第十一章 軸課件

1、11-1 概概 述述11-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計11-3 軸的設(shè)計計算軸的設(shè)計計算 11-1 概概 述述一、軸的功用一、軸的功用 支撐回轉(zhuǎn)零件；支撐回轉(zhuǎn)零件； 傳遞運動和轉(zhuǎn)矩傳遞運動和轉(zhuǎn)矩二、軸的類型二、軸的類型 心軸心軸 只承受彎矩只承受彎矩 傳動軸傳動軸 只承受轉(zhuǎn)矩只承受轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 既受彎矩、又受轉(zhuǎn)矩既受彎矩、又受轉(zhuǎn)矩按受載情況：按受載情況： 直直 軸軸 曲曲 軸軸按軸心線按軸心線軸分類方法： 1）根據(jù)軸線的形狀不同分類；曲路傳遞運動或動力可以穿過鋼絲軟軸：具有撓性，旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動曲軸：通過連桿可以把根據(jù)需要可制成空心軸階梯軸光軸直軸按軸線形狀分類2）根據(jù)承受載荷不同分類。

2、1、根據(jù)軸線的形狀不同分類； 1）直軸）直軸 直軸按外形可以分為光軸光軸和階梯軸階梯軸，階梯軸便于零件拆裝和定位。 直軸按軸的結(jié)構(gòu)可以分為實心軸實心軸和空心軸空心軸，如圖所示。 2）曲軸）曲軸 可以實現(xiàn)直線運動與旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)換。 3）鋼絲軟軸（撓性軸）鋼絲軟軸（撓性軸） 它不受任何空間的限制，傳遞扭轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)運動無彎矩傳動軸：只承受扭矩而固定轉(zhuǎn)動受彎矩心軸：只承受扭矩不承受彎矩（常見）轉(zhuǎn)軸：既承受扭矩又承根據(jù)承受載荷不同分類2、按照承受載荷不同分類1)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 同時承受扭矩和彎曲載荷的作用2)心軸心軸 心軸只需承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)距圖圖127 傳動軸傳動軸 只承受扭矩而不承受彎矩或承受彎矩較小的軸

3、。圖圖128 1）碳鋼：）碳鋼：軸的主要材料是碳鋼和合金鋼軸的主要材料是碳鋼和合金鋼 2）合金鋼：）合金鋼：特點：特點：合金鋼比碳素鋼機械強度高，熱處理性能好。但對應(yīng)力集中敏感性高，價格也較高。 適用場合：對于要求強度較高、尺寸較小或有其它特殊要求的軸特點：特點：價格低廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低常用的有中碳鋼，其中以45鋼使用最廣4、軸的常用材料及參數(shù)見教材表軸的常用材料及參數(shù)見教材表11-1。特點：鑄造加工，易于得到所需形狀，而且具有較好的吸振性能和好的耐磨性3、球墨鑄鐵或高強度鑄鐵、球墨鑄鐵或高強度鑄鐵 1、軸的設(shè)計：1）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。 2）軸的工作能力設(shè)計：強度、

4、剛度和振動穩(wěn)定性2、軸的設(shè)計程序、軸的設(shè)計程序1）初步確定軸的最小直徑；2）擬訂軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸；3）進行強度校核。 4）剛度或振動穩(wěn)定性校核3、軸的設(shè)計特點、軸的設(shè)計特點進行工作能力的核算必須先進行結(jié)構(gòu)設(shè)計2、強度問題、強度問題 防止軸發(fā)生疲勞斷裂防止軸發(fā)生疲勞斷裂3、剛度問題、剛度問題 防止軸發(fā)生過大的彈性變形防止軸發(fā)生過大的彈性變形4、振動穩(wěn)定性問題、振動穩(wěn)定性問題 防止軸發(fā)生共振防止軸發(fā)生共振4 4、軸設(shè)計時所要解決的問題、軸設(shè)計時所要解決的問題1、結(jié)構(gòu)問題、結(jié)構(gòu)問題 確定軸的形狀和尺寸確定軸的形狀和尺寸軸頭：與傳動零件（齒輪、聯(lián)軸器等）配合的軸斷 軸身：聯(lián)接軸頸與軸頭的非配合部分軸

5、頸：與軸承配合的軸斷一、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1）軸上零件的定位、固定2）軸上零件的安裝和制造工藝性3）形狀尺寸有利于減少應(yīng)力集中4）軸上零件的結(jié)構(gòu)和位置的安排。軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸1、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則要求軸頸軸頭軸身二二 、擬訂軸上零件的裝配方案、擬訂軸上零件的裝配方案1）確定軸的結(jié)構(gòu)形式軸頸軸頭軸身三、軸上零件的軸向定位三、軸上零件的軸向定位1、軸向定位方法、軸向定位方法1）軸肩與軸環(huán)定位）軸肩與軸環(huán)定位定位定位 使軸上零件處于正確的工作位置；使軸上零件處于正確的工作位置；固定固定 使軸上零件牢固地保持這一位置。使軸上零件牢固地保持這一位置。目的目的 防止軸上零件工作

6、時發(fā)生軸向躥動。防止軸上零件工作時發(fā)生軸向躥動。定位軸肩：定位軸肩：h(0.070.1)dh R 或或 C非定位軸肩：非定位軸肩：h12 mm，作用是便于軸上零件的裝拆作用是便于軸上零件的裝拆為保證定位準確為保證定位準確，R 或或 C r 軸環(huán)寬度一般取軸環(huán)寬度一般?。篵 =1.=1.4 h 要求軸肩高度要求軸肩高度滾動軸承內(nèi)圈高度滾動軸承內(nèi)圈高度錯錯誤誤正正確確套筒套筒 軸用圓螺母軸用圓螺母 軸端擋圈軸端擋圈 當用軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母、軸端當用軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母、軸端擋圈進行零件的軸向定位時，為保證軸擋圈進行零件的軸向定位時，為保證軸向定位可靠，要求向定位可靠，要求L軸軸 L轂轂2

7、）套筒定位）套筒定位 設(shè)計注意設(shè)計注意a)高速情況下不宜使用c)結(jié)構(gòu)簡單、定位可靠。靈活設(shè)計。 b)軸上零件間距離較小的場合d)d)對軸上零件起軸向固定作用對軸上零件起軸向固定作用。(1)工作可靠，能夠承受較大的軸向力(2)設(shè)計注意設(shè)計注意：只用于軸端零件軸向定位。需要采用止動墊片等防松措施。 3）軸端擋圈）軸端擋圈 裝拆方便，兼作周向定位。適用于高速、沖擊以及對中性要求較高的場合。設(shè)計注意：設(shè)計注意：只用于軸端零件軸向定位。常與軸端擋圈聯(lián)合使用，實現(xiàn)零件的雙向定位。 4）圓錐面定位）圓錐面定位5）圓螺母定位）圓螺母定位設(shè)計注意：設(shè)計注意：1)采用細牙螺紋2)為了防松，需加止動墊片或者使用雙螺

8、母。 3)用于軸上兩零件距離較遠時，或軸端。4)需切制螺紋，削弱了軸的強度。2)能實現(xiàn)軸上零件的間隙調(diào)整1)固定可靠，可以承受較大的軸向力 結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、裝拆方便，但受力較小，且軸上切槽會引起應(yīng)力集中，常用于軸承的定位。設(shè)計注意：設(shè)計注意：軸上切槽尺寸見GB894.1-86 6）彈性擋圈定位）彈性擋圈定位 緊定螺釘、彈簧擋圈、鎖緊擋圈等定位，多用于軸向力不大的場合。且不適宜高速場合。 7）其它）其它：四、軸上零件的周向定位四、軸上零件的周向定位 周向定位周向定位: 鍵、花鍵、成型面、過盈 1）平鍵聯(lián)接）平鍵聯(lián)接 制造簡單、裝拆方便。用于傳遞轉(zhuǎn)矩較大，對中性要求一般的場合，應(yīng)用最為廣泛。 2）

9、花鍵聯(lián)接）花鍵聯(lián)接 承載能力高，定心好、導(dǎo)向性好，制造困難，成本較高。 適用于傳遞轉(zhuǎn)矩較大，對中性要求較高或零件在軸上移動時要求導(dǎo)向性良好的場合。 3） 過盈配合過盈配合 結(jié)構(gòu)簡單、定心好、承載能力高和在振動下能可靠的工作。但裝配困難，且對配合尺寸的精度要求較高。 常與平鍵聯(lián)合使用，以承受大的交變、振動和沖擊載荷。 4）銷聯(lián)接）銷聯(lián)接 用于固定不太重要、受力不大，但同時需要周向或軸向固定的零件。 五、確定各軸段的直徑和長度五、確定各軸段的直徑和長度1）按扭矩強度條件估算整個軸的最小直徑2）按軸上零件的裝配方案和定位要求，逐步確定各軸段的直徑設(shè)計時，需要注意的問題設(shè)計時，需要注意的問題1）軸與零

10、件相配合的直徑應(yīng)取成標準值，非配合軸段最好取為整數(shù)。2）安裝聯(lián)軸器的軸徑應(yīng)與聯(lián)軸器的孔徑范圍相適應(yīng)。3）與滾動軸承相配合的軸頸直徑應(yīng)符合滾動軸承內(nèi)徑標準 4）有螺紋的軸段直徑應(yīng)符合螺紋標準直徑5）軸上與零件相配合部分的軸段長度，應(yīng)比輪轂長度短2 3mm，以保證零件軸向定位可靠。6）若在軸上又裝滑移的零件，應(yīng)該考慮零件的滑移距離。7）軸上各零件之間應(yīng)該留有適當?shù)拈g隙，以防止運轉(zhuǎn)時相碰。六、軸設(shè)計應(yīng)具有良好的制造與裝配工藝性六、軸設(shè)計應(yīng)具有良好的制造與裝配工藝性2）軸上的圓角半徑、退刀槽寬度或倒角尺寸盡可能取相同數(shù)值3）軸上各鍵槽應(yīng)開在同一母線上，鍵槽的軸段直徑相差不大時，應(yīng)盡可能采用相同寬度的鍵

11、槽1) 階梯軸各段直徑相差510mm。 5）軸的直徑應(yīng)取為整數(shù)值7）與滾動軸承相配合的軸頸直徑應(yīng)符合滾動軸承內(nèi)徑標準4）磨削或螺紋加工，應(yīng)該留有砂輪越程槽或退刀槽。 6）有螺紋的軸段直徑應(yīng)符合螺紋標準直徑。8）軸端應(yīng)加工出倒角,避免裝配時把軸上零件的孔壁擦傷例如：軸結(jié)構(gòu)工藝性 1）螺紋段留有退刀槽、磨削段要留越程槽軸結(jié)構(gòu)2）同一軸上的圓角、倒角應(yīng)盡可量相同 3）同一軸上的幾個鍵槽應(yīng)開在同一母線上；螺紋前導(dǎo)段直徑應(yīng)該小于螺紋小徑5）軸上各段的精度和表面粗糙度不同。 4）軸上零件的輪轂寬度大于與其配合的軸段長度軸系結(jié)構(gòu)改錯軸系結(jié)構(gòu)改錯四處錯誤四處錯誤正確答案正確答案三處錯誤三處錯誤正確答案正確答案

12、兩處錯誤兩處錯誤1.左側(cè)鍵太長，套筒左側(cè)鍵太長，套筒無法裝入無法裝入2.多個鍵應(yīng)位于同一多個鍵應(yīng)位于同一母線上母線上請完成如圖所示的軸系設(shè)計。請完成如圖所示的軸系設(shè)計。請選擇齒輪的裝配方向請選擇齒輪的裝配方向軸剖面突變的地方制成過渡圓角或凹切圓角或肩環(huán)結(jié)構(gòu)。采用輾壓、噴丸、滲碳淬火、氮化、高頻淬火等表面強化的方法可以顯著提高軸的疲勞強度。 1、減小應(yīng)力集中、減小應(yīng)力集中2、改善軸的表面質(zhì)量、改善軸的表面質(zhì)量3、改善軸的受力情況、改善軸的受力情況改進軸上零件的結(jié)構(gòu)，減小軸上載荷或改善應(yīng)力特征，也可以提高軸的強度和剛度七、提高軸疲勞強度的結(jié)構(gòu)措施七、提高軸疲勞強度的結(jié)構(gòu)措施 八、結(jié)構(gòu)設(shè)計示例八、結(jié)

13、構(gòu)設(shè)計示例應(yīng)力分析：應(yīng)力分析：彎曲應(yīng)力b 對稱循環(huán)變應(yīng)力；扭剪應(yīng)力T 循環(huán)特征根據(jù)實際情況而定。計算方法：計算方法： 按扭轉(zhuǎn)強度計算： 按彎扭合成強度計算： 按彎曲強度計算：只傳遞扭矩的軸FT只承受彎矩的軸既受轉(zhuǎn)矩又受彎矩的軸對于圓截面軸，其強度條件為： 69.55 10 TTPTnWWT 軸所傳遞的扭矩（N.mm）其中：其中： 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（MPa） WT軸的抗扭截面系數(shù)（mm3）P軸所傳遞的功率（kW）n軸的轉(zhuǎn)速(r/min)d軸的直徑（mm）軸材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（MPa）,查表11-2一、按扭轉(zhuǎn)強度估算直徑一、按扭轉(zhuǎn)強度估算直徑330.216TdWd故軸的直徑為：故軸的直徑為： 6339

14、.55 100.2 PPdCnn對于空心軸:3434(1)0.2(1)16TdWd故軸的直徑為：故軸的直徑為： 633449.55 100.2(1) (1)PPdCnn其中： dd0，即空心軸內(nèi)外徑之比。 對于實心軸: （mm） 系數(shù)系數(shù) C C與軸的材料和承載情況有關(guān)，查表與軸的材料和承載情況有關(guān)，查表11-211-2扭轉(zhuǎn)強度公式一般用來初算軸的直徑，彎矩相對轉(zhuǎn)矩較小或只受轉(zhuǎn)矩時，C 取小值。若該軸段有一個鍵槽，d 值增大5% ,彎矩較大時，C 取大值。計算出的 d 作為受扭段的最小直徑 dmin 。注意：注意：有兩個鍵槽，增大10% 。二、按彎扭合成強度條件計算條件：已知支點、扭距，彎矩

15、步驟： 1、作軸的空間受力簡圖2、求水平面支反力RH1、RH2作水平面彎矩圖 注意：通常把軸當作置于鉸鏈支座上的梁，作用于軸上零件的力作為集中力，其作用點取為零件輪轂寬度的中點上。3、求垂直平面內(nèi)支反力RV1、RV2，作垂直平面內(nèi)的彎矩圖 4、作合成彎矩圖 22HVMMM5、作扭矩圖 6、作當量彎矩圖 為將扭矩折算為等效彎矩的折算系數(shù) 22()eMMT7、校核 危險截面軸的強度設(shè)計公式 上式有關(guān)參數(shù)見表11322133()10.132eeMTMMWdd310.1eMd危險截面危險截面直徑直徑設(shè)計時應(yīng)該注意：1）要合理選擇危險剖面。軸的危險剖面在當量彎矩較大或軸的直徑較小處，一般選取一個或二個危險剖面核算；2）若驗算軸的強度不夠，即 ，則可用增大軸的直徑、改用強度較高的材料或改變熱處理方法等措施來提高軸的強度1e三、軸設(shè)計步驟和方法三、軸設(shè)計步驟和方法2、根據(jù)功率、根據(jù)功率 P 和轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速 n ，用扭轉(zhuǎn)強，用扭轉(zhuǎn)強度公式初算受扭段的最小直徑度公式初算受扭段的最小直徑dmin 。3、根據(jù)初算軸徑，進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。、根據(jù)初算軸徑，進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。4、按彎扭合成強度校核軸的危險截面。、按彎扭合成強度校核軸的危險截面