軸-機(jī)械設(shè)計-課件-15

1、15-1 15-1 軸的分類及用途軸的分類及用途 軸是組成機(jī)器的主要零件之一。它用來支承作軸是組成機(jī)器的主要零件之一。它用來支承作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的零件，以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動并傳遞動力。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的零件，以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動并傳遞動力。（一）軸的分類（一）軸的分類按照軸線形狀分：直軸、曲軸。按照軸線形狀分：直軸、曲軸。直軸按所受載荷性質(zhì)分：直軸按所受載荷性質(zhì)分： 心軸：只承受彎矩，不承受扭矩。心軸：只承受彎矩，不承受扭矩。轉(zhuǎn)：大車軸。轉(zhuǎn)：大車軸。不轉(zhuǎn)：大車軸，自行車軸。不轉(zhuǎn)：大車軸，自行車軸。 傳動軸：主要承受扭矩。傳動軸：主要承受扭矩。汽車傳動軸汽車傳動軸橋式起重機(jī)，大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動軸。橋式起重機(jī)，大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳

2、動軸。 轉(zhuǎn)軸：既承受彎矩又承受扭矩。轉(zhuǎn)軸：既承受彎矩又承受扭矩。除上述兩種之外的絕大多數(shù)軸。除上述兩種之外的絕大多數(shù)軸。其他分類方法：其他分類方法：光軸光軸階梯軸階梯軸剛性軸剛性軸鋼絲軟軸軸鋼絲軟軸軸實(shí)心軸實(shí)心軸空心軸空心軸（二）轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)：三部分（二）轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)：三部分軸頭：裝傳動零件的軸段軸頭：裝傳動零件的軸段 （帶輪、鏈輪、齒輪、蝸輪）（帶輪、鏈輪、齒輪、蝸輪）軸頸：裝軸承的軸段軸頸：裝軸承的軸段軸身：連接軸頭和軸頸的軸段軸身：連接軸頭和軸頸的軸段（三）軸的設(shè)計內(nèi)容（三）軸的設(shè)計內(nèi)容 確定軸的材料確定軸的材料 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （合理確定軸各部分的形狀和尺寸）（合理確定軸各部分的

3、形狀和尺寸） 軸的計算：強(qiáng)度計算、剛度計算、振動軸的計算：強(qiáng)度計算、剛度計算、振動穩(wěn)定性計算（對于高速軸）穩(wěn)定性計算（對于高速軸）15-2 15-2 軸的材料軸的材料 軸的材料：主要是碳鋼和合金鋼軸的材料：主要是碳鋼和合金鋼軸的毛坯：軋制圓鋼：軸的毛坯：軋制圓鋼：d100mmd100mmd100mm1.1.一般應(yīng)用一般應(yīng)用:45:45鋼鋼(35(35、5050代用代用) )，調(diào)質(zhì)正火，調(diào)質(zhì)正火2.2.傳遞大動力，要求減少尺寸及重量，提高傳遞大動力，要求減少尺寸及重量，提高 強(qiáng)度、耐磨性時：強(qiáng)度、耐磨性時：40Cr 40CrNi 40MnB40Cr 40CrNi 40MnB 等，調(diào)質(zhì)或軸頸表面淬

4、火。等，調(diào)質(zhì)或軸頸表面淬火。3.3.高速、沖擊載荷時，應(yīng)提高軸的抗疲勞強(qiáng)度高速、沖擊載荷時，應(yīng)提高軸的抗疲勞強(qiáng)度 20Cr 20CrMnTi 20Cr20Cr 20CrMnTi 20Cr2 2NiNi4 4A A等，表面處理等，表面處理 （滲碳淬火、氧化、氮化），表面強(qiáng)化處理（滲碳淬火、氧化、氮化），表面強(qiáng)化處理 （噴丸、滾壓）。（噴丸、滾壓）。4.4.形狀復(fù)雜的軸（曲軸、齒輪軸、空心軸）：形狀復(fù)雜的軸（曲軸、齒輪軸、空心軸）： 球墨鑄鐵、合金鑄鐵。球墨鑄鐵、合金鑄鐵。15-3 15-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計a ,ca ,c為為1010 15mm15mms s為：脂為：脂3 3 5 5 ；

5、油；油10 10 1515l l：根據(jù)零件拆裝的要求確定。：根據(jù)零件拆裝的要求確定。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：確定軸的合理外形和全部確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。結(jié)構(gòu)尺寸。 結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足：結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件要軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的位置；軸上零件應(yīng)便于拆裝，調(diào)整；有準(zhǔn)確的位置；軸上零件應(yīng)便于拆裝，調(diào)整；軸具有良好的制造工藝性。軸具有良好的制造工藝性。 已知條件：已知條件：裝配簡圖、軸的轉(zhuǎn)速、傳遞裝配簡圖、軸的轉(zhuǎn)速、傳遞的功率、傳動零件的主要尺寸。的功率、傳動零件的主要尺寸。 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法：結(jié)構(gòu)設(shè)計方法：以圓錐以圓錐圓柱齒輪減圓柱齒輪減速器的輸出軸為例。速器的輸出軸為

6、例。（一）擬定軸上零件的裝配方案（一）擬定軸上零件的裝配方案 不同的裝配方案可以得出不同的軸的結(jié)不同的裝配方案可以得出不同的軸的結(jié)構(gòu)形式。應(yīng)擬定幾種不同的裝配方案，進(jìn)行構(gòu)形式。應(yīng)擬定幾種不同的裝配方案，進(jìn)行分析對比與選擇。分析對比與選擇。（二）確定軸的基本直徑和各段長度（二）確定軸的基本直徑和各段長度1.1.最小直徑的確定最小直徑的確定首先按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步估算軸的直徑首先按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步估算軸的直徑30minnPAd A A0 0值查表確定值查表確定2.2.各段直徑的確定各段直徑的確定首先考慮軸上零件的裝拆，按照軸頸、首先考慮軸上零件的裝拆，按照軸頸、軸頭的要求確定。軸頭的要求確定。3.3.各段長

7、度的確定各段長度的確定根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸而定。根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸而定。（三）軸上各零件的軸向定位（三）軸上各零件的軸向定位聯(lián)軸器處：軸端擋圈（聯(lián)軸器處：軸端擋圈（GB891GB89176 76 GB892 GB8927676）軸肩：定位軸肩：軸肩：定位軸肩： 軸肩高度軸肩高度h h為（為（2 2 3 3）C C1 1非定位軸肩：非定位軸肩：一般取一般取h h為為1.5 1.5 2mm 2mm軸承處：軸承端蓋（透蓋、悶蓋）：軸承處：軸承端蓋（透蓋、悶蓋）： 也作為整個軸的軸向定位用。也作為整個軸的軸向定位用。軸肩：為便于滾動軸承的裝拆，軸肩：為便于滾動軸承的裝拆， 軸

8、肩高度軸肩高度 軸內(nèi)圈高度。軸內(nèi)圈高度。套筒：與軸配合較松。套筒：與軸配合較松。齒輪處：套筒齒輪處：套筒 軸環(huán)：尺寸與軸肩相同。軸環(huán)：尺寸與軸肩相同。其他方法：圓螺母其他方法：圓螺母+ +止動墊圈；止動墊圈； 彈性擋圈（彈性擋圈（GB894GB8947676）；）； 螺釘縮緊擋圈（螺釘縮緊擋圈（GB884GB8847676）；）； 緊定螺釘。緊定螺釘。軸頭軸頭比輪轂長度短比輪轂長度短2mm2mm，保證零件軸向固定。，保證零件軸向固定。軸頸軸頸與軸承內(nèi)徑及寬度一致。與軸承內(nèi)徑及寬度一致。軸身軸身考慮結(jié)構(gòu)尺寸，由草圖確定之?？紤]結(jié)構(gòu)尺寸，由草圖確定之。（四）軸上零件的周向定位。（四）軸上零件的周向

9、定位。常用方法：鍵、花鍵、過盈配合、緊定螺釘。常用方法：鍵、花鍵、過盈配合、緊定螺釘。（五）軸的結(jié)構(gòu)工藝性（五）軸的結(jié)構(gòu)工藝性1.1.圓角減少應(yīng)力集中圓角減少應(yīng)力集中要求：要求：rRr200mmd200mm時；時；當(dāng)校核不滿足要求時，應(yīng)提高疲勞強(qiáng)度，措當(dāng)校核不滿足要求時，應(yīng)提高疲勞強(qiáng)度，措施如下：施如下：1 1）結(jié)構(gòu)設(shè)計上降低應(yīng)力集中的影響。加大圓）結(jié)構(gòu)設(shè)計上降低應(yīng)力集中的影響。加大圓角角r r；放松配合；開卸載槽。；放松配合；開卸載槽。2 2）提高表面加工質(zhì)量，進(jìn)行表面強(qiáng)化處理。）提高表面加工質(zhì)量，進(jìn)行表面強(qiáng)化處理。提高光潔度；表面淬火，氮化，氰化處理；提高光潔度；表面淬火，氮化，氰化處理；

10、表面噴丸，滾壓加工等。表面噴丸，滾壓加工等。3 3）改用高強(qiáng)度材料或加大軸的剖面尺寸。）改用高強(qiáng)度材料或加大軸的剖面尺寸。4.4.按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核適用于：瞬時過載大，校核抗塑性變形的能力。適用于：瞬時過載大，校核抗塑性變形的能力。強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：sssssScaSSSSSS 22 AFWMSasSmaxmax TsSWTSmax 設(shè)計安全系數(shù)：設(shè)計安全系數(shù)：S Ss s= 1.2= 1.2 1.41.4，用于高塑性材料，用于高塑性材料 （ S S/ / B B0.60.6）的軸。）的軸。S Ss s = 1.4= 1.4 1.81.8，用于中等塑性材料，用于中等塑性

11、材料 （ S S/ / B B=0.6 =0.6 0.8 0.8）的軸。）的軸。S Ss s = 1.8= 1.8 2 2，用于低塑性材料的鋼軸。，用于低塑性材料的鋼軸。S Ss s = 2= 2 3 3，用于鑄造軸。，用于鑄造軸。W W、W WT T查表查表（二）軸的剛度校核計算（二）軸的剛度校核計算 對于有剛度要求的軸（如內(nèi)燃機(jī)的齒輪軸，對于有剛度要求的軸（如內(nèi)燃機(jī)的齒輪軸，過大的扭轉(zhuǎn)變形會影響氣門的啟閉時間），必過大的扭轉(zhuǎn)變形會影響氣門的啟閉時間），必須進(jìn)行軸的剛度計算。須進(jìn)行軸的剛度計算。 軸的剛度計算：計算出軸受載時的變形量，軸的剛度計算：計算出軸受載時的變形量，并控制其不大于允許值

12、。并控制其不大于允許值。1.1.軸的彎曲剛度校核計算軸的彎曲剛度校核計算計算軸的彎曲變形：利用材料力學(xué)所講過的計算軸的彎曲變形：利用材料力學(xué)所講過的公式：公式：撓度：撓度：yyyy 偏轉(zhuǎn)角：偏轉(zhuǎn)角： yy、 值查表值查表 2.2.軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計算軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計算利用材料力學(xué)公式，計算出軸每米長的扭轉(zhuǎn)角利用材料力學(xué)公式，計算出軸每米長的扭轉(zhuǎn)角 0 0 軸每米長的扭轉(zhuǎn)角軸每米長的扭轉(zhuǎn)角: : 0 0 0 0 一般傳動，取一般傳動，取 0 0=0.5=0.5 1 1 /m/m精確傳動，取精確傳動，取 0 0=0.25=0.25 0.50.5 /m/m要求不嚴(yán)的軸，取要求不嚴(yán)的軸，取 0 01

13、1 /m/m（三）軸的振動及振動穩(wěn)定性的概念（三）軸的振動及振動穩(wěn)定性的概念1.1.共振：當(dāng)強(qiáng)迫振動的頻率與軸的自振頻共振：當(dāng)強(qiáng)迫振動的頻率與軸的自振頻率重合，產(chǎn)生破壞性共振。率重合，產(chǎn)生破壞性共振。2.2.臨界轉(zhuǎn)速：軸在引起共振時的轉(zhuǎn)速。臨界轉(zhuǎn)速：軸在引起共振時的轉(zhuǎn)速。n nc c剛性軸：當(dāng)軸的工作轉(zhuǎn)速剛性軸：當(dāng)軸的工作轉(zhuǎn)速 n0.85nn0.85nc1c1一階一階 臨界轉(zhuǎn)速。臨界轉(zhuǎn)速。撓性軸：撓性軸：1.15n1.15nc1c1n0.85nn0.85nc2c2剛性軸剛性軸撓性軸撓性軸非工作區(qū)非工作區(qū)A An n0.85n0.85nc1 c1 n nc1 c1 1.15n1.15nc1c1例

14、題：例題：某一化工設(shè)備中的輸送裝置運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工某一化工設(shè)備中的輸送裝置運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作轉(zhuǎn)矩變化很小，以圓錐作轉(zhuǎn)矩變化很小，以圓錐- -圓柱齒輪減速器作為減圓柱齒輪減速器作為減速裝置。試設(shè)計該減速器的輸出軸。減速器的裝速裝置。試設(shè)計該減速器的輸出軸。減速器的裝置簡圖參看圖置簡圖參看圖15-2115-21。輸入軸與電機(jī)相聯(lián)，輸出軸。輸入軸與電機(jī)相聯(lián)，輸出軸與工作機(jī)相聯(lián)，輸出軸為單向旋轉(zhuǎn)（從裝有半聯(lián)與工作機(jī)相聯(lián)，輸出軸為單向旋轉(zhuǎn)（從裝有半聯(lián)軸器的一端看為順時針方向）。已知電動機(jī)功率軸器的一端看為順時針方向）。已知電動機(jī)功率P=10kWP=10kW，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n n1 1=1450r/min=1450r

15、/min，齒輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)列，齒輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)列于下表：于下表：級級別別Z1Z2mn(mm)mt(mm) nha*齒齒寬寬(mm)高高速速級級20753.5大大圓圓錐錐齒齒輪輪輪輪轂轂長長L=50低低速速級級239544.04048 0634”20 1B1=85 B2=80解：解：1.1.求輸出軸上的功率求輸出軸上的功率P P3 3、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速n n3 3和轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩T T3 32.2.求作用在齒輪上的力求作用在齒輪上的力3.3.初步確定軸的最小直徑初步確定軸的最小直徑4.4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1 1）擬定軸上零件的裝配方案）擬定軸上零件的裝配方案2 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑）

16、根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑 和長度和長度3 3）軸上零件的周向定位）軸上零件的周向定位4 4）確定軸上圓角和倒角尺寸）確定軸上圓角和倒角尺寸5.5.求軸上的載荷求軸上的載荷6.6.按彎曲合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度按彎曲合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度7.7.精確校核軸的疲勞強(qiáng)度精確校核軸的疲勞強(qiáng)度1 1）判斷危險截面）判斷危險截面2 2）截面左側(cè)及右側(cè)校核）截面左側(cè)及右側(cè)校核8.8.繪制軸的工作圖繪制軸的工作圖例題：例題：分析齒輪軸系的錯誤并改正之。軸承采用分析齒輪軸系的錯誤并改正之。軸承采用脂潤滑。脂潤滑。解：該齒輪軸系存在以下幾方面錯誤：解：該齒輪軸系存在以下幾方面錯誤：1.1.軸上零件的固定軸上零

17、件的固定1)1)聯(lián)軸器軸向和周向均未固定；聯(lián)軸器軸向和周向均未固定；2)2)齒輪周向均未固定；齒輪周向均未固定；3)3)套筒軸向固定齒輪不可靠；套筒軸向固定齒輪不可靠；2.2.轉(zhuǎn)動件與靜止件的關(guān)系轉(zhuǎn)動件與靜止件的關(guān)系1)1)聯(lián)軸器與軸承蓋接觸；聯(lián)軸器與軸承蓋接觸；2)2)軸與軸承蓋接觸；軸與軸承蓋接觸；3.3.零件的結(jié)構(gòu)工藝性零件的結(jié)構(gòu)工藝性1)1)箱體端面的加工面積過大箱體端面的加工面積過大2)2)軸承蓋無退刀槽；軸承蓋無退刀槽；3)3)軸承蓋外端面的加工面積過大；軸承蓋外端面的加工面積過大；4)4)軸頭伸出過長，增加了加工和裝配長度軸頭伸出過長，增加了加工和裝配長度4.4.裝拆與調(diào)整裝拆與調(diào)整1)1)缺少臺階，軸承裝拆不便；缺少臺階，軸承裝拆不便；2)2)套筒過高，軸承無法裝拆；套筒過高，軸承