ch11軸新課件

1、任務任務1 1 認識軸認識軸任務任務2 2 軸的結構設計軸的結構設計任務任務3 3 軸的強度計算軸的強度計算項目項目11 11 軸軸任務：根據(jù)承載情況下列各軸分別為哪種類型？任務：根據(jù)承載情況下列各軸分別為哪種類型？0 0 軸：軸：軸：軸：軸：軸：軸：軸：軸：軸：軸：軸：傳動軸傳動軸轉軸轉軸轉動心軸轉動心軸轉軸轉軸轉軸轉軸轉動心軸轉動心軸任務任務1 認識軸認識軸任務任務1 1 軸的認識軸的認識一、軸的主要功用一、軸的主要功用二、軸的分類二、軸的分類1 1、按承載分、按承載分心軸：心軸：只承受彎矩（只承受彎矩（M M），不傳遞轉矩（），不傳遞轉矩（T=0T=0）1 1、支承軸上回轉零件（如齒輪）

2、、支承軸上回轉零件（如齒輪）轉動心軸：軸轉動轉動心軸：軸轉動固定心軸：軸固定固定心軸：軸固定2 2、傳遞運動和動力、傳遞運動和動力分析火車輪軸屬于什么類型？分析火車輪軸屬于什么類型？分析自行車前輪軸屬于什么類型？分析自行車前輪軸屬于什么類型？轉軸：轉軸：既傳遞轉矩（既傳遞轉矩（T T）、又承受彎矩（）、又承受彎矩（M M） 如：減速器中的軸。如：減速器中的軸。傳動軸：傳動軸：只受轉矩，不受彎矩只受轉矩，不受彎矩M=0M=0，T0T0 如：汽車下的傳動軸。如：汽車下的傳動軸。rFtFT如何判斷軸是否傳遞轉矩：如何判斷軸是否傳遞轉矩： 從原動機向工作機畫傳動路線，若傳動路線從原動機向工作機畫傳動路

3、線，若傳動路線沿該軸軸線走過一段距離，則該軸傳遞轉矩。沿該軸軸線走過一段距離，則該軸傳遞轉矩。如何判斷軸是否承受彎矩：如何判斷軸是否承受彎矩： 該軸上除聯(lián)軸器外是否還有其它傳動零件，該軸上除聯(lián)軸器外是否還有其它傳動零件，若有則該軸承受彎矩，否則不承受彎矩。若有則該軸承受彎矩，否則不承受彎矩。二、軸的材料二、軸的材料 軸工作時主要承受彎矩和轉矩，且多為交變軸工作時主要承受彎矩和轉矩，且多為交變力作用，其主要失效形式為力作用，其主要失效形式為疲勞破壞疲勞破壞。因此，軸。因此，軸的材料應滿足強度、剛度、耐磨性和耐腐蝕性等的材料應滿足強度、剛度、耐磨性和耐腐蝕性等方面的要求。方面的要求。1.1.碳素鋼

4、碳素鋼 工程中常用工程中常用3535、4545、5050等優(yōu)質碳素鋼等優(yōu)質碳素鋼，其中以，其中以4545鋼用得最廣。其價格低廉，對應力集中敏感性較鋼用得最廣。其價格低廉，對應力集中敏感性較小，可以通過小，可以通過調(diào)質或正火處理調(diào)質或正火處理以保證其機械性能，以保證其機械性能，通過通過表面淬火或低溫回火表面淬火或低溫回火以保證其耐磨性。以保證其耐磨性。 對于輕載和不重要的軸也可采用對于輕載和不重要的軸也可采用Q235Q235、Q275Q275等等普通碳素鋼。普通碳素鋼。2 2、中、低碳合金鋼、中、低碳合金鋼： 具有較高的力學性能和良好的熱處理性能，常具有較高的力學性能和良好的熱處理性能，常用于用

5、于高溫、高速、重載高溫、高速、重載以及結構要求緊湊的軸；以及結構要求緊湊的軸；但價格較貴，但價格較貴，對應力集中敏感對應力集中敏感，所以在結構設計，所以在結構設計時必須盡量減少應力集中。時必須盡量減少應力集中。注意注意：鋼材種類和熱處理方法對鋼材彈性鋼材種類和熱處理方法對鋼材彈性模量模量E E影響很小，影響很小，分析：當軸的剛度不足時，如何提高軸的剛度？分析：當軸的剛度不足時，如何提高軸的剛度？用用熱處理熱處理合金鋼合金鋼不能提高軸的剛度。不能提高軸的剛度。3.3.球墨鑄鐵球墨鑄鐵 耐磨、價格低、吸振性好，耐磨、價格低、吸振性好，對應力集中的敏感對應力集中的敏感性較低，但可靠性較差性較低，但可

6、靠性較差，一般用于形狀復雜的軸，一般用于形狀復雜的軸，如曲軸、凸輪軸等。如曲軸、凸輪軸等。任務：任務：一同學設計了減速器中的一處軸結構，一同學設計了減速器中的一處軸結構，判斷是否合理，并繪出改進后的結構圖。判斷是否合理，并繪出改進后的結構圖。任務任務2 2 軸的結構設計軸的結構設計 軸的結構設計包括確軸的結構設計包括確定軸的合理外形和全部結構定軸的合理外形和全部結構尺寸尺寸。軸作為重要的支承零件，除了與齒輪、帶輪等。軸作為重要的支承零件，除了與齒輪、帶輪等旋轉零件聯(lián)接外，還要與軸承組合通過軸承與機座相旋轉零件聯(lián)接外，還要與軸承組合通過軸承與機座相連，如圖示單級圓柱齒輪減速器中的低速軸。該軸系連

7、，如圖示單級圓柱齒輪減速器中的低速軸。該軸系由聯(lián)軸器由聯(lián)軸器1 1、軸、軸2 2、軸承蓋、軸承蓋3 3、軸承、軸承4 4、套筒、套筒5 5、齒輪、齒輪6 6以以及軸承及軸承7 7等組成。等組成。軸設計的基本要求：軸設計的基本要求： 1 1、軸與軸上零件要有準確的相對位置、軸與軸上零件要有準確的相對位置, ,軸向、軸向、周向定位可靠；周向定位可靠； 3 3、受力合理、受力合理, ,軸結構有利于提高軸的強度和剛軸結構有利于提高軸的強度和剛度、減少應力集中；度、減少應力集中； 2 2、軸的加工、裝配有良好的工藝性；、軸的加工、裝配有良好的工藝性； 零件軸向定位的方式常取決于軸向力的大小零件軸向定位的

8、方式常取決于軸向力的大小一、軸上零件的軸向定位和固定一、軸上零件的軸向定位和固定r rC Ch h要求：要求：b=1.4hb=1.4hh=(0.07h=(0.070.1)d0.1)d1.1.軸肩和軸環(huán)軸肩和軸環(huán) r rR Rh hh hh hh hh h特點特點：結構簡單，定位可靠，可承受較大的軸向力：結構簡單，定位可靠，可承受較大的軸向力 應用應用：齒輪、帶輪、聯(lián)軸器、軸承等的軸向定位：齒輪、帶輪、聯(lián)軸器、軸承等的軸向定位2.2.套筒套筒 特點：特點：定位可靠，結構簡單，加工方便，可承受較定位可靠，結構簡單，加工方便，可承受較大的軸向力。大的軸向力。 應用：應用：齒輪、帶輪、聯(lián)軸器、軸承等的

9、軸向定位。齒輪、帶輪、聯(lián)軸器、軸承等的軸向定位。軸上間距不大的兩零件的軸向定位。與滾動軸承組軸上間距不大的兩零件的軸向定位。與滾動軸承組合時，套筒的厚度不應超過軸承內(nèi)圈的厚度，以便合時，套筒的厚度不應超過軸承內(nèi)圈的厚度，以便軸承拆卸。軸承拆卸。3.3.圓螺母和圓螺母和止動墊圈止動墊圈特點：特點：定位可靠，裝拆方便，可承受較大的軸向力定位可靠，裝拆方便，可承受較大的軸向力由于切制螺紋使軸的疲勞強度下降由于切制螺紋使軸的疲勞強度下降 應用：應用：常用于軸的中部和端部常用于軸的中部和端部正確正確錯誤錯誤錯誤錯誤4.4.軸端擋圈軸端擋圈特點：特點：能承受較大的軸向力及沖擊載荷，需采用防能承受較大的軸向

10、力及沖擊載荷，需采用防松措施。松措施。 應用：應用：常用于軸的端部的零件固定。常用于軸的端部的零件固定。5.5.圓錐面圓錐面特點特點：能承受沖擊載荷，裝拆方便，但配合面加工：能承受沖擊載荷，裝拆方便，但配合面加工較困難。較困難。 應用應用：常用于軸的端部的零件固定。：常用于軸的端部的零件固定。6.6.彈性擋圈彈性擋圈特點：特點：結構簡單緊湊，裝拆方便，只能承受很小的結構簡單緊湊，裝拆方便，只能承受很小的軸向力，可靠性差。軸向力，可靠性差。 應用：應用：常用于固定滾動軸承和移動齒輪的軸向定位常用于固定滾動軸承和移動齒輪的軸向定位二、軸上零件的周向定位二、軸上零件的周向定位目的：防止零件與軸之間的

11、相對轉動目的：防止零件與軸之間的相對轉動1.1.鍵鍵平鍵：平鍵：對中性好，可用于較高精度、高轉速對中性好，可用于較高精度、高轉速及受沖擊或交變載荷作用的場合。及受沖擊或交變載荷作用的場合。半圓鍵半圓鍵：裝配方便，特別適合錐形軸端的聯(lián)接，對：裝配方便，特別適合錐形軸端的聯(lián)接，對軸的削弱較大，只適用于輕載。軸的削弱較大，只適用于輕載。2.2.花鍵花鍵特點特點：承載能力強，：承載能力強，定心精度高，導向性定心精度高，導向性好，但制造成本高。好，但制造成本高。3.3.緊定螺釘緊定螺釘特點特點：適用于軸向力小，：適用于軸向力小，轉速低的場合；在有振動轉速低的場合；在有振動和沖擊的場合，應防松。和沖擊的場

12、合，應防松。4.4.圓錐銷圓錐銷5.5.過盈配合過盈配合特點：特點：用于受力不大的用于受力不大的場合場合特點：特點：對中性好，承載能力對中性好，承載能力強，適用于不常拆卸的部位。強，適用于不常拆卸的部位?？膳c平鍵組合使用，能承受可與平鍵組合使用，能承受較大的交變載荷。較大的交變載荷。三、軸的結構工藝性三、軸的結構工藝性1.1.一般將軸設計成階梯軸一般將軸設計成階梯軸（1 1）提供零件定位和固定的軸肩、軸環(huán)；）提供零件定位和固定的軸肩、軸環(huán)；（2 2）區(qū)別不同精度和）區(qū)別不同精度和表面粗糙度以及配合表面粗糙度以及配合的要求；的要求；（3 3）直徑變化應盡可）直徑變化應盡可能少，直徑常為中間能少，

13、直徑常為中間大兩端小，便于零件大兩端小，便于零件的裝拆；的裝拆；（4 4）軸的兩端加工倒角，便于零件導入，不宜）軸的兩端加工倒角，便于零件導入，不宜傷人；傷人；（5 5）裝配段不宜過長。）裝配段不宜過長。（1 1）退刀槽和越程槽）退刀槽和越程槽 越程槽越程槽：保證砂輪能磨削到軸肩，保證軸肩的垂：保證砂輪能磨削到軸肩，保證軸肩的垂直度；直度；退刀槽退刀槽：加工螺紋時，退刀槽可以保證刀具退出。：加工螺紋時，退刀槽可以保證刀具退出。2.2.軸的結構工藝性軸的結構工藝性（2 2）鍵槽布置）鍵槽布置 固定不同零件的各鍵槽應布置在同一母線固定不同零件的各鍵槽應布置在同一母線上，以上，以減少裝夾次數(shù)減少裝夾

14、次數(shù)。3.3.軸的直徑和長度軸的直徑和長度 滿足強度和剛度要求；滿足強度和剛度要求； 盡量采用標準值盡量采用標準值； 與軸承配合處，必須符合軸承內(nèi)徑的標準系列與軸承配合處，必須符合軸承內(nèi)徑的標準系列； 螺紋處的直徑應符合螺紋的標準系列螺紋處的直徑應符合螺紋的標準系列； 安裝聯(lián)軸器的軸徑應按聯(lián)軸器孔徑設計安裝聯(lián)軸器的軸徑應按聯(lián)軸器孔徑設計； 用套筒、螺母、擋圈等定位時，軸段長度應小用套筒、螺母、擋圈等定位時，軸段長度應小于相配零件寬度于相配零件寬度； 非定位軸肩的高度一般為：非定位軸肩的高度一般為：0.50.53mm3mm，固定滾，固定滾動軸承的軸肩高度應小于軸承內(nèi)圈厚度；動軸承的軸肩高度應小于

15、軸承內(nèi)圈厚度； 保證軸上零件壓緊可靠，軸上零件寬度應大于保證軸上零件壓緊可靠，軸上零件寬度應大于相配軸段長度。相配軸段長度。L = B-(1L = B-(13 3）mmmm軸套軸套L LB4.4.避免應力集中避免應力集中 階梯軸截面尺寸變化處應采用圓角過渡，圓階梯軸截面尺寸變化處應采用圓角過渡，圓角不宜過?。唤遣灰诉^??； 如圓角過大時影響軸上零件定位時，可采用如圓角過大時影響軸上零件定位時，可采用凹切圓角或中間環(huán)來增大圓角半徑；凹切圓角或中間環(huán)來增大圓角半徑； 軸上的槽、切口應盡量避免，如必需的結構，軸上的槽、切口應盡量避免，如必需的結構，設計時考慮避免尺寸突變引起應力集中。設計時考慮避免尺寸

16、突變引起應力集中。5.5.采用表面強化工藝提高軸的疲勞強度采用表面強化工藝提高軸的疲勞強度 例題：例題：指出圖中軸結構設計中的不合理之處，并繪指出圖中軸結構設計中的不合理之處，并繪出改進后的結構圖。出改進后的結構圖。2.2.齒輪右側未作軸向固定；齒輪右側未作軸向固定；1.1.軸兩端均未倒角；軸兩端均未倒角；7.7.軸端擋圈未直接壓在軸軸端擋圈未直接壓在軸端輪轂上。端輪轂上。6.6.齒輪與右軸承裝卸不便；齒輪與右軸承裝卸不便；3.3.齒輪處鍵槽太短；齒輪處鍵槽太短；4.4.鍵槽應開在同一條直線上；鍵槽應開在同一條直線上；5.5.左軸承無法拆卸；左軸承無法拆卸；軸系結構改錯軸系結構改錯四處錯誤四處

17、錯誤正確答案正確答案三處錯誤三處錯誤兩處錯誤兩處錯誤1.1.左側鍵太長，套筒無法裝入左側鍵太長，套筒無法裝入2.2.多個鍵應位于同一母線上多個鍵應位于同一母線上任務任務3 3 軸的強度計算軸的強度計算3 3、振動折斷、振動折斷高速軸，自振頻率與軸轉速接近；高速軸，自振頻率與軸轉速接近；4 4、塑性變形、塑性變形短期尖峰載荷短期尖峰載荷驗算屈服強度。驗算屈服強度。a a、有足夠的強度、有足夠的強度疲勞強度、靜強度；疲勞強度、靜強度；b b、有足夠的剛度、有足夠的剛度防止產(chǎn)生大的變形；防止產(chǎn)生大的變形；c c、有足夠的穩(wěn)定性、有足夠的穩(wěn)定性防止共振防止共振穩(wěn)定性計算。穩(wěn)定性計算。強度計算強度計算失

18、效形式：失效形式： 1 1、疲勞破壞、疲勞破壞疲勞強度校核；疲勞強度校核；2 2、變形過大、變形過大剛度驗算（如機床主軸）；剛度驗算（如機床主軸）；一、按許用切應力計算（按扭轉強度計算）一、按許用切應力計算（按扭轉強度計算）強度條件：強度條件： aTTTTMPWnPWT61055. 963339.55 100.2TPPdAmmnn式中：式中：W WT T抗扭截面系數(shù)，抗扭截面系數(shù)，mmmm3 3T T許用切應力許用切應力AA與材料有關的系數(shù)（表與材料有關的系數(shù)（表11-411-4）公式應用：公式應用：a a）傳動軸精確計算；）傳動軸精確計算；b b）轉軸的初估軸徑）轉軸的初估軸徑d dminm

19、inc c）對于轉軸：算出）對于轉軸：算出d dminmin結構設計結構設計彎矩圖彎矩圖彎扭彎扭 合成強度計算；合成強度計算；d d）有鍵槽處：）有鍵槽處：dd，單鍵，單鍵3%3%；雙鍵；雙鍵7%7%。二、軸的剛度和振動穩(wěn)定性校核二、軸的剛度和振動穩(wěn)定性校核 軸工作時，剛度不足會使軸產(chǎn)生較大的彈性變形，軸工作時，剛度不足會使軸產(chǎn)生較大的彈性變形，從而影響軸的正常工作從而影響軸的正常工作。例如，齒輪軸變形后不僅。例如，齒輪軸變形后不僅會加大齒輪間磨損，產(chǎn)生噪聲，還會加大軸和軸承會加大齒輪間磨損，產(chǎn)生噪聲，還會加大軸和軸承間的磨損，降低軸和軸承的壽命。因此，間的磨損，降低軸和軸承的壽命。因此，設計重要設計重要的軸，必須對軸進行剛度校核的軸，必須對軸進行剛度校核。 當軸旋轉時，由于外界干擾力的影響，軸會產(chǎn)當軸旋轉時，由于外界干擾力的影響，軸會產(chǎn)生橫向振動。轉速達到某個數(shù)值，使外界干擾力生橫向振動。轉速達到某個數(shù)值，使外界干擾力產(chǎn)生的振動頻率和軸的自然振動頻率相同或相近產(chǎn)生的振動頻率和軸的自然振動頻率相同或相近時，將會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，其振幅和動載荷可能導時，將會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，其振幅和動載荷可能導致軸和機器的破壞，致軸和機