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1、13.1 概述13.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計13.3 軸的強度計算13.4 軸的材料及選擇13.5 軸的設(shè)計13.6 軸轂聯(lián)接第13章 軸和軸轂聯(lián)接13.1 概述軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運動和動力。 按照承受載荷的不同,軸可分為: 除了剛性軸外,還有鋼絲軟軸,可以把回轉(zhuǎn)運動靈活地傳到不開敞地空間位置。 轉(zhuǎn)軸同時承受彎矩和扭矩的軸,如減速器的軸。 心軸只承受彎矩的軸,如火車車輪軸。 傳動軸只承受扭矩的軸,如汽車的傳動軸。直軸根據(jù)外形的不同,可分為光軸和階梯軸。按照軸線形狀的不同,軸可分為曲軸和直軸兩大類。軸一般是實心軸,有特殊要求時也可制成空心軸,如航空發(fā)動機的主軸。 13.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸上

2、各段的名稱軸端軸頭軸頸軸頭 軸通常由軸頭、軸頸、軸肩、軸環(huán)、軸端及不裝任何零件的軸段等部分組成。軸的結(jié)構(gòu)和形狀取決于:軸的毛坯種類軸上作用力的大小及分布情況軸上零件的位置、配合性質(zhì)以及聯(lián)結(jié)固定的方法軸承的類型、尺寸和位置軸的加工方法、裝配方法以及其他特殊要求軸身13.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計13.2.1 軸的強度、剛度 軸的強度與工作應(yīng)力的大小和性質(zhì)有關(guān)。因此在選擇軸的結(jié)構(gòu)和形狀時應(yīng)注意以下幾個方面:使軸的形狀接近于等強度條件,以充分利用材料的承載能力。13.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計盡量避免各軸段剖面突然改變以降低局部應(yīng)力集中,提高軸的疲勞強度。 rba)減載槽b)中間環(huán)r30c)凹切圓角13.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)

3、計改變軸上零件的布置,有時可以減小軸上的載荷。 輸入T1+T2T1T2T1T2輸入改進軸上零件的結(jié)構(gòu)也可以減小軸上的載荷。 13.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖13.12 卷筒的輪轂結(jié)構(gòu)MmaxMmax13.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計13.2.2 零件在軸上的固定周向固定 為了傳遞運動和轉(zhuǎn)矩,防止軸上零件與軸作相對轉(zhuǎn)動,軸上零件的周向固定必須可靠。常用的周向固定方法有鍵、花鍵、銷和過盈配合等聯(lián)接。 13.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸向固定 零件在軸上的軸向定位要準(zhǔn)確而可靠,以使其安裝位置確定,能承受軸向力而不產(chǎn)生軸向位移 軸肩由定位面和內(nèi)圓角組成bDhrRdDhCrd13.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計用軸肩或軸環(huán)固定零件時,常需采用其他

4、附件來防止零件向另一方向移動。13.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)軸向力不大而軸上零件間的距離較大時,可采用彈性擋圈固定。13.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)軸向力很小,轉(zhuǎn)速很低或僅為防止零件偶然沿軸向滑動時,可采用緊定螺釘固定。13.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計13.2.3 軸的加工和裝配工藝性軸的形狀要力求簡單,階梯軸的級數(shù)應(yīng)盡可能少,軸上各段的鍵槽、圓角半徑、倒角、中心孔等尺寸應(yīng)盡可能統(tǒng)一,以利于加工和檢驗 軸上需磨削的軸段應(yīng)設(shè)計出砂輪越程槽,需車制螺紋的軸段應(yīng)有退刀槽當(dāng)軸上有多處鍵槽時,應(yīng)使各鍵槽位于軸的同一母線上 為使軸便于裝配,軸端應(yīng)有倒角 對于階梯軸常設(shè)計成兩端小中間大的形狀,以便于零件從兩端裝拆 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)使

5、各零件在裝配時盡量不接觸其他零件的配合表面,軸肩高度不能妨礙零件的拆卸 軸承的拆卸13.3 軸的強度計算13.3.1 軸的扭轉(zhuǎn)強度計算這種方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的軸的強度計算。在作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時,通常用這種方法初步估算軸徑。實心軸的直徑為: 33 2 . 01055. 9 2 . 063nPCnPTdT 2 . 01055. 936NdPWTT軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為為了減少鍵槽對軸的削弱,可按以下方式修正軸徑有一個鍵槽有兩個鍵槽軸徑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%13.3 軸的強度計算13.3.2 軸的彎扭合成強度計算危險截面

6、需要強度校核建立力學(xué)模型具體計算步驟 完成軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計后,作用在軸上外載荷(轉(zhuǎn)矩和彎矩)的大小、方向、作用點、載荷種類及支點反力等就已確定可按彎扭合成的理論進行軸危險截面的強度校核。 進行強度計算時通常把軸當(dāng)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。支點反力的作用點一般可近似地取在軸承寬度的中點上。13.3 軸的強度計算計算步驟(1)畫出軸的空間力系圖。將軸上作用力分解為水平面分力和垂直面 分力,并求出水平面和垂直面的支點反力。(2)分別作出水平面的彎矩圖和垂直面上的彎矩圖(3)計算出合成彎矩 繪出合成彎矩圖22VhMMM(4)作出轉(zhuǎn)矩(T)圖(5)計

7、算當(dāng)量彎矩 ,繪出當(dāng)量彎矩圖22aTMMe(6)校核危險截面的強度。1 . 0)(1322beedTMWM13.3 軸的強度計算13.3.3 軸的強度計算軸的計算51. 軸的彎曲剛度校核計算 軸的彎曲剛度條件為 撓 度 yy 偏轉(zhuǎn)角 2軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計算 軸的扭轉(zhuǎn)剛度以扭轉(zhuǎn)角來度量。軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為 y和分別為軸的許用撓度及許用偏轉(zhuǎn)角。 軸的彎曲剛度以撓度y和偏轉(zhuǎn)角來度量。對于光軸,可直接用材料力學(xué)中的公式計算其撓度或偏轉(zhuǎn)角。對于階梯軸,可將其轉(zhuǎn)化為當(dāng)量直徑的光軸后計算其撓度或偏轉(zhuǎn)角。 13.4 軸的材料及選擇碳鋼比合金鋼價廉,對應(yīng)力集中的敏感性比較低,適用于一般要求的軸。合金鋼比碳鋼有更

8、高的力學(xué)性能和更好的淬火性能,在傳遞大功率并要求減小尺寸和質(zhì)量、要求高的耐磨性,以及處于高溫、低溫和腐蝕條件下的軸常采用合金鋼。在一般工作溫度下(低于200),各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多,因此相同尺寸的碳鋼和合金鋼軸的剛度相差不多。軸的概述3軸的材料主要是碳鋼和合金鋼,鋼軸的毛坯多數(shù)用圓鋼或鍛件,各種熱處理和表面強化處理可以顯著提高軸的抗疲勞強度。軸的常用材料及其部分機械性能(見下頁) 高強度鑄鐵和球墨鑄鐵可用于制造外形復(fù)雜的軸,且具有價廉、良好的吸振性和耐磨性,以及對應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點,但是質(zhì)較脆。13.4 軸的材料及選擇13.5 軸的設(shè)計類比法設(shè)計計算法根據(jù)軸的工作條件,

9、選擇與其相似的軸進行類比及結(jié)構(gòu)設(shè)計,畫出軸的零件圖。根據(jù)軸的工作條件選擇材料,確定許用應(yīng)力。按扭轉(zhuǎn)強度估算出軸的最小直徑。設(shè)計軸的結(jié)構(gòu),繪制出軸的結(jié)構(gòu)草圖。包括根據(jù)工作要求確定軸上零件的位置和固定方式;確定各軸段的直徑;確定各軸段的長度根據(jù)有關(guān)設(shè)計手冊確定軸的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié),如圓角、倒角等尺寸按彎扭合成進行軸的強度校核。修改軸的結(jié)構(gòu)后再進行校核計算。繪制軸的零件圖13.6 軸轂聯(lián)接常用的軸轂聯(lián)接有鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接等。13.6.1 鍵聯(lián)接 軸轂聯(lián)接主要是用來實現(xiàn)軸和輪轂之間的周向固定并用來傳遞運動和扭矩鍵聯(lián)接1 平鍵的兩側(cè)面是工作面,上表面與輪轂上的鍵槽底部之間留有間隙,鍵的上、下表面為非工作面。工作

10、時靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞扭矩,故定心性較好。 普通平鍵應(yīng)用極為廣泛。軸上鍵槽可用指狀銑刀或盤狀銑刀加工,輪轂上的鍵槽可用插削或拉削。1平鍵聯(lián)接普通平鍵導(dǎo)向平鍵和滑鍵根據(jù)用途,平鍵又可分為13.6 軸轂聯(lián)接普通平鍵普通平鍵按端部形狀的不同可分為圓頭(A型)、方頭(B型)、半圓頭(C型)三種,具體結(jié)構(gòu)如下圖:點擊查看三維圖A型C型B型13.6 軸轂聯(lián)接導(dǎo)向平鍵和滑鍵導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動聯(lián)接。當(dāng)輪轂需要在軸上沿軸向移動時可采用這種鍵聯(lián)接。當(dāng)被聯(lián)接零件滑移距離較大時,宜采用滑鍵。導(dǎo)向平鍵滑 鍵點擊查看三維圖13.6 軸轂聯(lián)接n平鍵的尺寸13.6 軸轂聯(lián)接平鍵的失效 平鍵聯(lián)接工作時的主要失效形式為組

11、成聯(lián)接的鍵、軸和輪轂中強度較弱材料表面的壓潰,極個別情況下也會出現(xiàn)鍵被剪斷的現(xiàn)象。通常只須按工作面上的擠壓強度進行計算。鍵被剪斷 平鍵聯(lián)接的受力情況如圖所示。假設(shè)載荷沿鍵的長度方向是均布的,平鍵聯(lián)接的擠壓強度條件為13.6 軸轂聯(lián)接 導(dǎo)向平鍵聯(lián)接的主要失效形式為組成鍵聯(lián)接的軸或輪轂工作面部分的磨損,須按工作面上的壓強進行強度計算,強度條件為4jyjydhlT4pdhlTp13.6 軸轂聯(lián)接2半圓鍵聯(lián)接 鍵呈半圓形,其側(cè)面為工作面,鍵能在軸上的鍵槽中繞其圓心擺動, 以適應(yīng)輪轂上鍵槽的斜度,安裝方便。常用與錐形軸端與輪轂的聯(lián)接。3.楔鍵聯(lián)接13.6 軸轂聯(lián)接楔鍵的上、下表面為工作面,兩側(cè)面為非工作面。鍵的上表面與鍵槽底面均有1:100 的斜度。工作時,鍵的上下兩工作面分別與輪轂和軸的鍵槽工作面壓緊,靠其摩擦力和擠壓傳遞扭矩。普通楔鍵勾頭楔鍵觀看楔鍵的安裝4切向鍵由兩個斜度為

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