軸-機械設(shè)計-課件-15

1、15-1 15-1 軸的分類及用途軸的分類及用途 軸是組成機器的主要零件之一。它用來支承作軸是組成機器的主要零件之一。它用來支承作旋轉(zhuǎn)運動的零件，以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動并傳遞動力。旋轉(zhuǎn)運動的零件，以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動并傳遞動力。（一）軸的分類（一）軸的分類按照軸線形狀分：直軸、曲軸。按照軸線形狀分：直軸、曲軸。直軸按所受載荷性質(zhì)分：直軸按所受載荷性質(zhì)分： 心軸：只承受彎矩，不承受扭矩。心軸：只承受彎矩，不承受扭矩。轉(zhuǎn)：大車軸。轉(zhuǎn)：大車軸。不轉(zhuǎn)：大車軸，自行車軸。不轉(zhuǎn)：大車軸，自行車軸。 傳動軸：主要承受扭矩。傳動軸：主要承受扭矩。汽車傳動軸汽車傳動軸橋式起重機，大車運行機構(gòu)傳動軸。橋式起重機，大車運行機構(gòu)傳

2、動軸。 轉(zhuǎn)軸：既承受彎矩又承受扭矩。轉(zhuǎn)軸：既承受彎矩又承受扭矩。除上述兩種之外的絕大多數(shù)軸。除上述兩種之外的絕大多數(shù)軸。其他分類方法：其他分類方法：光軸光軸階梯軸階梯軸剛性軸剛性軸鋼絲軟軸軸鋼絲軟軸軸實心軸實心軸空心軸空心軸（二）轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)：三部分（二）轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)：三部分軸頭：裝傳動零件的軸段軸頭：裝傳動零件的軸段 （帶輪、鏈輪、齒輪、蝸輪）（帶輪、鏈輪、齒輪、蝸輪）軸頸：裝軸承的軸段軸頸：裝軸承的軸段軸身：連接軸頭和軸頸的軸段軸身：連接軸頭和軸頸的軸段（三）軸的設(shè)計內(nèi)容（三）軸的設(shè)計內(nèi)容 確定軸的材料確定軸的材料 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （合理確定軸各部分的形狀和尺寸）（合理確定軸各部分的

3、形狀和尺寸） 軸的計算：強度計算、剛度計算、振動軸的計算：強度計算、剛度計算、振動穩(wěn)定性計算（對于高速軸）穩(wěn)定性計算（對于高速軸）15-2 15-2 軸的材料軸的材料 軸的材料：主要是碳鋼和合金鋼軸的材料：主要是碳鋼和合金鋼軸的毛坯：軋制圓鋼：軸的毛坯：軋制圓鋼：d100mmd100mmd100mm1.1.一般應(yīng)用一般應(yīng)用:45:45鋼鋼(35(35、5050代用代用) )，調(diào)質(zhì)正火，調(diào)質(zhì)正火2.2.傳遞大動力，要求減少尺寸及重量，提高傳遞大動力，要求減少尺寸及重量，提高 強度、耐磨性時：強度、耐磨性時：40Cr 40CrNi 40MnB40Cr 40CrNi 40MnB 等，調(diào)質(zhì)或軸頸表面淬

4、火。等，調(diào)質(zhì)或軸頸表面淬火。3.3.高速、沖擊載荷時，應(yīng)提高軸的抗疲勞強度高速、沖擊載荷時，應(yīng)提高軸的抗疲勞強度 20Cr 20CrMnTi 20Cr20Cr 20CrMnTi 20Cr2 2NiNi4 4A A等，表面處理等，表面處理 （滲碳淬火、氧化、氮化），表面強化處理（滲碳淬火、氧化、氮化），表面強化處理 （噴丸、滾壓）。（噴丸、滾壓）。4.4.形狀復(fù)雜的軸（曲軸、齒輪軸、空心軸）：形狀復(fù)雜的軸（曲軸、齒輪軸、空心軸）： 球墨鑄鐵、合金鑄鐵。球墨鑄鐵、合金鑄鐵。15-3 15-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計a ,ca ,c為為1010 15mm15mms s為：脂為：脂3 3 5 5 ；

5、油；油10 10 1515l l：根據(jù)零件拆裝的要求確定。：根據(jù)零件拆裝的要求確定。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：確定軸的合理外形和全部確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。結(jié)構(gòu)尺寸。 結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足：結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件要軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的位置；軸上零件應(yīng)便于拆裝，調(diào)整；有準(zhǔn)確的位置；軸上零件應(yīng)便于拆裝，調(diào)整；軸具有良好的制造工藝性。軸具有良好的制造工藝性。 已知條件：已知條件：裝配簡圖、軸的轉(zhuǎn)速、傳遞裝配簡圖、軸的轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、傳動零件的主要尺寸。的功率、傳動零件的主要尺寸。 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法：結(jié)構(gòu)設(shè)計方法：以圓錐以圓錐圓柱齒輪減圓柱齒輪減速器的輸出軸為例。速器的輸出軸為

6、例。（一）擬定軸上零件的裝配方案（一）擬定軸上零件的裝配方案 不同的裝配方案可以得出不同的軸的結(jié)不同的裝配方案可以得出不同的軸的結(jié)構(gòu)形式。應(yīng)擬定幾種不同的裝配方案，進行構(gòu)形式。應(yīng)擬定幾種不同的裝配方案，進行分析對比與選擇。分析對比與選擇。（二）確定軸的基本直徑和各段長度（二）確定軸的基本直徑和各段長度1.1.最小直徑的確定最小直徑的確定首先按扭轉(zhuǎn)強度初步估算軸的直徑首先按扭轉(zhuǎn)強度初步估算軸的直徑30minnPAd A A0 0值查表確定值查表確定2.2.各段直徑的確定各段直徑的確定首先考慮軸上零件的裝拆，按照軸頸、首先考慮軸上零件的裝拆，按照軸頸、軸頭的要求確定。軸頭的要求確定。3.3.各段長

7、度的確定各段長度的確定根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸而定。根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸而定。（三）軸上各零件的軸向定位（三）軸上各零件的軸向定位聯(lián)軸器處：軸端擋圈（聯(lián)軸器處：軸端擋圈（GB89176 GB89176 GB89276 GB89276）軸肩：定位軸肩：軸肩：定位軸肩： 軸肩高度軸肩高度h h為（為（2 2 3 3）C C1 1非定位軸肩：非定位軸肩：一般取一般取h h為為1.5 1.5 2mm 2mm軸承處：軸承端蓋（透蓋、悶蓋）：軸承處：軸承端蓋（透蓋、悶蓋）： 也作為整個軸的軸向定位用。也作為整個軸的軸向定位用。軸肩：為便于滾動軸承的裝拆，軸肩：為便于滾動軸承的裝拆， 軸

8、肩高度軸肩高度 軸內(nèi)圈高度。軸內(nèi)圈高度。套筒：與軸配合較松。套筒：與軸配合較松。齒輪處：套筒齒輪處：套筒 軸環(huán)：尺寸與軸肩相同。軸環(huán)：尺寸與軸肩相同。其他方法：圓螺母其他方法：圓螺母+ +止動墊圈；止動墊圈； 彈性擋圈（彈性擋圈（GB89476GB89476）；）； 螺釘縮緊擋圈（螺釘縮緊擋圈（GB88476GB88476）；）； 緊定螺釘。緊定螺釘。軸頭軸頭比輪轂長度短比輪轂長度短2mm2mm，保證零件軸向固定。，保證零件軸向固定。軸頸軸頸與軸承內(nèi)徑及寬度一致。與軸承內(nèi)徑及寬度一致。軸身軸身考慮結(jié)構(gòu)尺寸，由草圖確定之。考慮結(jié)構(gòu)尺寸，由草圖確定之。（四）軸上零件的周向定位。（四）軸上零件的周向

9、定位。常用方法：鍵、花鍵、過盈配合、緊定螺釘。常用方法：鍵、花鍵、過盈配合、緊定螺釘。（五）軸的結(jié)構(gòu)工藝性（五）軸的結(jié)構(gòu)工藝性1.1.圓角減少應(yīng)力集中圓角減少應(yīng)力集中要求：要求：rRr200mmd200mm時；時；當(dāng)校核不滿足要求時，應(yīng)提高疲勞強度，措當(dāng)校核不滿足要求時，應(yīng)提高疲勞強度，措施如下：施如下：1 1）結(jié)構(gòu)設(shè)計上降低應(yīng)力集中的影響。加大圓）結(jié)構(gòu)設(shè)計上降低應(yīng)力集中的影響。加大圓角角r r；放松配合；開卸載槽。；放松配合；開卸載槽。2 2）提高表面加工質(zhì)量，進行表面強化處理。）提高表面加工質(zhì)量，進行表面強化處理。提高光潔度；表面淬火，氮化，氰化處理；提高光潔度；表面淬火，氮化，氰化處理；

10、表面噴丸，滾壓加工等。表面噴丸，滾壓加工等。3 3）改用高強度材料或加大軸的剖面尺寸。）改用高強度材料或加大軸的剖面尺寸。4.4.按靜強度條件進行校核按靜強度條件進行校核適用于：瞬時過載大，校核抗塑性變形的能力。適用于：瞬時過載大，校核抗塑性變形的能力。強度條件：強度條件：sssssScaSSSSSS 22 AFWMSasSmaxmax TsSWTSmax 設(shè)計安全系數(shù)：設(shè)計安全系數(shù)：S Ss s= 1.2= 1.2 1.41.4，用于高塑性材料，用于高塑性材料 （ S S/ / B B0.60.6）的軸。）的軸。S Ss s = 1.4= 1.4 1.81.8，用于中等塑性材料，用于中等塑性

11、材料 （ S S/ / B B=0.6 =0.6 0.8 0.8）的軸。）的軸。S Ss s = 1.8= 1.8 2 2，用于低塑性材料的鋼軸。，用于低塑性材料的鋼軸。S Ss s = 2= 2 3 3，用于鑄造軸。，用于鑄造軸。W W、W WT T查表查表（二）軸的剛度校核計算（二）軸的剛度校核計算 對于有剛度要求的軸（如內(nèi)燃機的齒輪軸，對于有剛度要求的軸（如內(nèi)燃機的齒輪軸，過大的扭轉(zhuǎn)變形會影響氣門的啟閉時間），必過大的扭轉(zhuǎn)變形會影響氣門的啟閉時間），必須進行軸的剛度計算。須進行軸的剛度計算。 軸的剛度計算：計算出軸受載時的變形量，軸的剛度計算：計算出軸受載時的變形量，并控制其不大于允許值

12、。并控制其不大于允許值。1.1.軸的彎曲剛度校核計算軸的彎曲剛度校核計算計算軸的彎曲變形：利用材料力學(xué)所講過的計算軸的彎曲變形：利用材料力學(xué)所講過的公式：公式：撓度：撓度：yy yy 偏轉(zhuǎn)角：偏轉(zhuǎn)角： yy、 值查表值查表 2.2.軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計算軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計算利用材料力學(xué)公式，計算出軸每米長的扭轉(zhuǎn)角利用材料力學(xué)公式，計算出軸每米長的扭轉(zhuǎn)角 0 0 軸每米長的扭轉(zhuǎn)角軸每米長的扭轉(zhuǎn)角: : 0 0 0 0 一般傳動，取一般傳動，取 0 0=0.5=0.5 1 1 /m/m精確傳動，取精確傳動，取 0 0=0.25=0.25 0.50.5 /m/m要求不嚴(yán)的軸，取要求不嚴(yán)的軸，取 0 0

13、11 /m/m（三）軸的振動及振動穩(wěn)定性的概念（三）軸的振動及振動穩(wěn)定性的概念1.1.共振：當(dāng)強迫振動的頻率與軸的自振頻共振：當(dāng)強迫振動的頻率與軸的自振頻率重合，產(chǎn)生破壞性共振。率重合，產(chǎn)生破壞性共振。2.2.臨界轉(zhuǎn)速：軸在引起共振時的轉(zhuǎn)速。臨界轉(zhuǎn)速：軸在引起共振時的轉(zhuǎn)速。n nc c剛性軸：當(dāng)軸的工作轉(zhuǎn)速剛性軸：當(dāng)軸的工作轉(zhuǎn)速 n0.85nn0.85nc1c1一階一階 臨界轉(zhuǎn)速。臨界轉(zhuǎn)速。撓性軸：撓性軸：1.15n1.15nc1c1n0.85nn0.85nc2c2剛性軸剛性軸撓性軸撓性軸非工作區(qū)非工作區(qū)A An n0.85n0.85nc1 c1 n nc1 c1 1.15n1.15nc1c1

14、例題：例題：某一化工設(shè)備中的輸送裝置運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工某一化工設(shè)備中的輸送裝置運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作轉(zhuǎn)矩變化很小，以圓錐作轉(zhuǎn)矩變化很小，以圓錐- -圓柱齒輪減速器作為減圓柱齒輪減速器作為減速裝置。試設(shè)計該減速器的輸出軸。減速器的裝速裝置。試設(shè)計該減速器的輸出軸。減速器的裝置簡圖參看圖置簡圖參看圖15-2115-21。輸入軸與電機相聯(lián)，輸出軸。輸入軸與電機相聯(lián)，輸出軸與工作機相聯(lián)，輸出軸為單向旋轉(zhuǎn)（從裝有半聯(lián)與工作機相聯(lián)，輸出軸為單向旋轉(zhuǎn)（從裝有半聯(lián)軸器的一端看為順時針方向）。已知電動機功率軸器的一端看為順時針方向）。已知電動機功率P=10kWP=10kW，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n n1 1=1450r/min=1450

15、r/min，齒輪機構(gòu)的參數(shù)列，齒輪機構(gòu)的參數(shù)列于下表：于下表：級級別別Z1Z2mn(mm)mt(mm) nha*齒齒寬寬(mm)高高速速級級20753.5大大圓圓錐錐齒齒輪輪輪輪轂轂長長L=50低低速速級級239544.04048 0634”20 1B1=85 B2=80解：解：1.1.求輸出軸上的功率求輸出軸上的功率P P3 3、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速n n3 3和轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩T T3 32.2.求作用在齒輪上的力求作用在齒輪上的力3.3.初步確定軸的最小直徑初步確定軸的最小直徑4.4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1 1）擬定軸上零件的裝配方案）擬定軸上零件的裝配方案2 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑

16、）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑 和長度和長度3 3）軸上零件的周向定位）軸上零件的周向定位4 4）確定軸上圓角和倒角尺寸）確定軸上圓角和倒角尺寸5.5.求軸上的載荷求軸上的載荷6.6.按彎曲合成應(yīng)力校核軸的強度按彎曲合成應(yīng)力校核軸的強度7.7.精確校核軸的疲勞強度精確校核軸的疲勞強度1 1）判斷危險截面）判斷危險截面2 2）截面左側(cè)及右側(cè)校核）截面左側(cè)及右側(cè)校核8.8.繪制軸的工作圖繪制軸的工作圖例題：例題：分析齒輪軸系的錯誤并改正之。軸承采用分析齒輪軸系的錯誤并改正之。軸承采用脂潤滑。脂潤滑。解：該齒輪軸系存在以下幾方面錯誤：解：該齒輪軸系存在以下幾方面錯誤：1.1.軸上零件的固定軸上

17、零件的固定1)1)聯(lián)軸器軸向和周向均未固定；聯(lián)軸器軸向和周向均未固定；2)2)齒輪周向均未固定；齒輪周向均未固定；3)3)套筒軸向固定齒輪不可靠；套筒軸向固定齒輪不可靠；2.2.轉(zhuǎn)動件與靜止件的關(guān)系轉(zhuǎn)動件與靜止件的關(guān)系1)1)聯(lián)軸器與軸承蓋接觸；聯(lián)軸器與軸承蓋接觸；2)2)軸與軸承蓋接觸；軸與軸承蓋接觸；3.3.零件的結(jié)構(gòu)工藝性零件的結(jié)構(gòu)工藝性1)1)箱體端面的加工面積過大箱體端面的加工面積過大2)2)軸承蓋無退刀槽；軸承蓋無退刀槽；3)3)軸承蓋外端面的加工面積過大；軸承蓋外端面的加工面積過大；4)4)軸頭伸出過長，增加了加工和裝配長度軸頭伸出過長，增加了加工和裝配長度4.4.裝拆與調(diào)整裝拆與調(diào)整1)1)缺少臺階，軸承裝拆不便；缺少臺階，軸承裝拆不便；2)2)套筒過高，軸承無法裝拆；套筒過高，軸承