轴和轴连接.pptx

第11-12讲 轴和轴毂连接第十章+第六章复习：机械零件的载荷与应力静载荷静载荷静载荷静载荷不随时间变化或缓慢变化的载荷不随时间变化或缓慢变化的载荷不随时间变化或缓慢变化的载荷不随时间变化或缓慢变化的载荷动载荷动载荷动载荷动载荷随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷不变化：如工件的自重，不变化：如工件的自重，不变化：如工件的自重，不变化：如工件的自重，mg；缓慢变化：如锅炉压力；缓慢变化：如锅炉压力；缓慢变化：如锅炉压力；缓慢变化：如锅炉压力周期性：如空气压缩机曲轴；周期性：如空气压缩机曲轴；周期性：如空气压缩机曲轴；周期性：如空气压缩机曲轴；非周期：如空气锤、汽车发动机曲轴。非周期：如空气锤、汽车发动机曲轴。非周期：如空气锤、汽车发动机曲轴。非周期：如空气锤、汽车发动机曲轴。静应力静应力静应力静应力大小和方向不随时间变化或变化缓慢的应力；大小和方向不随时间变化或变化缓慢的应力；大小和方向不随时间变化或变化缓慢的应力；大小和方向不随时间变化或变化缓慢的应力；变应力变应力变应力变应力大小和方向随时间变化的应力大小和方向随时间变化的应力大小和方向随时间变化的应力大小和方向随时间变化的应力零件在静应力作用下可能发生断裂或塑形变形；零件在静应力作用下可能发生断裂或塑形变形；零件在静应力作用下可能发生断裂或塑形变形；零件在静应力作用下可能发生断裂或塑形变形；零件在变应力作用下可能发生疲劳破坏；零件在变应力作用下可能发生疲劳破坏；零件在变应力作用下可能发生疲劳破坏；零件在变应力作用下可能发生疲劳破坏；根据循环特征根据循环特征根据循环特征根据循环特征 r r 可分为：对称循环变应力、脉动循环变应力和可分为：对称循环变应力、脉动循环变应力和可分为：对称循环变应力、脉动循环变应力和可分为：对称循环变应力、脉动循环变应力和 非对称循环变应力。非对称循环变应力。非对称循环变应力。非对称循环变应力。变应力有变应力有变应力有变应力有5 5个基本参数：最大应力、最小应力、平均应力、应个基本参数：最大应力、最小应力、平均应力、应个基本参数：最大应力、最小应力、平均应力、应个基本参数：最大应力、最小应力、平均应力、应力幅和循环特征，其中只有力幅和循环特征，其中只有力幅和循环特征，其中只有力幅和循环特征，其中只有2 2个为独立参数，其中循环特征个为独立参数，其中循环特征个为独立参数，其中循环特征个为独立参数，其中循环特征r r是重要指标。是重要指标。是重要指标。是重要指标。第十章 轴10.1 10.1 概述概述10.1.1 10.1.1 轴的分类轴的分类功用：支撑传动件、传递动力和运动转 轴:心 轴:传动轴:工作时既受弯矩M又受转矩T只受弯矩M，不传递转矩T或转矩很小传递转矩T而不受弯矩M或者弯矩很小转动心轴固定心轴按载荷分类直轴:曲轴:软轴:轴线是直线轴线是平行线轴线可大幅度改变按轴线分类实心轴:空心轴:常用在航空、导弹、航天领域。为什么？按轴芯分类10.1.2 10.1.2 转轴的受力、应力分析及失效形式转轴的受力、应力分析及失效形式以减速器的输出轴为例来讨论转轴的受力、应力及失效形式P1,n1P2,n2在AB之间的任意截面上，只有弯矩M，因此只有弯曲应力在BC之间的任意截面上，既作用有弯矩M，又作用有转矩T，因此，即有弯曲应力 ，又有扭转剪应力而在CD之间的任意截面上，只作用有转矩T，因此只有扭转剪应力ABCD12F1F3F2TT旋转输出轴上某点的应力循环特性：ABCD12F1F3F2TTr=-1r=0r=+1r=-1匀速转动频繁启停正反转动 1 1）交变应力作用下，疲劳断裂；）交变应力作用下，疲劳断裂；2）应力集中产生断裂：如导弹发动机高速轴；3）共振断裂：4）过载冲击断裂；5）永久变形等。*轴的失效形式包括：颗颗粒粒状状区区域域光光滑滑区区域域10.1.3 轴的设计轴的设计主要解决两个方面的问题：设计计算：保证危险截面不发生预期的失效 结构设计：保证工艺性、装配性、维护性能等1)初定轴径：2)结构设计:画草图,确定轴的各段尺寸,得到轴的跨距和力的作用点;3)进行校核计算。轴的设计分三步进行:已知条件选择轴的材料初算轴径结构设计计算弯矩转矩校核计算完善设计修改直径不满足轴的材料主要采用常用的优质碳素钢有30、40、45、和50钢，其中45钢应用最多碳素钢合金钢常用的合金钢有20Cr、40Cr、35SiMn和35CrMo等10.2 轴的材料及热处理 热处理 1）中碳钢：调质或者淬火 2）低碳钢：渗碳后淬火 3）重要的轴：深冷尺寸稳定、或高温回火合金钢对应力集中比较敏感，而采用合金钢并不能提高轴的刚度合金钢对应力集中比较敏感，而采用合金钢并不能提高轴的刚度合金钢对应力集中比较敏感，而采用合金钢并不能提高轴的刚度合金钢对应力集中比较敏感，而采用合金钢并不能提高轴的刚度 10.3 轴径的初步估算10.3.1 类比法10.3.2 经验公式计算高速输入轴的直径d可按与其相联的电动机轴的直径D估算：d(0.81.2)D各级低速轴的直径d可按同级齿轮传动中心距a估算：d(0.30.4)a10.3.3 按扭转强度估算或者：*一般情况下，最小轴径在轴端，当最小直径剖面上 有一个键槽时增大5%，当有两个键槽时增大10%，然 后圆整为标准直径ABCD12F1F3F2TT10.4 轴的结构设计 轴的结构设计的主要要求是：1)轴应便于加工，轴上零件应便于装拆 （制造安装要求）（制造安装要求）2)轴和轴上零件应有正确而可靠的工作位置 （定位固定要求（定位固定要求）3)轴的受力合理，尽量减少应力集中等以减速器的低速轴为例加以说明主要目的：确定轴的各部分的形状和尺寸。减速器低速轴结构图制造要求：台阶数尽可能少；多个键槽最好同线 必要的退刀槽和越程槽安装要求：台阶；倒角；圆角；清根；拆卸要求：10.4.1 制造安装拆卸要求10.4.2 固定要求1、轴上零件的轴向固定方法(1)轴肩固定错误(2)套筒固定(3)圆螺母固定(细牙螺纹)错误(4)轴端挡圈(5)弹性挡圈 轴用？孔用？不妥(6)紧定螺钉2、轴上零件的周向固定为了传递运动和转矩为了传递运动和转矩,或因需要或因需要,轴上零件还需轴上零件还需有周向固定：键、花键、销、型面等有周向固定：键、花键、销、型面等10.4.3 提高轴的强度的措施1、合理布置传动零件的位置，使轴段受载合理F1F1F1F1F12F1F12、合理设计轴上零件的结构，减小载荷幅值3、减小应力集中，采用轴肩过渡结构过渡肩环内凹圆角配合轴段上的卸载槽轮毂上的卸载槽4、提高轴的表面质量提高轴的疲劳强度:表面强化碾压、喷丸、表面淬火等10.4.4 轴的结构设计（各段尺寸的确定顺序）1箱体内壁位置的确定2轴承座外端面位置的确定3轴承在轴承座孔中位置的确定di由外向内、Li由内向外逐段确定4、轴的外伸长度的确定当轴端安装弹性套柱销联轴器时K值由联轴器确定当使用凸缘式轴承盖时k值由联接螺栓长度确定当轴承盖与轴端零件都不需拆卸时,一般取K=5mm8mm10.5 轴的强度校核计算10.5.1 轴的计算简图轴的受力和支点的简化10.5.2 按弯扭合成强度计算强度条件式：第三强度理论10.5.3 轴的安全系数校核计算1、轴的疲劳强度安全系数的校核计算危险剖面危险剖面是指发生破坏可能性最大的截面:（1）M、T较大（2）尺寸较小或突变（3）应力集中 当难以确定时，校核所有可能的危险截面校核危险剖面疲劳强度安全系数的公式为弯曲应力的循环特性:扭剪应力的循环特性:2、静强度的安全系数校核计算静强度安全系数条件:10.6 轴的刚度计算轴的刚度条件为：许用值：P203表10.610.6.1 弯曲变形计算1、等直径轴的挠曲线近似微分方程2、对于直径差较小的阶梯轴，其当量直径3、还可以采用有限差分法、有限元方法、能量法等求挠度10.6.2 扭转变形计算1、等直径轴的扭转角2、对于阶梯轴3、同样可以采用有限差分法、有限元方法、能量法等转角第六章 轴毂联接6.1键联接6.1.1 平键联接 两侧面工作，键顶面与轮毂键槽底面间有间隙；传递转矩的传力过程目的：轴和轴上零件的周向固定,有时实现轴向固定形式：键、花键、胀紧、型面等连接常用的平键有普通平键和导向平键1、普通平键，用于静连接A型：双圆头；B型：方头；C型：一头方一头圆平键联接的受力分析主要失效形式：主要失效形式：强度条件为：，MPa*普通平键的宽度b及高度h按轴径d从标准中查得,长度L按轮毂长度从标准中查得,但应比轮毂长度略短些。键、轴槽、和毂槽三者中强度最弱的工作面被压溃如果强度不够怎么办？2、导向平键联接，用于轴向移动联接导向平键联接主要失效形式是工作面的磨损强度条件为:，MPa6.1.2 半圆键联接侧面工作，键的顶面与毂槽底面间有间隙自位对中性好，对强度削弱大，用于轻载、轴端、锥端6.1.3 楔键联接楔键的上下面工作，分别与毂和轴上的键槽的底面贴合；依靠上下面的摩擦力传递转矩；可传递小的轴向载荷；但破坏对中，用于平稳载荷、低速连接6.2 花键联接花键联接由具有多个沿周向均布的凸齿的外花键和有对应凹槽的内花键组成。齿的侧面是工作面。按其齿型分为矩形花键和渐开线花键两种；可以用于较大转矩的静连接，也可以用于动连接。6.2.1 矩形花键联接定心方式：小径定心6.2.2 渐开线花键定心方式：齿形定心加工方法：按齿轮加工30度花键，模数大，承载能力大45度花键，齿数多，承载能力小，薄壁零件