機(jī)械設(shè)計(jì)西北工業(yè)大學(xué)出版社第八版第十五章

第十五章軸精品資料本章(běnzhānɡ)內(nèi)容軸的用途及分類軸的材料軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的強(qiáng)度計(jì)算(jìsuàn)軸的剛度計(jì)算(jìsuàn)精品資料15-1軸的功用(gōngyòng)軸是組成機(jī)器的重要零件之一，用來(lái)支承旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件。軸的功用：支承回轉(zhuǎn)(huízhuǎn)零件傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力精品資料軸的分類(fēnlèi)：按外形(wàixínɡ)分按載荷分直軸曲軸軟軸傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)軸心軸固定心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸階梯軸空心軸光軸精品資料光軸：形狀簡(jiǎn)單、加工方便、制造成本低、軸上應(yīng)力集中(jízhōng)源少；缺點(diǎn)是軸上零件不易裝配定位。光軸常用作心軸和傳動(dòng)軸。階梯軸便于軸上零件安裝與定位，常用作轉(zhuǎn)軸。直軸光軸階梯(jiētī)軸精品資料軸一般做成階梯軸，原因是：便于(biànyú)軸上零件軸向定位和固定；便于(biànyú)軸上零件的拆裝；使各軸段達(dá)到或接近等強(qiáng)度；實(shí)現(xiàn)尺寸分段，以滿足不同配合特性、精度和光潔度的要求。精品資料曲軸(qūzhóu)：發(fā)動(dòng)機(jī)專用零件,用以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)變。精品資料轉(zhuǎn)軸指既受彎矩又受扭矩的軸，轉(zhuǎn)軸在各種機(jī)器(jīqì)中最為常見。精品資料心軸只承受彎矩而不承受轉(zhuǎn)矩的軸，如自行車輪軸。按軸轉(zhuǎn)動(dòng)與否，又可分為(fēnwéi)轉(zhuǎn)動(dòng)心軸和固定心軸。轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)心軸固定心軸精品資料傳動(dòng)軸只受轉(zhuǎn)矩不受彎矩或受很小彎矩的軸，如連接汽車(qìchē)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸和后橋的軸。精品資料如何判斷軸是否(shìfǒu)傳遞轉(zhuǎn)矩：從原動(dòng)機(jī)向工作機(jī)畫傳動(dòng)路線，若傳動(dòng)路線沿該軸軸線(zhóuxiàn)走過(guò)一段距離，則該軸傳遞轉(zhuǎn)矩。如何判斷軸是否承受彎矩：該軸上除聯(lián)軸器外是否還有其它傳動(dòng)零件，如果有該軸承受彎矩，否則不承受彎矩。精品資料問(wèn)：根據(jù)承載情況下列各軸分別(fēnbié)為哪種類型？0軸：Ⅰ軸：Ⅴ軸：Ⅱ軸：Ⅲ軸：Ⅳ軸：傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸精品資料軸的失效(shīxiào)形式因疲勞強(qiáng)度不足而產(chǎn)生疲勞斷裂；因靜強(qiáng)度不足而生產(chǎn)塑性變形或脆性斷裂；因剛度不足而產(chǎn)生過(guò)大彎曲及扭轉(zhuǎn)變形；高速時(shí)發(fā)生共振(gòngzhèn)破壞等。精品資料一般轉(zhuǎn)軸(zhuànzhóu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則具有合理的結(jié)構(gòu)和良好的工藝性并保證其疲勞強(qiáng)度足夠。對(duì)有過(guò)載情況的軸，還應(yīng)保證其靜強(qiáng)度足夠；對(duì)剛度(ɡānɡdù)要求較高的軸及受力較大的細(xì)長(zhǎng)軸，還應(yīng)進(jìn)行剛度(ɡānɡdù)計(jì)算；對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的軸，則應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算。精品資料軸設(shè)計(jì)的主要(zhǔyào)內(nèi)容選用合適的材料、毛坯形式(xíngshì)及熱處理方法。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：根據(jù)軸上零件的安裝、定位和固定及軸的制造工藝等方面要求，合理確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。工作能力校核計(jì)算：包括疲勞強(qiáng)度、靜強(qiáng)度及剛度計(jì)算等。精品資料15.2軸的材料(cáiliào)碳素鋼30、35、45、50(正火或調(diào)質(zhì))，45應(yīng)用最廣。對(duì)應(yīng)力集中不敏感，良好的加工性。中、低碳合金鋼：強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)力集中敏感，用于重載、小尺寸的軸。球墨鑄鐵和高強(qiáng)度鑄鐵鑄鐵材料(cáiliào)具有易于作成復(fù)雜的外形；吸振性、耐磨性好，對(duì)應(yīng)力集中敏感性低、價(jià)格低廉；用于制作外形復(fù)雜的曲軸、凸輪軸等。精品資料15-3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)：在滿足強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和全部尺寸。要求：軸應(yīng)便于加工，軸上零件易于安裝、調(diào)整、拆卸軸和軸上零件定位準(zhǔn)確各零件要牢固而可靠地相對(duì)固定軸的受力合理、應(yīng)力集中小過(guò)程擬定軸上零件的裝配(zhuāngpèi)方案軸上零件的定位各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定精品資料軸的各部分(bùfen)名稱軸頸：軸上被支承部分；尺寸=軸承內(nèi)徑(nèijìnɡ)；軸頭：安裝輪轂部分，直徑與輪轂內(nèi)徑(nèijìnɡ)相當(dāng)；軸身：連接軸頸和軸頭的部分。精品資料一、擬定軸上零件的裝配(zhuāngpèi)方案精品資料為便于軸上零件的裝拆，常將軸做成階梯形。一般直徑從軸端向中間逐漸增大。為便于裝配(zhuāngpèi)，軸頸和軸頭的端部均應(yīng)有倒角。精品資料軸上磨削的軸段，應(yīng)有砂輪越程槽；車制螺紋的軸段，應(yīng)有退刀槽。在滿足(mǎnzú)使用要求的情況下，軸的形狀和尺寸應(yīng)力求簡(jiǎn)單，以便于加工。精品資料如果需從軸的一端裝入兩個(gè)過(guò)盈配合的零件，則軸上兩配合軸段的直徑不應(yīng)相等，否則第一個(gè)零件壓入后，會(huì)把第二個(gè)零件配合的表面(biǎomiàn)拉毛，影響配合。精品資料二、軸上零件(línɡjiàn)的定位和固定用作零件軸向定位的臺(tái)階部分(bùfen)稱為軸肩，環(huán)形部分(bùfen)稱為軸環(huán)。精品資料軸上零件(línɡjiàn)的軸向固定為防止軸上零件沿軸向移動(dòng)，除了對(duì)它們進(jìn)行軸向定位以外，還應(yīng)進(jìn)行固定常用的固定方法有：軸肩和軸環(huán)、套筒、圓螺母和止動(dòng)墊圈、彈性擋圈和緊定螺釘、軸端擋圈。此外(cǐwài)軸承端蓋常用來(lái)做整個(gè)軸的軸向定位。精品資料1.軸肩、軸環(huán)定位(dìngwèi)為了保證(bǎozhèng)軸上零件緊靠定位面（軸肩），軸肩的圓角半徑r必須小于相配零件的倒角C1或圓角半徑R，軸肩高h(yuǎn)必須大于C1或R。精品資料hhhh精品資料錯(cuò)誤

正確軸肩固定滾動(dòng)軸承(gǔndòngzhóuchéng)時(shí)：要求軸肩高度<滾動(dòng)軸承(gǔndòngzhóuchéng)內(nèi)圈高度精品資料2.套筒定位(dìngwèi)套筒適用于軸上兩個(gè)相距較近零件之間的定位，其兩個(gè)端面(duānmiàn)為定位面，應(yīng)有較高的平行度和垂直度。為使軸上零件定位可靠，應(yīng)使軸段長(zhǎng)度比零件轂長(zhǎng)短2~3mm。套筒精品資料3.圓螺母無(wú)法采用套筒或套筒太長(zhǎng)時(shí)，可采用圓螺母加以固定。圓螺母定位裝拆方便(fāngbiàn)，通常用細(xì)牙螺紋來(lái)增強(qiáng)防松能力和減小對(duì)軸的強(qiáng)度消弱及應(yīng)力集中。雙圓螺母螺母(luómǔ)加止動(dòng)墊圈精品資料4.軸端擋圈當(dāng)零件位于軸端時(shí)，可用軸端擋板(dǎnɡbǎn)與軸肩、軸套、圓錐面等的組合，使零件雙向固定。擋板(dǎnɡbǎn)用螺釘緊固在軸端并壓緊被定位零件的端面。該方法簡(jiǎn)單可靠、裝拆方便，但需在軸端加工螺紋孔。精品資料5.彈性擋圈軸向力較小時(shí)，零件在軸上的固定可采用彈性擋圈或緊定螺釘。在軸上切出環(huán)形(huánxínɡ)槽，將彈性擋圈嵌入槽中，利用它的側(cè)面壓緊被定位零件的端面，圖為軸肩與彈性擋圈聯(lián)合使用的情況。這種定位方法工藝性好、裝拆方便，但對(duì)軸的強(qiáng)度消弱較大，常用于所受軸向力小的軸。精品資料6.緊定螺釘(luódīng)鎖緊擋圈用緊定螺釘固定(gùdìng)在軸上，裝拆方便，但不能承受大的軸向力。精品資料軸上零件(línɡjiàn)的軸向固定軸上零件的周向固定，大多采用鍵、花鍵或過(guò)盈配合等聯(lián)接形式。采用鍵聯(lián)接時(shí)，為加工方便(fāngbiàn)，各軸段的鍵槽應(yīng)設(shè)計(jì)在同一加工直線上，并應(yīng)盡可能采用同一規(guī)格的鍵槽截面尺寸精品資料精品資料精品資料①——聯(lián)軸器左端無(wú)軸端擋圈②——聯(lián)軸器無(wú)周向固定（缺鍵）③——聯(lián)軸器右端無(wú)軸向固定④——套筒過(guò)高⑤——軸頭長(zhǎng)度等于輪轂寬度⑥——齒輪無(wú)周向固定（缺鍵）⑦——定位(dìngwèi)軸肩過(guò)高⑧——缺調(diào)整墊片精品資料例題(lìtí)指出圖示軸結(jié)構(gòu)(jiégòu)中的錯(cuò)誤。精品資料兩鍵應(yīng)布置在同一條(yītiáo)母線上。軸上零件未定位和固定滾動(dòng)軸承右側(cè)沒固定套筒高度高于軸承內(nèi)圈軸段長(zhǎng)度應(yīng)略小于輪轂寬度軸環(huán)高度不應(yīng)高于滾動(dòng)軸承內(nèi)圈高度加工螺紋部分應(yīng)留退刀槽鍵的長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)輪轂寬度精品資料三、各軸段直徑和長(zhǎng)度(chángdù)的確定按軸所受的扭矩估算(ɡūsuàn)軸徑，作為最小軸徑dmin。滿足強(qiáng)度和剛度要求；盡量采用標(biāo)準(zhǔn)值；與軸承配合處，必須符合軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)系列；螺紋處的直徑應(yīng)符合螺紋的標(biāo)準(zhǔn)系列；安裝聯(lián)軸器的軸徑應(yīng)按聯(lián)軸器孔徑設(shè)計(jì)；用套筒、螺母、擋圈等定位時(shí)，軸段長(zhǎng)度應(yīng)小于相配零件寬度；非定位軸肩的高度一般為：0.5～3mm，固定滾動(dòng)軸承的軸肩高度應(yīng)小于軸承內(nèi)圈厚度。精品資料目的(mùdì):驗(yàn)算經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步得出的軸能否滿足強(qiáng)度要求。工程上常用的軸強(qiáng)度計(jì)算方法按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核按靜強(qiáng)度進(jìn)行校核15.4軸的強(qiáng)度(qiángdù)計(jì)算精品資料1.扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度(qiángdù)計(jì)算適用(shìyòng)于只承受轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)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。T—軸傳遞的轉(zhuǎn)矩(N?mm)；WT—軸的抗扭截面系數(shù)(mm3)；

P—軸傳遞的功率(kW)；

n—軸的轉(zhuǎn)速(r/min)；[]—許用切應(yīng)力(MPa)。只傳遞轉(zhuǎn)矩的圓截面軸，其強(qiáng)度條件為精品資料精品資料2.彎扭合成強(qiáng)度(qiángdù)計(jì)算適用前提在軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，軸的主要結(jié)構(gòu)形狀和尺寸、軸上零件的位置、外載荷和支反力的作用(zuòyòng)位置均已確定。適用對(duì)象同時(shí)受彎矩和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)軸，僅受彎矩的心軸。方法特點(diǎn)由dmin(扭轉(zhuǎn)初估)→結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→支點(diǎn)、力大小、作用(zuòyòng)點(diǎn)→畫出M、T合成彎矩圖→危險(xiǎn)截面→計(jì)算。精品資料彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算(jìsuàn)的步驟畫出軸的受力簡(jiǎn)圖。軸承支反力作用點(diǎn)的確定。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上(miànshànɡ)的支點(diǎn)反力。分別作出水平面上(miànshànɡ)的彎矩(MH)和垂直面上(miànshànɡ)的彎矩圖(MV)。計(jì)算合成彎矩。作扭矩圖計(jì)算當(dāng)量彎矩精品資料校核(xiàohé)軸的強(qiáng)度轉(zhuǎn)動(dòng)著的軸，彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而由轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力不一定是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性(tèxìng)的不同，引入換算系數(shù)，稱為應(yīng)力修正系數(shù)。精品資料對(duì)于(duìyú)不變的轉(zhuǎn)矩——對(duì)于(duìyú)脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩——對(duì)于對(duì)稱循環(huán)的轉(zhuǎn)矩——應(yīng)力修正系數(shù)設(shè)計(jì)公式：精品資料注：近似計(jì)算時(shí)，單、雙鍵(shuānɡjiàn)槽一般可忽略，花鍵軸截面可視為直徑等于平均直徑的圓截面。軸的抗彎和抗扭截面(jiémiàn)系數(shù)精品資料軸的許用彎曲應(yīng)力精品資料說(shuō)明對(duì)于有鍵槽的截面，應(yīng)將計(jì)算出的軸徑適當(dāng)加大。單鍵時(shí)，加大3~4％；雙鍵時(shí)，加大7％。若計(jì)算出的軸徑大于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步估算的軸徑，則表明結(jié)構(gòu)圖中軸的強(qiáng)度不夠，必須修改(xiūgǎi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；若計(jì)算出的軸徑小于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的估算軸徑，且相差不很大，一般就以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軸徑為準(zhǔn)。精品資料3.疲勞強(qiáng)度校核(xiàohé)精品資料例題(lìtí)2已知：作用在齒輪上的圓周力Ft=17400N，徑向力Fr=6410N，軸向力Fa=2860N，齒輪分度圓直徑(zhíjìng)d2=146mm，作用在軸右端帶輪上的外力F=4500N（方向未定），L=193mm，K=206mm。精品資料解：1、求支承(zhīchénɡ)反力（1）在垂直面內(nèi)：FrFaFtF方向未定FrFaF1vF2v精品資料（2）在水平面內(nèi)FtF1HF2H精品資料（3）F力在支點(diǎn)(zhīdiǎn)產(chǎn)生的反力FF1FF2F精品資料2、繪制(huìzhì)彎矩圖（1）垂直面內(nèi)的彎矩圖精品資料（2）水平面內(nèi)的彎矩圖精品資料（3）F力產(chǎn)生(chǎnshēng)的彎矩圖精品資料3、求合成(héchéng)彎矩考慮到最不利的情況，把與直接相加精品資料精品資料4、求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩5、求危險(xiǎn)剖面(pōumiàn)的當(dāng)量彎矩精品資料6、計(jì)算危險(xiǎn)剖面直徑軸的材料選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)(diàozhì)處理，查表14-1，sB=650M