要的轴：,Q235,、,Q255,、,Q275,形状复杂的轴：,QT600,、,ZG45,常用来制作曲轴、凸轮轴，具有成本低、吸振性好、对应力集中敏感性小、强度较好等优点。,3.,铸钢或球墨铸铁,重要的轴,耐磨性要求高：,12CrNi,、,20Cr,、,20CrMnTi,等低碳合金钢，轴颈渗碳淬火,高速重载：,40Cr,、,40CrNi,、,35CrMo,等合金钢，表面淬火、调质,轴的常用材料,10.1,概 述,一、轴的结构特点和设计步骤,10.2,轴的设计,1.,轴的组成,轴颈（支撑部分）,：,装轴承,处,尺寸,=,轴承内径；,轴头（工作部分）,：,装轮毂,处 直径与轮毂内径相当；,轴身（连接部分）,：连接,轴颈,和,轴头,部分。,轴承盖,轴承,齿轮,半联轴器,轴端挡圈,根据总体结构的要求进行轴的结构设计,轴的承载能力验算（校核轴径）,验算合格,?,no,10.2,轴的设计,3.,轴的设计步骤,（,1,）,结构设计：,根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。,（,2,）,轴的承载能力验算：,指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。,2.,轴的设计内容,画草图、选材料、估算最小轴径,结 束,yes,轴的结构设计,1,目标：,确定轴的合理外形和全部结构尺寸。,1,、拟定轴上零件的装配方案,2,、轴上零件的定位,轴向定位,以轴肩、套筒、圆螺母、弹簧挡圈、轴端挡圈等来保证的。,周向定位,通过键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合来实现的。,原则：,轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；,轴上的零件应便于装拆和调整；,轴应具有良好的制造工艺性等。,轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。,二、,轴的结构设计,10.2,轴的设计,10.2,轴的设计,装配方案的比较：,10.2,轴的设计,（,1,）轴肩、轴环,轴肩,轴环,特点：结构简单，定位可靠，可承受较大轴向力；,但是使轴径增大，引起应力集中。,轴肩的尺寸要求,:,轴圆角半径,r,轴上零件倒角尺寸,C,轴间高度,h,或,轴圆角半径,r,轴上零件圆角半径,R,轴间高度,h,D,d,r,R,D,d,C,r,C,D,d,r,D,d,r,R,b,h,h,10.2,轴的设计,或,h,(0.070.1),d,(,与滚动轴承相配合处的,h,和,b,值,见轴承标准,),一般，定位轴肩：,h,(35,）,mm,非,定位轴肩,:,h,(,0.51),mm,轴环宽度,:,b,1.4,h,10.2,轴的设计,（,2,）,套筒,防止过定位,：,L,轴段长度,=,B,轮毂宽,-(13)mm,特点：,结构简单,定位可靠,用于零件间距较小场合,轴转速较高时不易选用。,（,3,）弹性挡圈,特点：,结构简单,常用于滚动轴承的轴向固定，只能承受很小的轴向力。,10.2,轴的设计,10.2,轴的设计,（,4,）圆螺母加止动垫片,特点：,多用于轴端，可承受较大轴向力，但螺纹对轴削弱较大。,注意：,圆螺母与轴的相应端面应留有间隙。,特点：适用于固定轴端零件,（,5,）轴端挡圈,10.2,轴的设计,注意：,轴端挡圈与轴的相应端面应留有间隙。,10.2,轴的设计,3,、提高轴的强度的常用措施,合理布置轴上零件,以减小轴的载荷,改进轴上,零件的结构,以减小轴的载荷,改进,轴的结构,以减小应力集中的影响,改进,轴的表面质量,以提高轴的疲劳强度,改进轴上零件的结构以减小轴的载荷,起重卷筒,卷筒和大齿轮做成一体,a),方案中轴,既受弯矩又受扭矩,b),方案中轴,只受弯矩,双联齿轮,分装齿轮,盘铣刀比端铣刀加工的键槽在过渡处产生的应力集中小。,改进轴的结构以减小应力集中,改进轴的表面质量,表面强化处理,，方法有：表面高頻淬火等热处理；表面渗碳、氰化、氮化等化学热处理；辗压、噴丸等强化处理；,合理减小轴的表面及圆角处的加工粗糙度值,。,4,、轴的结构工艺性,10.2,轴的设计,1.,按扭转强度条件估算轴径,这种方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计算。在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。,实心轴的直径为：,轴的扭转剪切,强度条件：,为了计及键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径,有一个键槽,有两个键槽（,180,）,轴径增大,4%,轴径增大,10%,三、轴的强度计算,10.2,轴的设计,查表,10-1,10.2,轴的设计,估算出轴的最小直径后，按轴的各段在装配中的作用，,由小到大,来定剩余轴段的直径。如起定位作用可大（,610,）,mm,，如图中和、和、和，,但,轴肩或套筒直径应小于轴承内圈外径,。,若仅为装配方便或区别加工，可大（,13,）,mm,，如图中和、和、和。退刀槽的尺寸可查手册。,各轴段直径的确定,10.2,轴的设计,各轴段长度的确定，应综合考虑零件的轮毂长度和相对箱体的安装位置，,由内向外,确定。一般轴头长度略短于与之配合的轮毂长度（,13,）,mm,，,如和段要小于带轮宽和齿轮宽；轴上周向固定的键长度应小于该轴头（,58,）,mm,，,并取标准，且靠近装入端（,25,）,mm,。,各轴段长度的确定,10.2,轴的设计,2.,按许用弯曲应力校核轴径,(2),画出轴的空间受力简图（水平面、垂直面；求支反力）,(4),画出转矩图（,T,）,(1),确定轴的受力点,齿轮（带轮、链轮）受力点在轮宽中点处。,联轴器的受力点在其轮毂长的二分之一处。,轴承支反力的受力点与轴承类型和布置方式有关。（,图,10-9,）,(5),计算当量弯矩,M,d,(3),画出弯矩图（水平面弯矩,M,H,、垂直面弯矩,M,V,、合成弯矩,M,）,(6),校核轴的强度,折算系数（与转矩性质有关）。,式中,-1b,为对称循环许用弯曲应力（,表,10-2,）；,转矩不变,脉动转矩,对称循环转矩,a,=,0.3,a,=,0.,a,=1,6.,齿轮与右轴承装卸不便,装齿轮处轴段的长度应小于齿轮轮毂的宽度；右轴承的右侧应有台阶。,10.3,轴的设计举例,指出图中轴结构设计中的不合理之处，并绘出改进后的结构图,2.,齿轮右侧未作轴向固定,（加套筒）,1.,轴两端均未倒角,（应,45,倒角）,7.,轴端挡圈直接压在轴端轮毂上,轴端挡圈与轴端应有间隙,3.,齿轮处键槽太短,5.,轴肩高度太大，左轴承无法拆卸,4.,键槽应开在同一条母线上,例：找出下图轴结构的几处错误，并画出改正后的结构图。,轴设计举例,1,2,3,4,5,6,7,8,解：,（,1,）调整垫片,（,2,）轴台阶过高,（,3,）套筒处应留间隙,（,4,）键槽过长,（,5,）套筒台阶过高,（,6,）应留台阶,（,7,）油封及间隙,（,8,）调整垫片,轴设计举例,1,为什么多数直轴要做成阶梯轴？轴采用两头小中间大的结构有什么好处？,2,自行车的前轴、后轴和中轴是心轴还是转轴？,3,分析轴的结构，有哪些减小应力集中的措施？如何提高轴的疲劳强度？,4,公式,dA,有何用途？,A,如何取，算出的,d,应为轴的哪一段直径？该段如有键槽应如何处理？,5,按当量弯矩校核计算轴强度时，,T,前为什么要乘折算系数,？如何取值？,6,轴的强度计算有哪几种方法？各适用于何种情况？,7,零件在轴上的轴向定位及固定方法有哪些？各有什么特点？,8,指出图中所示轴系结构设计的错误，请改正（轴承采用油脂润滑）。,思考与练习,The End,