第五章齒輪傳動

1、第八章第八章 軸軸東北大學國家工科機東北大學國家工科機械基礎課程教學基地械基礎課程教學基地2 目錄 8.2 8.2 軸的結(jié)構(gòu)設計軸的結(jié)構(gòu)設計 8.3 8.3 軸的強度計算軸的強度計算 8.1 8.1 概述概述 3 8.1 概述概述 （Introduction） 一、軸的分類一、軸的分類一、軸的分類一、軸的分類1 1、按承載分、按承載分心心 軸：只受彎矩軸：只受彎矩M M轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 軸：承受彎矩軸：承受彎矩M+M+扭矩扭矩T T傳動軸：只受扭矩傳動軸：只受扭矩T T4 8.1 概述概述 （Introduction） 一、軸的分類一、軸的分類2 2 按軸的形狀按軸的形狀 軟軟軸軸曲曲軸軸常常見見階階梯梯

2、軸軸直直軸軸)(5 8.1 概述概述 （Introduction） 二、二、軸的常用材料軸的常用材料二、二、軸的常用材料軸的常用材料常用材料：優(yōu)質(zhì)碳鋼常用材料：優(yōu)質(zhì)碳鋼 4545，3535，50 50 正火或調(diào)質(zhì)正火或調(diào)質(zhì)一般的軸：普通碳鋼一般的軸：普通碳鋼 Q235Q235，Q275Q275重要的軸：合金鋼重要的軸：合金鋼 4040CrCr，35SiMn 35SiMn 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) 表面淬火表面淬火注：注：高強材料對應力集中敏感高強材料對應力集中敏感 軸的剛度不足時，應加大軸的截面，減小跨距軸的剛度不足時，應加大軸的截面，減小跨距 三、軸設計的基本準則三、軸設計的基本準則軸上零件裝拆方便軸上零件

3、定位可靠加工工 藝性好1 1、 具有足夠的強度和剛度，具有足夠的強度和剛度， 使用中不發(fā)生斷裂和過大的彈性變形使用中不發(fā)生斷裂和過大的彈性變形2 2、 結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)合理 6 8.2 8.2 軸的結(jié)構(gòu)設計軸的結(jié)構(gòu)設計一、一、軸的各部分名稱軸的各部分名稱7 8.2 軸的結(jié)構(gòu)設計軸的結(jié)構(gòu)設計二、軸上零件的軸向定位1 1、軸肩或軸環(huán)、軸肩或軸環(huán)h=h=（2 23 3）C=(2C=(23)R (h=33)R (h=35mm)5mm)rR ,rCrR ,rC與標準件配合的軸段與標準件配合的軸段 d,h,rd,h,r參考標準件確定參考標準件確定2 2、軸套、軸套( (活動的軸肩或軸環(huán)活動的軸肩或軸環(huán)) )軸

4、套的徑向尺寸參照定位軸肩確定軸套的徑向尺寸參照定位軸肩確定軸套定位的零件軸套定位的零件: :輪轂長輪轂長- -軸段長軸段長=2=23 3mmmm軸套與軸為過渡配合軸套與軸為過渡配合定位結(jié)構(gòu)要求定位結(jié)構(gòu)要求常用定位方法常用定位方法8 8.2 軸的結(jié)構(gòu)設計軸的結(jié)構(gòu)設計3 3、其他軸向定位方法、其他軸向定位方法緊定螺釘（圖緊定螺釘（圖8-168-16a a，e e）彈性擋圈（圖彈性擋圈（圖8-168-16b b）軸端擋圈（圖軸端擋圈（圖8-168-16c c，f f）圓圓 螺螺 母（圖母（圖8-168-16d d）緊定螺釘（圖緊定螺釘（圖8-168-16a a，e e）彈性擋圈（圖彈性擋圈（圖8-1

5、68-16b b）圓圓 螺螺 母（圖母（圖8-168-16d d）軸端擋板（圖軸端擋板（圖8-168-16c c，f f）常用軸向定位方法常用軸向定位方法9 8.2 軸的結(jié)構(gòu)設計軸的結(jié)構(gòu)設計4 4、軸系整體軸向定位、軸系整體軸向定位軸承端蓋軸承端蓋三、軸上零件的周向定位三、軸上零件的周向定位-鍵鍵, ,花鍵花鍵, ,銷，銷，緊配合緊配合四、軸的結(jié)構(gòu)工藝性四、軸的結(jié)構(gòu)工藝性1 1、減少應力集中、減少應力集中軸的圓角盡可能大，重載軸軸的圓角盡可能大，重載軸r r0.1d0.1d相鄰軸段直徑差不要太大相鄰軸段直徑差不要太大減少應力集中的常用結(jié)構(gòu)形式（圖減少應力集中的常用結(jié)構(gòu)形式（圖8-138-13，

6、8-148-14）常用周向定位方法常用周向定位方法10 8.2 軸的結(jié)構(gòu)設計軸的結(jié)構(gòu)設計2 2、加工方便、加工方便軸的形狀力求簡單軸的形狀力求簡單, ,減少軸段的變化減少軸段的變化. .軸的所有鍵槽在一條直線上軸的所有鍵槽在一條直線上, ,圓角盡量統(tǒng)一圓角盡量統(tǒng)一有必要的螺紋退刀槽有必要的螺紋退刀槽, ,砂輪越程槽砂輪越程槽11 8.2 軸的結(jié)構(gòu)設計軸的結(jié)構(gòu)設計3 3、裝拆方便、裝拆方便軸端有軸端有4545倒角倒角非定位軸肩，非定位軸肩，h=0.5 h=0.5 1mm1mm零件間留必要的軸向間隙零件間留必要的軸向間隙滾動軸承定位軸肩低于軸承內(nèi)圈厚度滾動軸承定位軸肩低于軸承內(nèi)圈厚度 12 8.2

7、 軸的結(jié)構(gòu)設計軸的結(jié)構(gòu)設計4 4、軸上零件合理布置、軸上零件合理布置改變軸的受力狀態(tài)改變軸的受力狀態(tài)13 8.2 軸的結(jié)構(gòu)設計軸的結(jié)構(gòu)設計四、軸的設計步驟四、軸的設計步驟2 2、確定最小軸徑、確定最小軸徑d dminmin 按軸只受扭矩作用按軸只受扭矩作用 設計式設計式: : A A =110=110160,160,材質(zhì)好、彎矩小、載荷平穩(wěn)取小值材質(zhì)好、彎矩小、載荷平穩(wěn)取小值336 2010559nPAnPdT . 2 . 01055. 936TTTdnPWT 1 1、確定軸上零件的裝配方案、確定軸上零件的裝配方案- -裝配方案影響結(jié)構(gòu)裝配方案影響結(jié)構(gòu)3 3、考慮軸上零件的定位和裝拆要求，確定

8、各軸段的徑向尺寸、考慮軸上零件的定位和裝拆要求，確定各軸段的徑向尺寸 由外向內(nèi)由外向內(nèi)4 4、考慮軸上零件的定位和裝拆要求，確定各軸段的軸向尺寸、考慮軸上零件的定位和裝拆要求，確定各軸段的軸向尺寸 由內(nèi)向外由內(nèi)向外5 5、精確校核軸的強度、精確校核軸的強度14 8.3 軸的強度計算軸的強度計算一、彎扭合成強度計算一、彎扭合成強度計算1 1、繪出軸的空間受力圖、繪出軸的空間受力圖2 2、外載荷向軸線簡化、外載荷向軸線簡化3 3、空間力系分解為、空間力系分解為: :XYXY（V V面）、面）、XZXZ（H H面）面）力系和扭矩力系力系和扭矩力系4 4、求解、求解XYXY平面力系得支反力和彎矩，平面

9、力系得支反力和彎矩， 并作彎矩圖并作彎矩圖5 5、求解、求解XZXZ平面力系得支反力和彎矩，平面力系得支反力和彎矩， 并作彎矩圖并作彎矩圖6 6、求合成彎矩、求合成彎矩, ,作合成彎矩圖作合成彎矩圖7 7、計算扭矩，作扭矩圖、計算扭矩，作扭矩圖8 8、求當量彎矩、求當量彎矩, ,作當量彎矩圖作當量彎矩圖VMHMT22VHMMM 22)( TMMv 15 中中式式 )( 22TMMv 應力折算系數(shù)應力折算系數(shù)( (將將 ) ) 考慮考慮T T引起的引起的與與M M引起的引起的循環(huán)特性不同，將循環(huán)特性不同，將折算成等效的折算成等效的9 9、校核危險截面強度、校核危險截面強度 131 . 0 bvc

10、adM31 1 . 0 bvMd或或 注：鍵槽削弱軸的強度注：鍵槽削弱軸的強度, ,一個鍵槽一個鍵槽, ,軸徑軸徑d d 加大加大45%,45%, 兩個鍵槽兩個鍵槽, ,軸徑軸徑d d 加大加大710% 710% 3 .011 bb（1 1）軸單向穩(wěn)定運轉(zhuǎn)）軸單向穩(wěn)定運轉(zhuǎn), , 為靜應力為靜應力 （2 2）頻繁啟動或扭矩波動）頻繁啟動或扭矩波動, , 為脈動變應力為脈動變應力 6 .001 bb（3 3）軸頻繁正反轉(zhuǎn)）軸頻繁正反轉(zhuǎn), ,為對稱循環(huán)變應力為對稱循環(huán)變應力 111 bb8.3 軸的強度計算軸的強度計算16 8.3 軸的強度計算軸的強度計算二、按疲勞強度計算安全系數(shù)二、按疲勞強度計算安全系數(shù)考慮應力集中、尺寸因素、表面狀態(tài)對軸疲勞強度的影響考慮應力集中、尺寸因素、表面狀態(tài)對軸疲勞強度的影響 SSSSSSca 22全全系系數(shù)數(shù)彎彎矩矩產(chǎn)產(chǎn)生生正正應應力力作作用用安安 makS1全全系系數(shù)數(shù)扭扭矩矩產(chǎn)產(chǎn)生生剪剪應應力力作作用用安安 makS117 8.3 軸的強度計算軸的強度計算三、按靜強度計算軸的安全系數(shù)三、按靜強度計算軸的安全系數(shù) 對瞬時過載較大的軸，按尖峰載荷計算靜強度對瞬時過載較大的軸，按尖峰載荷計算靜強度 0