哈爾濱工程大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)課件9軸

1、第九章第九章 軸軸2 目錄9.1 9.1 概述概述9.2 9.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9.3 9.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算 3 9.1 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(dòng)軸：只受扭矩傳動(dòng)軸：只受扭矩T T1 1、按承載分、按承載分4 9.1 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軸軸直直軸軸)(5 9.1 概述概述 （Introduction） 二、二、

2、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 40Cr40Cr，35SiMn 35SiMn 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) 表面淬火表面淬火注：注：高強(qiáng)材料對(duì)應(yīng)力集中敏感高強(qiáng)材料對(duì)應(yīng)力集中敏感 軸的剛度不足時(shí)，應(yīng)加大軸的截面，減小跨距軸的剛度不足時(shí)，應(yīng)加大軸的截面，減小跨距 三、軸設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則三、軸設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則軸上零件裝拆方便軸上零件定位可靠加工工 藝性好1 1、 具有足夠的強(qiáng)度和剛度，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，

3、 使用中不發(fā)生斷裂和過(guò)大的彈性變形使用中不發(fā)生斷裂和過(guò)大的彈性變形2 2、 結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)合理 6 9.2 9.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、一、軸的各部分名稱軸的各部分名稱7 9.2 9.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求二、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求1 1、軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置、軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置2 2、軸上零件要便于裝拆、調(diào)整、軸上零件要便于裝拆、調(diào)整3 3、軸應(yīng)有良好的制造工藝、軸應(yīng)有良好的制造工藝4 4、盡量減少應(yīng)力集中、盡量減少應(yīng)力集中, , 改善軸的受力情況改善軸的受力情況8 9.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三三 、軸上零件的軸向定位、軸上零件的軸向

4、定位1 1、軸肩或軸環(huán)、軸肩或軸環(huán)非定位軸肩（非定位軸肩（h=1.5h=1.52mm),2mm),定位軸肩定位軸肩 (h=0.07d+3(h=0.07d+30.1d+5mm)0.1d+5mm)rR ,rCrR ,rC1 1與標(biāo)準(zhǔn)件配合的軸段與標(biāo)準(zhǔn)件配合的軸段 d,h,rd,h,r參考標(biāo)準(zhǔn)件確定參考標(biāo)準(zhǔn)件確定9 9.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2 2、軸套、軸套( (活動(dòng)的軸肩或軸環(huán)活動(dòng)的軸肩或軸環(huán)) )軸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(zhǎng)輪轂長(zhǎng)- -軸段長(zhǎng)軸段長(zhǎng)=2=23mm3mm軸套與軸為過(guò)渡配合軸套與軸為過(guò)渡配合10 9.2

5、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3 3、其他軸向定位方法、其他軸向定位方法緊定螺釘緊定螺釘彈性擋圈彈性擋圈軸端擋圈軸端擋圈圓圓 螺螺 母母緊定螺釘緊定螺釘彈性擋圈彈性擋圈圓圓 螺螺 母母軸端擋板軸端擋板11 9.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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四、軸上零件的周向定位四、軸上零件的周向定位-鍵鍵, ,花鍵花鍵, ,銷，銷，緊定螺釘及過(guò)盈配合緊定螺釘及過(guò)盈配合五、軸的結(jié)構(gòu)工藝性五、軸的結(jié)構(gòu)工藝性1 1、減少應(yīng)力集中、減少應(yīng)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(yīng)力集中

6、的常用結(jié)構(gòu)形式減少應(yīng)力集中的常用結(jié)構(gòu)形式12 9.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2 2、加工方便、加工方便軸的形狀力求簡(jiǎn)單軸的形狀力求簡(jiǎn)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13 9.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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=1.5 h=1.5 2mm2mm零件間留必要的軸向間隙零件間留必要的軸向間隙滾動(dòng)軸承定位軸肩低于軸承內(nèi)圈厚度滾動(dòng)軸承定位軸肩低于軸承內(nèi)圈厚度 14 9.2 軸的結(jié)構(gòu)

7、設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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)15 9.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)六、軸的設(shè)計(jì)步驟六、軸的設(shè)計(jì)步驟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)16 9.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4 4、考慮軸上零件的定位和裝拆要求，確定各軸段的徑向尺寸、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)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(shè)計(jì)式設(shè)計(jì)式: : C C =110=110160,160,材質(zhì)好、彎矩小、載荷平穩(wěn)取小值材質(zhì)

8、好、彎矩小、載荷平穩(wěn)取小值2 . 01055. 936TdnPWTt t = = =t t336 2010559nPCnPd= = .t t3 3、與標(biāo)準(zhǔn)件配合的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑、與標(biāo)準(zhǔn)件配合的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑17 9.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5 5、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6 6、精確校核軸的強(qiáng)度、精確校核軸的強(qiáng)度各軸段長(zhǎng)度與其上相配合零件的寬度相對(duì)應(yīng)各軸段長(zhǎng)度與其上相配合零件的寬度相對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)零件與靜止零件之間必須有一定的間隙轉(zhuǎn)動(dòng)零件與靜止零件之間必須有一定的間隙由內(nèi)向外確定各

9、段長(zhǎng)度由內(nèi)向外確定各段長(zhǎng)度18 9.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)討論：下面軸系的結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤？討論：下面軸系的結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤？四處錯(cuò)誤四處錯(cuò)誤正確答案正確答案19 9.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分組討論：結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤分組討論：結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤 無(wú)定位軸肩無(wú)定位軸肩 端蓋無(wú)密封端蓋無(wú)密封 鍵槽太長(zhǎng)鍵槽太長(zhǎng)無(wú)非定位軸肩無(wú)非定位軸肩套筒太高套筒太高 軸承沒定位軸承沒定位 軸向定位不確定軸向定位不確定 軸承用錯(cuò)或裝錯(cuò)軸承用錯(cuò)或裝錯(cuò) 無(wú)調(diào)整墊片無(wú)調(diào)整墊片 端蓋端面無(wú)凹坑加工量大端蓋端面無(wú)凹坑加工量大20 9.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算一、一、 心軸心軸只受彎矩只受彎矩按彎曲強(qiáng)度計(jì)算按彎曲強(qiáng)度計(jì)算設(shè)設(shè): :不變不變 不變不

10、變靜應(yīng)力靜應(yīng)力按彎曲強(qiáng)度計(jì)算按彎曲強(qiáng)度計(jì)算 雖然不變雖然不變但但 變變對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力= -1= -1bbb1 1、受力分析：由、受力分析：由固定心軸軸不轉(zhuǎn)動(dòng)固定心軸軸不轉(zhuǎn)動(dòng)但常開停但常開停 脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力 轉(zhuǎn)動(dòng)心軸軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)心軸軸轉(zhuǎn)動(dòng) 2 2、強(qiáng)度計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算: :b拉拉壓壓21 9.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算 MPa2 . 01055. 936tt=ndPWTTmm)1 (43nPd mm2 . 01055. 93363nPCnPd=t二、傳動(dòng)軸只受轉(zhuǎn)矩二、傳動(dòng)軸只受轉(zhuǎn)矩按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算1 1、受力分析：、受力分析： 軸單向傳動(dòng)：軸單向傳動(dòng)： 軸雙

11、向傳動(dòng)：軸雙向傳動(dòng)：按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算( (估算軸的最小直徑估算軸的最小直徑) )（開停）（開停）由由2 2、強(qiáng)度計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件 設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)公式 空心軸空心軸d d1 1空心軸內(nèi)徑空心軸內(nèi)徑dd /1=22 9.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算三、彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算三、彎扭合成強(qiáng)度計(jì)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(jiǎn)化、外載荷向軸線簡(jiǎn)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，平面力系得支反力和彎矩， 并作

12、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(jì)算扭矩，作扭矩圖、計(jì)算扭矩，作扭矩圖T T8 8、求當(dāng)量彎矩、求當(dāng)量彎矩, ,作當(dāng)量彎矩圖作當(dāng)量彎矩圖VMHM22VHMMM = =22)( TMMea a = =23 應(yīng)力折算系數(shù)應(yīng)力折算系數(shù)( (將將 ) )a a t t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注：鍵槽削弱軸的強(qiáng)度注：鍵槽削弱軸的強(qiáng)度, ,一個(gè)鍵槽一個(gè)鍵槽, ,軸徑軸徑d d 加大

13、加大45%,45%, 兩個(gè)鍵槽兩個(gè)鍵槽, ,軸徑軸徑d d 加大加大710% 710% 3 .011= = = =a a bb（1 1）軸單向穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)）軸單向穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn), , 為靜應(yīng)力為靜應(yīng)力 （2 2）頻繁啟動(dòng)或扭矩波動(dòng)）頻繁啟動(dòng)或扭矩波動(dòng), , 為脈動(dòng)變應(yīng)力為脈動(dòng)變應(yīng)力 6 .001= = = =a a bb（3 3）軸頻繁正反轉(zhuǎn)）軸頻繁正反轉(zhuǎn),為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 111= = = =a a bb9.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算中中式式 )( 22TMMea a = =或或 9 9、校核危險(xiǎn)截面強(qiáng)度、校核危險(xiǎn)截面強(qiáng)度 131 . 0 = = beedM31 1 . 0 beMd24 9.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算四、按疲勞強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)四、按疲勞強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)考慮應(yīng)力集中、尺寸因素、表面狀態(tài)對(duì)軸疲勞強(qiáng)度的影響考慮應(yīng)力集中、尺寸因素、表面狀態(tài)對(duì)軸疲勞強(qiáng)度的影響 全全系系數(shù)數(shù)彎彎矩矩產(chǎn)產(chǎn)生生正正應(yīng)應(yīng)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(yīng)應(yīng)力力作作用用安安 t t t t t t= =t tt tt t t tmakS1SSSSSSca=22tt25 9.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算五、按靜強(qiáng)度計(jì)算軸的安全系數(shù)五、按靜強(qiáng)度計(jì)算軸的安全系數(shù) 對(duì)瞬時(shí)過(guò)載較大的軸，按尖峰載荷