哈工大第十一章 軸(new)

1、第十一章軸 帶式運(yùn)輸機(jī) 二級(jí)圓柱齒輪減速器 蝸桿傳動(dòng) 輪 系工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用返返 回回工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用按軸線的形狀分：直軸、曲軸、撓性軸11、1 概概 述述11.1.1、軸的分類、軸的分類直軸曲軸撓性軸n按照承受載荷情況按照承受載荷情況n轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸：工作時(shí)既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸：工作時(shí)既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸稱為轉(zhuǎn)軸。n心軸心軸：用來

2、支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件且只承受彎矩而：用來支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件且只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩的軸稱為心軸。轉(zhuǎn)動(dòng)心軸、固不傳遞轉(zhuǎn)矩的軸稱為心軸。轉(zhuǎn)動(dòng)心軸、固定心軸定心軸n傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸：用來傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩的軸：用來傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩的軸稱為傳動(dòng)軸。稱為傳動(dòng)軸。轉(zhuǎn)軸心軸n轉(zhuǎn)動(dòng)心軸固定心軸傳動(dòng)軸n按軸的外部結(jié)構(gòu)形狀分：按軸的外部結(jié)構(gòu)形狀分：n 光軸、階梯軸。n按軸的截面形狀分：按軸的截面形狀分：n 實(shí)心軸 、空心軸。11.1.2 軸的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)步驟軸的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)步驟n合理的結(jié)構(gòu)和足夠的強(qiáng)度是軸的設(shè)計(jì)必須滿足合理的結(jié)構(gòu)和足夠的強(qiáng)度是軸的設(shè)計(jì)必須滿足的基本要求。的基本要求。n軸的設(shè)計(jì)步驟：軸的設(shè)計(jì)步驟：1）選材）

3、選材2）估算軸的直徑）估算軸的直徑3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4）軸的強(qiáng)度校核）軸的強(qiáng)度校核5）必要時(shí)作剛度和穩(wěn)定性校核）必要時(shí)作剛度和穩(wěn)定性校核11.1.3 11.1.3 軸的材料軸的材料軸的材料主要采用軸的材料主要采用n1碳素鋼碳素鋼:常用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼有常用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼有30、40、45、和、和50鋼，其中鋼，其中45鋼鋼應(yīng)用最多。應(yīng)用最多。優(yōu)質(zhì)碳素鋼具有較高的綜合機(jī)械性能，常用于比較優(yōu)質(zhì)碳素鋼具有較高的綜合機(jī)械性能，常用于比較重要或承載較大的軸。重要或承載較大的軸。n2合金鋼合金鋼:常用的合金鋼有常用的合金鋼有20Cr、40Cr、35SiMn和和35CrMo等等合金鋼具有較高的綜合力學(xué)

4、性能和較好的熱處理性合金鋼具有較高的綜合力學(xué)性能和較好的熱處理性能，常用于重要、承載大而尺寸受限或有較高耐磨能，常用于重要、承載大而尺寸受限或有較高耐磨性、防腐性要求的軸。性、防腐性要求的軸。n3 球墨鑄鐵：適于制造成形軸，它價(jià)廉、強(qiáng)度較高、球墨鑄鐵：適于制造成形軸，它價(jià)廉、強(qiáng)度較高、良好的耐磨性、吸振性和易切性以及對(duì)應(yīng)力集中敏良好的耐磨性、吸振性和易切性以及對(duì)應(yīng)力集中敏感性較低。感性較低。11.2 11.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求是：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求是：n1、滿足使用要求：、滿足使用要求：、周向固定；、周向固定；、軸向固定。、軸向固定。n2、良好的結(jié)構(gòu)工藝性：、

5、良好的結(jié)構(gòu)工藝性：、加工工藝性；、加工工藝性；、裝配工藝性。、裝配工藝性。n3、提高軸的疲勞強(qiáng)度：、提高軸的疲勞強(qiáng)度：、改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)形狀；、改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)形狀；、改善軸的表面狀態(tài)。、改善軸的表面狀態(tài)。以減速器的低速軸減速器的低速軸為例加以說明11.2.1 滿足使用的要求滿足使用的要求為實(shí)現(xiàn)軸的功能，必須保證軸上零件有準(zhǔn)確的工為實(shí)現(xiàn)軸的功能，必須保證軸上零件有準(zhǔn)確的工作位置，要求軸上零件沿周向和軸向固定。作位置，要求軸上零件沿周向和軸向固定。 1 、周向固定、周向固定鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接成形聯(lián)接彈性環(huán)聯(lián)接銷聯(lián)接過盈配合聯(lián)接、軸向固定方法、軸向固定方法11rCaC軸肩圓角半徑倒角軸肩高rRaR軸肩圓角半徑

6、圓角半徑軸肩高（）軸肩（）軸肩(2)、套筒固定、套筒固定(3)、圓螺母固定、圓螺母固定(4)、軸端擋圈、軸端擋圈(5)、彈性擋圈、彈性擋圈(6)、緊定螺釘、緊定螺釘（7）錐面）錐面裝拆方便，可兼裝拆方便，可兼作周向固定。宜用于作周向固定。宜用于高速、沖擊及對(duì)中性高速、沖擊及對(duì)中性要求高的場(chǎng)合。要求高的場(chǎng)合。只用只用于軸端。于軸端。常與軸端擋常與軸端擋圈聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)零圈聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)零件的雙向固定。件的雙向固定。 11.2.2 良好的結(jié)構(gòu)工藝性良好的結(jié)構(gòu)工藝性1、加工工藝性：、加工工藝性：退刀槽、越程槽以及鍵退刀槽、越程槽以及鍵 槽的布置等。槽的布置等。2、裝配工藝性、裝配工藝性、合理的階梯軸

7、直徑；、合理的階梯軸直徑；、軸端導(dǎo)角；、軸端導(dǎo)角；、滿足軸承裝拆要求等。、滿足軸承裝拆要求等。過渡肩環(huán)過渡肩環(huán)軸肩過渡結(jié)構(gòu)軸肩過渡結(jié)構(gòu)內(nèi)凹圓角內(nèi)凹圓角11.2.3 提高軸的疲勞強(qiáng)度提高軸的疲勞強(qiáng)度1 改善軸的結(jié)構(gòu)形狀減小應(yīng)力集中改善軸的結(jié)構(gòu)形狀減小應(yīng)力集中配合軸段上的卸載槽配合軸段上的卸載槽輪轂上的卸載槽輪轂上的卸載槽軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的徑向尺寸確定1.箱體內(nèi)壁位置的確定H=1015mmA=b+2HA應(yīng)圓整應(yīng)圓整軸的軸向尺寸確定2.軸承座端面位置的確定C=+C1+C2+(510)mm-箱體壁厚箱體壁厚C1、C2-螺栓螺栓扳手空間扳手空間B=A+2C3.軸承在軸承座孔中位置的確定 值盡量

8、小值盡量小減小支點(diǎn)距離減小支點(diǎn)距離油潤(rùn)滑時(shí)油潤(rùn)滑時(shí)= (38)mm脂潤(rùn)滑時(shí)脂潤(rùn)滑時(shí)= (1015)mm4.軸的外伸長(zhǎng)度的確定(1)當(dāng)軸端安裝彈性套柱銷聯(lián)軸器時(shí)K值由聯(lián)軸器的型號(hào)確定(2)當(dāng)使用凸緣式軸承蓋時(shí)K值由聯(lián)接 螺栓長(zhǎng)度確定(3)當(dāng)軸承蓋與軸端零件都不需拆卸時(shí),一般取K=5mm8mm減速器低速軸結(jié)構(gòu)圖11.3 11.3 軸的計(jì)算軸的計(jì)算n軸的強(qiáng)度計(jì)算主要有三種方法：軸的強(qiáng)度計(jì)算主要有三種方法：、按許用切應(yīng)力計(jì)算；、按許用切應(yīng)力計(jì)算；、按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算；、按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算；、安全系數(shù)校核計(jì)算。、安全系數(shù)校核計(jì)算。 11.3.1 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算一、按許用切應(yīng)力計(jì)算一、按許用切應(yīng)

9、力計(jì)算適用于只承受轉(zhuǎn)矩的軸的精確計(jì)算，也適用于只承受轉(zhuǎn)矩的軸的精確計(jì)算，也可用于既受彎矩又受扭矩的軸的近似計(jì)算。可用于既受彎矩又受扭矩的軸的近似計(jì)算。對(duì)于只傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的圓截面軸，其強(qiáng)度條件對(duì)于只傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的圓截面軸，其強(qiáng)度條件為：為：MPadnPWTTTT2 . 01055. 936 63339.55 100.2PPdCmmnnn對(duì)于既傳遞轉(zhuǎn)矩又承受彎矩的軸，設(shè)計(jì)對(duì)于既傳遞轉(zhuǎn)矩又承受彎矩的軸，設(shè)計(jì)公式公式nC值見表值見表11.4單鍵增大單鍵增大3%,雙鍵增大雙鍵增大7%二、按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算二、按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算n危險(xiǎn)截面上的當(dāng)量彎矩：危險(xiǎn)截面上的當(dāng)量彎矩：強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：22)( T

10、MMeWeeedMWM1 . 01322;HVMMM22() ;eMMT310.1ebMdmm按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算軸徑的一般步驟如下：按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算軸徑的一般步驟如下：n（1）畫出軸的空間受力簡(jiǎn)圖）畫出軸的空間受力簡(jiǎn)圖n（2）將外載荷分解到水平面和垂直面內(nèi)。）將外載荷分解到水平面和垂直面內(nèi)。n（3）作垂直面彎矩）作垂直面彎矩MV圖和水平面彎矩圖和水平面彎矩MH圖；圖；n（4）作合成彎矩）作合成彎矩M圖，圖，n（5）作轉(zhuǎn)矩）作轉(zhuǎn)矩T圖；圖；n（6）彎矩合成，作當(dāng)量彎矩）彎矩合成，作當(dāng)量彎矩Me圖圖n（7）計(jì)算危險(xiǎn)截面軸徑；）計(jì)算危險(xiǎn)截面軸徑；按許用安全系數(shù)校核軸的疲勞強(qiáng)度按許用安全系數(shù)校核軸的

11、疲勞強(qiáng)度是考慮軸上變應(yīng)力的循環(huán)特性、應(yīng)力集中、考慮軸上變應(yīng)力的循環(huán)特性、應(yīng)力集中、表面質(zhì)量及尺寸因素等對(duì)軸疲勞強(qiáng)度影響表面質(zhì)量及尺寸因素等對(duì)軸疲勞強(qiáng)度影響的精確校核方法的精確校核方法斜齒輪減速器低速軸設(shè)計(jì)斜齒輪減速器低速軸設(shè)計(jì)11.4 11.4 軸轂連接軸轂連接 軸轂連接：軸轂連接： 用來實(shí)現(xiàn)軸、轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩的連接。 常用軸轂連接的類型：常用軸轂連接的類型： 鍵連接鍵連接、花鍵連接花鍵連接、銷連接銷連接、成型連接成型連接和過和過盈連接。盈連接。11.4.1 鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接n11.4 11.4 鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接n鍵主要用來實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件的周鍵主要用來實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩

12、。有些類型的鍵向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩。有些類型的鍵還可實(shí)現(xiàn)軸上零件的周向固定或周還可實(shí)現(xiàn)軸上零件的周向固定或周向移動(dòng)。向移動(dòng)。1.平鍵聯(lián)接平鍵聯(lián)接n平鍵的兩側(cè)是工作面，上表面與輪轂鍵槽底面平鍵的兩側(cè)是工作面，上表面與輪轂鍵槽底面間有間隙間有間隙n常用的平鍵有普通平鍵和導(dǎo)向平鍵常用的平鍵有普通平鍵和導(dǎo)向平鍵。（1 1）普通平鍵）普通平鍵1 1、類型：、類型：A型（圓頭)、B型（方頭）、C型（單圓頭）。2 2、軸上鍵槽加工方法：、軸上鍵槽加工方法：指狀銑刀（A、C型）或盤銑 刀（B型）。3 3、轂上鍵槽加工方法：、轂上鍵槽加工方法：插削或拉削。普通平鍵連接屬于靜連接 普通平鍵連接 （2）導(dǎo)向平鍵連接導(dǎo)向

13、平鍵連接屬于動(dòng)連接 導(dǎo)向平鍵實(shí)例2. 半圓鍵連接特點(diǎn)：特點(diǎn)：鍵的側(cè)面為工作面，鍵的上表面與轂槽底面間有間隙。適于輕載、錐形軸端的連接。3. 3. 楔鍵聯(lián)接楔鍵聯(lián)接特點(diǎn)：特點(diǎn)：楔鍵的上下面分別與轂和軸上的鍵槽的楔鍵的上下面分別與轂和軸上的鍵槽的底面貼合，為工作面，靠摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩。底面貼合，為工作面，靠摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩。楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭楔楔鍵鍵 4 4、平鍵聯(lián)接的尺寸選擇和強(qiáng)度校核、平鍵聯(lián)接的尺寸選擇和強(qiáng)度校核n 鍵的材料及尺寸選擇：鍵的材料及尺寸選擇： 鍵的材料：鍵的材料：抗拉強(qiáng)度不低于600MPa鋼材。 尺寸選擇：尺寸選擇：鍵的截面尺寸 根據(jù)鍵所在軸徑d由 標(biāo)準(zhǔn)中查

14、取。鍵長(zhǎng)L根據(jù)輪轂的寬度確 定，但應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)系列。n 平鍵聯(lián)接的失效形式：平鍵聯(lián)接的失效形式： 工作面的壓潰和鍵的剪斷。n 強(qiáng)度計(jì)算：強(qiáng)度計(jì)算：對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)材料的標(biāo)準(zhǔn)連接，通常只校驗(yàn) 擠壓強(qiáng)度b h 鍵的強(qiáng)度校驗(yàn)24pPFTTkldkldhln 假設(shè)：假設(shè)：鍵的側(cè)面的作用力沿鍵的工作長(zhǎng)度和高 度均勻分布。n 擠壓強(qiáng)度條件為：擠壓強(qiáng)度條件為：11.4.2 花鍵聯(lián)接軸和輪轂周向均布的多個(gè)鍵齒構(gòu)成的聯(lián)接稱為花鍵聯(lián)接。軸和輪轂周向均布的多個(gè)鍵齒構(gòu)成的聯(lián)接稱為花鍵聯(lián)接。比平鍵聯(lián)接具有承載能力高，對(duì)軸削弱程度?。X淺、比平鍵聯(lián)接具有承載能力高，對(duì)軸削弱程度小（齒淺、應(yīng)力集中小），定心好和導(dǎo)向性能好。應(yīng)力集中小

15、），定心好和導(dǎo)向性能好。矩形花鍵聯(lián)接漸開線花鍵11.4.3 銷聯(lián)接銷聯(lián)接11.4.4 成型聯(lián)接成型聯(lián)接柱形面錐形面11.3.2 11.3.2 軸的剛度計(jì)算簡(jiǎn)介軸的剛度計(jì)算簡(jiǎn)介設(shè)計(jì)時(shí)的軸的剛度條件為 yy 撓度偏轉(zhuǎn)角扭 轉(zhuǎn) 角11.3.3 11.3.3 軸的振動(dòng)穩(wěn)定性概念軸的振動(dòng)穩(wěn)定性概念軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)便不穩(wěn)定而發(fā)生顯軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)便不穩(wěn)定而發(fā)生顯著的反復(fù)變形，這種現(xiàn)象叫軸的振動(dòng)。著的反復(fù)變形，這種現(xiàn)象叫軸的振動(dòng)。若軸所受的外力頻率與軸的自振頻率一致時(shí)若軸所受的外力頻率與軸的自振頻率一致時(shí),運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)便不穩(wěn)定而發(fā)生顯著的振動(dòng)便不穩(wěn)定而發(fā)生顯著的振動(dòng),這種現(xiàn)象稱為軸的共這種現(xiàn)

16、象稱為軸的共振。振。crn1)8 . 075. 0(crnn 217 . 04 . 1crcrnnnn產(chǎn)生共振時(shí)軸的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速產(chǎn)生共振時(shí)軸的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速 。n軸的臨界轉(zhuǎn)速可以有許多個(gè)軸的臨界轉(zhuǎn)速可以有許多個(gè),一階、二階、三一階、二階、三階階n剛性軸剛性軸:工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速的軸。工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速的軸。撓性軸撓性軸:超過一階臨界轉(zhuǎn)速的軸。超過一階臨界轉(zhuǎn)速的軸。軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)圖中有一處錯(cuò)誤，圖中有一處錯(cuò)誤，請(qǐng)改正。請(qǐng)改正。錯(cuò)誤原因錯(cuò)誤原因r c 使得軸上零件使得軸上零件與軸肩的配合不夠與軸肩的配合不夠緊密。緊密。軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)圖中有四處錯(cuò)誤，圖中有四處錯(cuò)誤，請(qǐng)改正。請(qǐng)改正。錯(cuò)誤原因錯(cuò)誤原因1.軸肩太高，滾動(dòng)軸肩太高，滾動(dòng)軸承無法拆卸。軸承無法拆卸。2.軸上未留退刀槽軸上未留退刀槽，不便于螺紋加工。，不便于螺紋加工。3.圓螺母無法裝入。圓螺母無法裝入。軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)圖中有三處錯(cuò)誤，圖中有三處錯(cuò)誤，請(qǐng)改正。請(qǐng)改正。錯(cuò)誤原因錯(cuò)誤原因3.滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸的配合滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸的配合為過盈配合，無需鍵聯(lián)接。為過盈配合，無需鍵聯(lián)接。1.輪轂