考研備考期末復(fù)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì) 第14章軸

1、第14章 軸141 軸的功用和分類軸的功用和分類142 軸的材料及選擇軸的材料及選擇143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)140 工程實(shí)際中的軸工程實(shí)際中的軸144 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算145 軸的剛度設(shè)計(jì)軸的剛度設(shè)計(jì) 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 工程實(shí)際中的軸 14-1 軸的功用及分類一、軸的功用二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸n支承傳動(dòng)零件n傳遞運(yùn)動(dòng)和力帶式運(yùn)輸機(jī)減速器電動(dòng)機(jī)同時(shí)承受彎矩和扭矩同時(shí)承受彎矩和扭矩 一、軸的功用14-1 軸的功用及分類二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸n支承

2、傳動(dòng)零件n傳遞運(yùn)動(dòng)和力心軸固定心軸只承受彎矩只承受彎矩 一、軸的功用14-1 軸的功用及分類二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸n支承傳動(dòng)零件n傳遞運(yùn)動(dòng)和力心軸固定心軸 轉(zhuǎn)動(dòng)心軸只承受彎矩只承受彎矩 一、軸的功用14-1 軸的功用及分類二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸n支承傳動(dòng)零件n傳遞運(yùn)動(dòng)和力心軸固定心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸傳動(dòng)軸發(fā)動(dòng)機(jī)后橋只承受扭矩只承受扭矩 一、軸的功用14-1 軸的功用及分類二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸n支承傳動(dòng)零件n傳遞運(yùn)動(dòng)和力心軸固定心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸傳動(dòng)軸按軸線形狀分直軸 一、軸的功用14-1 軸的功用及分類二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸n支承傳動(dòng)零件n傳遞運(yùn)動(dòng)和力心軸固定心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸傳動(dòng)軸按軸

3、線形狀分直軸曲軸 一、軸的功用14-1 軸的功用及分類二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸n支承傳動(dòng)零件n傳遞運(yùn)動(dòng)和力心軸固定心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸傳動(dòng)軸按軸線形狀分直軸曲軸 一、軸的功用14-1 軸的功用及分類二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸n支承傳動(dòng)零件n傳遞運(yùn)動(dòng)和力心軸固定心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸傳動(dòng)軸按軸線形狀分直軸曲軸鋼絲軟軸 n轉(zhuǎn)軸：同時(shí)承受彎矩和扭矩n心軸：只受彎矩，不受扭矩n固定心軸n轉(zhuǎn)動(dòng)心軸n傳動(dòng)軸：主要受扭矩，不受彎矩或彎矩很小14-1 軸的功用及分類載荷載荷運(yùn)轉(zhuǎn)情況運(yùn)轉(zhuǎn)情況應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸彎曲彎曲扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)單向單向彎曲：對(duì)稱彎曲：對(duì)稱 扭轉(zhuǎn)：脈動(dòng)扭轉(zhuǎn)：脈動(dòng)雙向雙向彎曲：對(duì)稱彎曲：對(duì)稱 扭轉(zhuǎn)：對(duì)稱扭轉(zhuǎn)

4、：對(duì)稱心軸心軸彎曲彎曲固定固定靜應(yīng)力或脈動(dòng)靜應(yīng)力或脈動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱對(duì)稱傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)單向單向脈動(dòng)脈動(dòng)雙向雙向?qū)ΨQ對(duì)稱各種軸的受力 q內(nèi)容n工作能力的設(shè)計(jì)n強(qiáng)度-保證安全使用n剛度-保證工作精度n振動(dòng)穩(wěn)定性-保證高速軸正常工作n結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)q特點(diǎn)n邊計(jì)算、邊畫圖、邊修改-“三邊三邊”設(shè)計(jì)方法14-1 軸的功用及分類三、軸設(shè)計(jì)的內(nèi)容、特點(diǎn)22 選擇材料初算軸徑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度、剛度計(jì)算確定軸的結(jié)構(gòu)尺寸、繪圖NY四、軸的設(shè)計(jì)步驟14-1 軸的功用及分類 n一般用途的軸：優(yōu)質(zhì)中碳鋼-30、40、45、50n次要的軸：Q235、Q255、Q275n重要的軸：合金鋼n耐磨性要求高：12CrNi、20Cr、

5、20CrMnTi等低碳合金鋼，軸頸滲碳淬火n高速重載：40Cr、40CrNi、35CrMo等合金鋼，表面淬火、調(diào)質(zhì)n形狀復(fù)雜的軸：QT600、ZG45注意：注意：200200以下的碳鋼、合金鋼以下的碳鋼、合金鋼E E值相差不大值相差不大142 軸的材料及其選擇軸的常用材料及其主要力學(xué)特性表 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)典型軸系結(jié)構(gòu)滾動(dòng)軸承齒輪套筒軸承蓋軸端擋圈 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求 內(nèi)容內(nèi)容：確定軸的外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸要求要求：n軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的定位n軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整n軸應(yīng)具有良好的制造工藝性n結(jié)構(gòu)上要有利于提高軸的強(qiáng)度、剛度，盡量減少應(yīng)力集中n有利于節(jié)省材料

6、、減輕重量 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)n擬定軸上零件裝配方案n軸上零件的定位n各段軸直徑和長(zhǎng)度的確定n提高軸的強(qiáng)度和剛度的措施n軸的結(jié)構(gòu)工藝性二、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸肩或軸環(huán)套筒彈性擋圈圓螺母加止動(dòng)墊圈、雙圓螺母緊定螺釘、鎖緊擋圈、銷釘軸端擋圈圓錐面（二）軸上零件的定位-軸向定位143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1）軸肩、軸環(huán)軸肩軸環(huán) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位可靠，可承受較大軸向力特點(diǎn)特點(diǎn)143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸肩的尺寸要求:r C 或或 r RDdrRDdCr或h(0.070.1)dCDdrDdrRb(與滾動(dòng)軸承相配合處的h和b值,見(jiàn)軸承標(biāo)準(zhǔn))一般，定位軸肩：h(35）mm非定位軸

7、肩:h(0.51)mm軸環(huán)寬度:b1.4hhh143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2）套筒 特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,定位可靠定位可靠,用于零件間距用于零件間距較小場(chǎng)合較小場(chǎng)合,軸轉(zhuǎn)速較高時(shí)不易選用軸轉(zhuǎn)速較高時(shí)不易選用143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,只能承受很小的軸向力只能承受很小的軸向力143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3）彈性擋圈 固定可靠,裝拆方便,可承受較大軸向力,但螺紋對(duì)軸削弱較大.4）圓螺母加止動(dòng)墊片143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5）雙圓螺母143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 適用于軸向力很小適用于軸向力很小,轉(zhuǎn)速很低或轉(zhuǎn)速很低或?yàn)榉乐沽慵既谎剌S向滑動(dòng)的為防止零件偶然沿軸向滑動(dòng)的場(chǎng)合場(chǎng)合,亦可用于周向

8、固定亦可用于周向固定6）緊定螺釘 鎖緊擋圈143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 適用于固定軸端零件特點(diǎn)7）軸端擋圈143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 能消除軸與輪轂間的徑向間隙,裝拆較方便,對(duì)中性好,可兼作周向固定,但加工較困難8）圓錐面143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鍵花鍵銷過(guò)盈聯(lián)接成型聯(lián)接（二）軸上零件的定位-周向定位143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21 特點(diǎn)裝拆方便，互換性好，但對(duì)軸強(qiáng)度有削弱143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1）鍵 特點(diǎn)精度要求較高，定心性好，拆裝方便，但制造需用專用設(shè)備和工具。2）花鍵143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圓柱銷圓錐銷只能傳遞較小扭矩,互換性好,拆裝方便,但對(duì)軸強(qiáng)度削弱較大.3）銷143

9、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸上零件的定位方法 q 有配合要求的軸段注意配合零件的要求，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑；q 與標(biāo)準(zhǔn)件配合的軸段采用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值，例如：滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器、密封裝置，應(yīng)滿足裝配尺寸要求。q 非標(biāo)準(zhǔn)軸段： 定位軸肩 h(35)mm 非定位軸肩 h(0.51)mmq 軸上零件安裝時(shí)，所經(jīng)過(guò)軸上各段直徑應(yīng)小于安裝零件輪轂直徑，以便于裝拆。q 滾動(dòng)軸承定位軸肩高度必須低于內(nèi)圈端面高度，以便于拆卸，具體尺寸由標(biāo)準(zhǔn)查出。（三）各軸段直徑的確定143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主要根據(jù)：n軸上零件的軸向尺寸n相鄰零件之間的距離n軸上零件的裝拆和軸向固定一般:輪轂長(zhǎng)度L=(1.52)d轂比軸長(zhǎng)23mm

10、（四）各軸段長(zhǎng)度的確定143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳細(xì)說(shuō)明Ld23mm n軸肩直徑較小的一邊需磨削或車削螺紋時(shí)，須留出砂輪越程槽、退刀槽；（五）軸的結(jié)構(gòu)工藝性143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸端應(yīng)制出45的倒角；砂輪越程槽退刀槽45 n 一根軸上的圓角盡可能統(tǒng)一，退刀槽、越程槽、倒角盡量取同樣尺寸；n 不同軸段的鍵槽寬度盡可能一致，并布置在同一母線上；143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)n 軸段的階梯數(shù)量要盡可能少。 Tmax= T1Tmax = T2T3T2T1T2T1T3合理不合理 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（五）提高軸的強(qiáng)度和剛度的措施1、合理布置傳動(dòng)零件位置，以減小軸上載荷輸入T1輸出T2輸出T3輸入T1輸出T3輸出T223

11、 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2、改進(jìn)軸上零件結(jié)構(gòu)，以減小軸上載荷QQ合理不合理 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理不合理 3、改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中1)軸結(jié)構(gòu)要盡量避免突然變化，增大過(guò)渡圓角半徑，可采用 143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)r內(nèi)凹圓角隔離環(huán) 2)軸與輪轂為過(guò)盈配合時(shí)，配合邊緣會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，為了減小應(yīng)力集中，可在軸或轂上開(kāi)卸荷槽，或加大配合部分直徑。143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3)盤銑刀比端銑刀加工的鍵槽在過(guò)渡處產(chǎn)生的應(yīng)力集中??；漸開(kāi)線花鍵比矩形花鍵在齒根處的應(yīng)力集中小，設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)考慮。143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)端銑刀盤銑刀 4、改進(jìn)軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強(qiáng)度1)表面強(qiáng)化處理，方法有：表面高頻淬火等熱處理

12、；表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)熱處理；輾壓、噴丸等強(qiáng)化處理；2)合理減小軸的表面及圓角處的加工粗糙度值。143 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 36362 . 01055. 9161055. 9dnPdnPWTT 3362 . 01055. 9nPd-設(shè)計(jì)公式一、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算 14144 4 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：為了計(jì)及鍵槽對(duì)軸的削弱，可按以下方式修正軸徑有一個(gè)鍵槽有兩個(gè)鍵槽軸徑d100mm軸徑增大3%軸徑增大7%軸徑d100mm軸徑增大5%7%軸徑增大10%15% 362 . 0/1055. 9C令3nPCd 作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖(即力學(xué)模型)，求支承反力二、按彎扭

13、合成強(qiáng)度條件計(jì)算 14144 4 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算1)軸的載荷簡(jiǎn)化將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力，作用在輪轂寬度的中點(diǎn)；軸轂采用過(guò)盈配合時(shí)，由于軸的彈性變形，載荷分布要向軸的兩端集中；作用在軸上的扭矩從傳動(dòng)件輪轂寬度中點(diǎn)算起；忽略上零件的自重及軸承中的摩擦力。 14144 4 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算FFFlaa=(0.20.3)l2F2F將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力，作用在輪轂寬度的中點(diǎn)；軸轂采用過(guò)盈配合時(shí)，由于軸的彈性變形，載荷分布要向軸的兩端集中； 2)軸的支承簡(jiǎn)化 14144 4 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算l3lee與軸承的寬徑比有關(guān) 14144 4 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算FtFaFtFrFH2FH1MHFrFaMV1BACDFV2MHFV1FV1MV2M1M2MVTTFV1FV1FH1FV2FH2M=水平面受力圖水平面彎矩圖垂直面受力圖垂直面彎矩圖合成彎矩圖扭矩圖TT作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖22VHMM 畫出垂直面受力圖及彎矩圖MV畫出水平面受力圖及彎矩圖MH畫出合成彎矩圖M畫出扭矩圖T 331 . 032dMdMWMWTdTWTT22 . 03？2)( T校核軸的強(qiáng)度 14144 4 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算WTMe22224be扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力靜應(yīng)力脈動(dòng)循