第15章軸2015講述

1、 作者： 第第15章章 軸軸15-1 概概 述述15-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15-3 軸的計(jì)算軸的計(jì)算15-4 軸的設(shè)計(jì)實(shí)例軸的設(shè)計(jì)實(shí)例 作者： 研制帶式運(yùn)帶式運(yùn)輸機(jī)輸機(jī)減速器減速器電動機(jī)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸15-1 概概 述述 功用：功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。類類型型轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩。傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：按承受載荷分有： 分類：分類：按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類 作者： 研制功用：功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)

2、械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。類類型型轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩。傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：按承受載荷分有： 分類：分類：按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：傳動軸傳動軸-只傳遞扭矩只傳遞扭矩發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)后橋后橋傳動軸傳動軸一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類15-1 概概 述述 作者： 研制研制功用：功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。類類型型轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有：按承受載荷分有： 分類：分類：按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：傳動軸傳動軸-只傳遞

3、扭矩只傳遞扭矩心軸心軸-只承受彎矩只承受彎矩前輪輪轂前輪輪轂固定心軸固定心軸火車輪軸火車輪軸車廂重力車廂重力 前叉前叉自行車自行車前輪軸前輪軸支撐反力支撐反力轉(zhuǎn)動心軸轉(zhuǎn)動心軸一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類15-1 概概 述述 作者： 功用：功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。類類型型轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有：按承受載荷分有： 分類：分類：傳動軸傳動軸-只傳遞扭矩只傳遞扭矩心軸心軸-只承受彎矩只承受彎矩直軸直軸一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類15-1 概概 述述 光軸光軸

4、階梯軸階梯軸 按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：一般情況下，直軸做成實(shí)心軸，需要減重時(shí)做成空心軸研制 作者： 功用：功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。類類型型轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有：按承受載荷分有： 分類：分類：按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：傳動軸傳動軸-只傳遞扭矩只傳遞扭矩心軸心軸-只承受彎矩只承受彎矩直軸直軸一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類15-1 概概 述述 光軸光軸 階梯軸階梯軸 曲軸曲軸研制研制 作者： 本章只研究直軸功用：功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶

5、輪、用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。類類型型轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有：按承受載荷分有： 分類：分類：按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：傳動軸傳動軸-只傳遞扭矩只傳遞扭矩心軸心軸-只承受彎矩只承受彎矩直軸直軸一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類15-1 概概 述述 光軸光軸 階梯軸階梯軸 曲軸曲軸鋼絲軟軸鋼絲軟軸研制 作者： 設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)任務(wù)：選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作能力計(jì)算。選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作能力計(jì)算。二、軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容二、軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等根據(jù)軸上零

6、件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。 工作能力計(jì)算：工作能力計(jì)算： 軸的承載能力計(jì)算指的軸的承載能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動穩(wěn)是軸的強(qiáng)度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。定性等方面的計(jì)算。 軸的設(shè)計(jì)過程：軸的設(shè)計(jì)過程：N 選擇材料選擇材料 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的承載能力驗(yàn)算軸的承載能力驗(yàn)算驗(yàn)算合格驗(yàn)算合格?結(jié)結(jié) 束束Y 作者： 種種類類碳素鋼：碳素鋼：3535、4545、5050、Q235Q235軸的毛坯軸的毛坯: :一般用圓鋼或鍛件，有時(shí)也用鑄鋼或球墨鑄鐵。圓鋼或鍛件，有時(shí)也用鑄鋼或球墨鑄鐵。三、三、 軸的材

7、料軸的材料 合金鋼合金鋼: 20Cr: 20Cr、20CrMnTi20CrMnTi、40CrNi40CrNi、38CrMoAlA38CrMoAlA等等用途：用途：碳素結(jié)構(gòu)鋼因具有較好的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用較碳素結(jié)構(gòu)鋼因具有較好的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用較多，尤其是多，尤其是4545鋼應(yīng)用最廣鋼應(yīng)用最廣。合金鋼具有較高的力學(xué)性能，。合金鋼具有較高的力學(xué)性能，但價(jià)格較貴，多用于有但價(jià)格較貴，多用于有特殊要求的軸。特殊要求的軸。如用球墨鑄鐵制造曲軸和凸輪軸，具有成本低廉、吸振性較好、對應(yīng)力集中的敏感較低、強(qiáng)度較好等優(yōu)點(diǎn)。為了改善力學(xué)性能正火或調(diào)質(zhì)處理。正火或調(diào)質(zhì)處理。表表15-1 15-1 軸的常用材料及其

8、主要力學(xué)性能軸的常用材料及其主要力學(xué)性能 材料及熱處理材料及熱處理毛坯直徑毛坯直徑mm硬度硬度HBSHBS強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限b b 屈服極限屈服極限s s MPaMPa彎曲疲勞極限彎曲疲勞極限-1-1應(yīng)用說明應(yīng)用說明Q235Q235440440240240200200用于不重要或載荷不大的軸35 35 正火正火520520270270250250有較好的塑性和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，可用于一般曲軸、轉(zhuǎn)軸。100100149149187187 作者： 表表15-1 15-1 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能軸的常用材料及其主要力學(xué)性能材料牌號材料牌號 熱處理熱處理 毛坯直徑毛坯直徑 硬度硬度 mm HBSmm H

9、BS抗拉強(qiáng)抗拉強(qiáng)度極限度極限b b屈服強(qiáng)屈服強(qiáng)度極限度極限s s彎曲疲彎曲疲勞極限勞極限-1-1剪切疲剪切疲勞極限勞極限-1-1許用彎許用彎曲應(yīng)力曲應(yīng)力-1-1 備備 注注應(yīng)用最為廣泛應(yīng)用最為廣泛用于不太重要及受用于不太重要及受載荷不大的軸載荷不大的軸用于載荷較大，而無用于載荷較大，而無大的沖擊的重要軸大的沖擊的重要軸用于很重要的軸用于很重要的軸用于重要軸，性能用于重要軸，性能近于近于40CrNi40CrNi用于要求高耐磨性，用于要求高耐磨性，高強(qiáng)度且熱處理變高強(qiáng)度且熱處理變形很小的軸形很小的軸用于要求強(qiáng)度及韌用于要求強(qiáng)度及韌性均較高的軸性均較高的軸用于腐蝕條件下的軸用于腐蝕條件下的軸用于高、

10、低溫及腐用于高、低溫及腐蝕條件下的軸蝕條件下的軸用于制造復(fù)雜外形用于制造復(fù)雜外形的軸的軸 100 400420 225 100250 375390 215 170 105 40 100 170217 590 295 255 140 100300 162217 570 285 245 135 100300 685 490 335 185 241286 100300 240270 785 570 370 210 100300 217269 685 540 345 195 100160 241277 785 590 375 220 60100 277302 835 685 410 270 200 2

11、17255 640 355 275 155 100 735 540 355 200 100 270300 900 735 430 260 100 229286 735 590 365 210 60 293321 930 785 440 280 淬火淬火 60 5662 640 390 305 160 5560707570756075 100 241 835 635 395 230 100 530 190 115 100200 490 180 110 190270 600 370 215 185 245335 800 480 290 250 45195 192滲碳滲碳 滲碳滲碳回火回火 HRC調(diào)

12、質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)正火正火熱軋或鍛熱軋或鍛后空冷后空冷Q235A4540Cr40CrNi38SiMnMo38CrMoAlAMPa20Cr3Cr13 1Cr18NiTi QT600-3 QT800-2調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)淬火淬火 作者： 研制設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)任務(wù)：使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸。使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸。15-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求： 1.軸應(yīng)便于制造，軸上零件要易于裝拆；軸應(yīng)便于制造，軸上零件要易于裝拆；(制造安裝) 2.軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置；(定位) 3.各零件要牢固而可靠地相對固定；各零件要牢

13、固而可靠地相對固定；(固定) 4.改善應(yīng)力狀況，減小應(yīng)力集中。改善應(yīng)力狀況，減小應(yīng)力集中。軸端擋圈軸端擋圈 帶輪帶輪軸承蓋軸承蓋套筒套筒齒輪齒輪滾動軸承滾動軸承典型典型軸系軸系結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 作者： 一、擬定軸上零件的裝配方案一、擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案：裝配方案：確定軸上零件的裝配方向、順序、和相互確定軸上零件的裝配方向、順序、和相互 關(guān)系。關(guān)系。研制 作者： 研制研制 軸上零件的裝配方案不同，則軸的結(jié)構(gòu)形狀也不相同。軸上零件的裝配方案不同，則軸的結(jié)構(gòu)形狀也不相同。設(shè)計(jì)時(shí)可擬定幾種裝配方案，進(jìn)行分析與選擇。設(shè)計(jì)時(shí)可擬定幾種裝配方案，進(jìn)行分析與選擇。 圖示減速器輸出軸就有兩種裝配方案。圖示減

14、速器輸出軸就有兩種裝配方案。sa B c L a圓錐圓柱齒輪圓錐圓柱齒輪二級減速器二級減速器 作者： 方案二需要一個用于軸向定位的長套筒，多了一方案二需要一個用于軸向定位的長套筒，多了一個零件，加工工藝復(fù)雜，且質(zhì)量較大，故不如方案一個零件，加工工藝復(fù)雜，且質(zhì)量較大，故不如方案一合理合理 。方案一方案一方案二方案二 作者： 研制二、軸上零件的定位二、軸上零件的定位 軸肩軸肩-階梯軸上截面變化之處。階梯軸上截面變化之處。起軸向定位作用。，軸肩套筒套筒軸向定位方法：軸向定位方法：軸肩、套筒、圓螺母、擋圈、軸承端蓋。軸肩、套筒、圓螺母、擋圈、軸承端蓋。軸肩高度：h=(0.070.1)dh=(0.070

15、.1)d軸肩的過度圓角半徑軸肩的過度圓角半徑r r應(yīng)小于與之相配的零件輪轂端部的圓角半徑應(yīng)小于與之相配的零件輪轂端部的圓角半徑R R或倒角尺寸?；虻菇浅叽?。 作者： 齒輪受軸向力時(shí)，向右是通過齒輪受軸向力時(shí)，向右是通過4 4、5 5間的軸肩，并由間的軸肩，并由6 6、7 7間的軸間的軸肩頂在滾動軸承的內(nèi)圈上；向左則通過套筒頂在滾動軸承的內(nèi)肩頂在滾動軸承的內(nèi)圈上；向左則通過套筒頂在滾動軸承的內(nèi)圈上。帶輪的軸向固定是靠圈上。帶輪的軸向固定是靠1 1、2 2間的軸肩和軸端當(dāng)圈。間的軸肩和軸端當(dāng)圈。雙向固定雙向固定軸承端蓋通常用作整個軸的軸向固定軸承端蓋通常用作整個軸的軸向固定研制 作者： 研制研制研

16、制研制研制無法采用套筒或套筒太長時(shí)，可采用無法采用套筒或套筒太長時(shí)，可采用雙圓螺母雙圓螺母加以固定。加以固定。軸肩的尺寸要求軸肩的尺寸要求:r C1 或或 r 200 mm mm。 作者： 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 對于瞬時(shí)過載很大，或應(yīng)力循環(huán)的不對稱性較為嚴(yán)重對于瞬時(shí)過載很大，或應(yīng)力循環(huán)的不對稱性較為嚴(yán)重的軸，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行靜強(qiáng)度條件校核。軸的靜強(qiáng)度條件為：的軸，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行靜強(qiáng)度條件校核。軸的靜強(qiáng)度條件為： sSSSSScaSSSSSS22SS=1.21.4-高塑性材料的鋼軸高塑性材料的鋼軸(S /B 0.6)； SS=1.41.8-中等塑性材料的鋼軸中等塑性材料的鋼軸(S /

17、B =0.60.8)； SS=1.82.0-低塑性材料的鋼軸；低塑性材料的鋼軸； SS=2.02.3-鑄造軸鑄造軸; ; Ss-按屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)的安全系數(shù)；按屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)的安全系數(shù)； SSca-危險(xiǎn)截面靜強(qiáng)度的計(jì)算的安全系數(shù)；危險(xiǎn)截面靜強(qiáng)度的計(jì)算的安全系數(shù)； 其中：其中： SS -同時(shí)考慮彎矩和軸向力時(shí)的安全系數(shù)；同時(shí)考慮彎矩和軸向力時(shí)的安全系數(shù)； 作者： SS -只考慮扭矩時(shí)的安全系數(shù)：只考慮扭矩時(shí)的安全系數(shù)：WTSSS/maxMmax -軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大彎矩；軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大彎矩； Tmax -軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大扭矩軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大扭矩, N.mm, N.mm；

18、 Famx -軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大軸向力軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大軸向力, N, N； A -軸的危險(xiǎn)截面的面積，軸的危險(xiǎn)截面的面積， mmmm2 2； W -軸的危險(xiǎn)截面的抗彎截面系數(shù)，軸的危險(xiǎn)截面的抗彎截面系數(shù)， mmmm3 3； W-軸的危險(xiǎn)截面的抗扭截面系數(shù)，軸的危險(xiǎn)截面的抗扭截面系數(shù)， mmmm3 3。 s -材料材料的抗彎屈服極限；的抗彎屈服極限； s -材料材料的抗扭屈服極限；的抗扭屈服極限； AFaWMSSSmaxmax 作者： 研制研制lFFF”12彎矩彎矩 彎曲變形彎曲變形扭矩扭矩 扭轉(zhuǎn)變形扭轉(zhuǎn)變形若剛度不夠?qū)е螺S的變形過大，就會影響其正常工作。變形量的描述：變形量的描述

19、：撓度撓度 y、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)角 、扭角、扭角 設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求： y y 1）彎曲變形計(jì)算）彎曲變形計(jì)算方法有：方法有：1.按微分方程求解按微分方程求解2.變形能法變形能法適用于等直徑軸。適用于等直徑軸。適用于階梯軸。適用于階梯軸。復(fù)習(xí)材料力學(xué)相關(guān)內(nèi)容。y三、三、 軸的剛度校核計(jì)算軸的剛度校核計(jì)算 TTl 作者： 研制表表15-4 軸的許用變形量軸的許用變形量變形種類變形種類許用值許用值適用場合適用場合變形種類變形種類許用值許用值適用場合適用場合(0.00030.0005)l一般用途的軸一般用途的軸0.0002l剛度要求較高剛度要求較高感應(yīng)電機(jī)軸感應(yīng)電機(jī)軸( (0.010.05)mn安裝齒輪的軸

20、安裝齒輪的軸0.01 ( (0.020.05) m安裝蝸輪的軸安裝蝸輪的軸滾動軸承滾動軸承0.05向心球軸承向心球軸承調(diào)心球軸承調(diào)心球軸承圓柱滾子軸承圓柱滾子軸承圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承0.0010.002齒輪處軸截面齒輪處軸截面0.51一般傳動一般傳動0.20.5較精密傳動較精密傳動重要傳動重要傳動撓度撓度mm轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角rad每米長每米長的扭角的扭角( )/ml 支撐間的跨矩支撐間的跨矩 0.25 0.0016 電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子 間的間隙間的間隙 mn 齒輪的模數(shù)齒輪的模數(shù) m 蝸輪的模數(shù)蝸輪的模數(shù) 0.0010.050.0025 作者： 2）扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算）扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算raddGTlGITlp432radIlTGnipiii11等直徑軸的扭轉(zhuǎn)角：等直徑軸的扭轉(zhuǎn)角：階梯軸的扭轉(zhuǎn)角：階梯軸的扭轉(zhuǎn)角：其中：其中：T-轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)矩； Ip-軸截面的極慣性矩軸截面的極慣性矩 l -軸受轉(zhuǎn)矩作用的長度；軸受轉(zhuǎn)矩作用的長度；d -軸徑；軸徑；G-材料的切變模量；材料的切變模量；