機(jī)械設(shè)計(jì) (2)的教案

機(jī)械設(shè)計(jì)(2)的教案第1頁(yè)/共76頁(yè)轉(zhuǎn)軸6.1.1軸的分類6.1概述第2頁(yè)/共76頁(yè)心軸第3頁(yè)/共76頁(yè)傳動(dòng)軸第4頁(yè)/共76頁(yè)光軸階梯軸第5頁(yè)/共76頁(yè)曲軸

鋼絲軟軸第6頁(yè)/共76頁(yè)6.1.2軸的材料第7頁(yè)/共76頁(yè)軸的常用材料、熱處理方法及其主要力學(xué)特性

第8頁(yè)/共76頁(yè)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的工作能力驗(yàn)算

合格?

結(jié)束yesno

6.1.3軸的設(shè)計(jì)過程第9頁(yè)/共76頁(yè)①軸上零件要便于裝拆和調(diào)整，即滿足軸上零件的裝配要求；②軸和軸上零件有準(zhǔn)確的工作位置，各零件要牢固而可靠地相對(duì)固定，即滿足零件定位要求；

③加工方便和節(jié)省材料，即滿足結(jié)構(gòu)工藝性要求；

④軸上零件受力合理,并盡量減少應(yīng)力集中，即滿足強(qiáng)度要求。6.2.1軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求6.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第10頁(yè)/共76頁(yè)軸上零件的裝配要求

第11頁(yè)/共76頁(yè)

例：二級(jí)錐、柱齒輪減速器輸出軸的裝配方案。第12頁(yè)/共76頁(yè)（合理）第13頁(yè)/共76頁(yè)

6.2.2.軸上零件的定位要求

軸端擋圈軸承座第14頁(yè)/共76頁(yè)（１）軸肩定位

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位可靠，可承受較大的軸向力。

應(yīng)用：齒輪、帶輪、聯(lián)軸器、軸承等的軸向定位。1.軸上零件的軸向定位方法第15頁(yè)/共76頁(yè)

正確

應(yīng)使：

r軸<R孔或

r軸<C孔！且：h軸>C孔或

h軸>R孔注意：①為了保證軸上零件緊靠定位軸肩。

錯(cuò)誤第16頁(yè)/共76頁(yè)

②為了方便軸上零件的拆卸，軸肩高度應(yīng)小于滾動(dòng)軸承內(nèi)圈的厚度！軸承的拆卸第17頁(yè)/共76頁(yè)錯(cuò)誤

正確第18頁(yè)/共76頁(yè)（２）套筒定位

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位可靠，可承受較大的軸向力。應(yīng)用：用于軸上兩個(gè)零件間的定位。注意：不宜用于零件間距較大及軸的轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合。第19頁(yè)/共76頁(yè)特點(diǎn)：定位可靠，可承受較大的軸向力，軸上螺紋處有較大的應(yīng)力集中，會(huì)使軸的疲勞強(qiáng)度下降。應(yīng)用：常用于固定軸端的零件。（３）圓螺母定位第20頁(yè)/共76頁(yè)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，只能承受很小的軸向力，切槽時(shí)需要一定的精度。

應(yīng)用：常用于固定滾動(dòng)軸承等的軸向定位。（４）彈性擋圈定位第21頁(yè)/共76頁(yè)用于軸端零件的定位，可承受劇烈振動(dòng)和沖擊。（５）軸端擋圈（壓板）定位第22頁(yè)/共76頁(yè)（6）緊定螺釘定位適用于軸向力小，轉(zhuǎn)速較低的場(chǎng)合。第23頁(yè)/共76頁(yè)

2.軸上零件的周向定位

過盈配合鍵花鍵銷第24頁(yè)/共76頁(yè)例：說出軸系中各零件的軸向和周向定位方法。軸端擋圈注意：為定位可靠，安裝輪轂的軸段應(yīng)比輪轂短2—3mm。如①、②兩處。①②軸承座第25頁(yè)/共76頁(yè)

2)磨削軸段應(yīng)留有砂輪越程槽，以便砂輪可以磨到軸段的端部。

1)車制螺紋軸段應(yīng)留有退刀槽，保證螺紋牙能達(dá)到預(yù)期的高度。

3.軸的結(jié)構(gòu)工藝性第26頁(yè)/共76頁(yè)

4)為了便于切削加工，一根軸上的圓角半徑應(yīng)盡可能相同；各退刀槽（砂輪越程槽）應(yīng)取相同的寬度及相同的倒角尺寸；一根軸上各鍵槽應(yīng)開在軸的同一母線上。

3)為了能選用合適的圓鋼和減少切削加工量，階梯軸各相鄰軸段的直徑不宜相差太大，一般非定位軸肩取1～

2mm，定位軸肩取5～10mm。

5)為了便于加工和檢測(cè)，軸的直徑應(yīng)取圓整值；與標(biāo)準(zhǔn)件配合的軸段應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值。

6)為了便于裝配，軸端應(yīng)加工出倒角。第27頁(yè)/共76頁(yè)1)改善受力狀況Q方案b

(1）起重機(jī)卷筒的兩種方案好不好

4.強(qiáng)度要求第28頁(yè)/共76頁(yè)(2）一輪輸入兩輪輸出的方案Tmax=T1T1T1+T2T2合理TTT輸出輸出輸入輸出輸出輸入TTT第29頁(yè)/共76頁(yè)2)減小應(yīng)力集中

(1)采用圓角過渡；

(2)盡量避免在軸上開橫孔、切口或凹槽；

(3)重要結(jié)構(gòu)可增加卸載槽B、過渡肩環(huán)、凹切圓角。

r30?開卸載槽過渡肩環(huán)凹切圓角第30頁(yè)/共76頁(yè)軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)—13211.軸肩太高，軸承無法拆下；2.應(yīng)加工螺紋退刀槽，保證螺紋牙能達(dá)到預(yù)期的高度，且螺母應(yīng)頂緊軸承內(nèi)圈；3.應(yīng)有軸肩，否則螺母無法擰入。例：第31頁(yè)/共76頁(yè)軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)—1（改正）第32頁(yè)/共76頁(yè)軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)—21.左側(cè)鍵太長(zhǎng)，套筒無法裝入；2.多個(gè)鍵應(yīng)位于同一母線上；3.輪轂上的鍵槽應(yīng)為通槽。123第33頁(yè)/共76頁(yè)軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)—2（改正）第34頁(yè)/共76頁(yè)第35頁(yè)/共76頁(yè)

軸的強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)根據(jù)軸的承載情況，采用相應(yīng)的計(jì)算方法。常見的軸的強(qiáng)度計(jì)算有以下兩種1、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算

對(duì)于只傳遞扭轉(zhuǎn)的圓截面軸，強(qiáng)度條件為設(shè)計(jì)公式為

計(jì)算結(jié)果為最小直徑應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑

對(duì)于既傳遞扭轉(zhuǎn)又傳遞彎矩的軸，可按上式初步估算軸的直徑6.3.1軸的強(qiáng)度計(jì)算6.3軸的工作能力計(jì)算第36頁(yè)/共76頁(yè)2、按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度條件為

彎曲應(yīng)力

扭切應(yīng)力

代入得

因σb和τ的循環(huán)特性不同，折合后得l1l第37頁(yè)/共76頁(yè)折合系數(shù)取值

α=0.3——轉(zhuǎn)矩不變；0.6——脈動(dòng)變化；1——頻繁正反轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)公式

第38頁(yè)/共76頁(yè)3按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算軸徑的一般步驟1)將外載荷分解到水平面和垂直面。求垂直面支撐反力FV和水平面支撐反力FH；2)作垂直彎矩MV圖和彎矩MH圖

；3)作合成彎矩M圖；4)作轉(zhuǎn)矩T圖；5)彎扭合成，作當(dāng)量彎矩Me圖；6)計(jì)算危險(xiǎn)截面軸徑:1)若危險(xiǎn)截面上有鍵槽，則應(yīng)加大4%；2)若計(jì)算結(jié)果大于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步估計(jì)的軸徑，則強(qiáng)度不夠，應(yīng)修改設(shè)計(jì)；3)若計(jì)算結(jié)果小于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步估計(jì)的軸徑，且相差不大，一般以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軸徑為準(zhǔn)。說明：第39頁(yè)/共76頁(yè)lFF’F”θ1θ2變形量的描述：撓度y轉(zhuǎn)角θ

設(shè)計(jì)要求：

y

≤[y]θ≤[θ]

φ≤[φ]

復(fù)習(xí)材料力學(xué)相關(guān)內(nèi)容。y6.3.2軸的剛度設(shè)計(jì)軸受彎矩產(chǎn)生彎曲變形，受扭矩作用產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形第40頁(yè)/共76頁(yè)1彎曲變形計(jì)算1.按微分方程求解2.變形能法適用于等直徑軸適用于階梯軸2扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算等直徑軸的扭轉(zhuǎn)角

階梯軸的扭轉(zhuǎn)角

第41頁(yè)/共76頁(yè)6.3.3軸的振動(dòng)穩(wěn)定性第42頁(yè)/共76頁(yè)第43頁(yè)/共76頁(yè)學(xué)習(xí)目標(biāo):

掌握鍵的類型、應(yīng)用；平鍵的選擇及強(qiáng)度計(jì)算；了解花鍵連接、無鍵連接及銷連接的主要類型及應(yīng)用

學(xué)習(xí)重點(diǎn)：

平鍵聯(lián)接的類型及選擇；尺寸確定及強(qiáng)度計(jì)算

學(xué)習(xí)難點(diǎn)：

平鍵聯(lián)接的選擇及強(qiáng)度計(jì)算。

6.4軸轂連接第44頁(yè)/共76頁(yè)功能：周向固定、導(dǎo)向。

1、鍵連接的功能、分類、結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用分類：鍵連接松連接緊連接平鍵連接半圓鍵連接（靜連接）普通平鍵（靜連接）薄型平鍵（靜連接）滑鍵（動(dòng)連接）楔鍵連接

（靜連接）切向鍵連接（靜連接）導(dǎo)向平鍵（動(dòng)連接）6.4.1鍵連接第45頁(yè)/共76頁(yè)(1)普通平鍵連接

1)平鍵連接第46頁(yè)/共76頁(yè)A型B型C型第47頁(yè)/共76頁(yè)第48頁(yè)/共76頁(yè)(2)導(dǎo)向平鍵連接

第49頁(yè)/共76頁(yè)變速箱中滑移齒輪與軸的連接—

導(dǎo)向鍵連接第50頁(yè)/共76頁(yè)(3)滑鍵連接

第51頁(yè)/共76頁(yè)2)半圓鍵連接第52頁(yè)/共76頁(yè)3)楔鍵連接第53頁(yè)/共76頁(yè)4)切向鍵連接第54頁(yè)/共76頁(yè)2、鍵的選擇和鍵連接強(qiáng)度計(jì)算

1)鍵的選擇鍵的標(biāo)準(zhǔn)尺寸：截面尺寸

b×h及鍵長(zhǎng)

L。（1）鍵的類型選擇根據(jù)間連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件來選擇。（2）鍵的尺寸選擇按照符合標(biāo)準(zhǔn)和滿足強(qiáng)度要求來取定。略短于輪轂長(zhǎng)，并符合標(biāo)準(zhǔn)由軸徑d查標(biāo)準(zhǔn)鍵的標(biāo)記為：鍵b×LGB/T1096-2003(一般A型鍵可不標(biāo)出A，但對(duì)于B、C型鍵，必須標(biāo)注“鍵B”或“鍵C”）。

第55頁(yè)/共76頁(yè)表1普通平鍵和普通楔鍵的主要尺寸

第56頁(yè)/共76頁(yè)2)鍵連接強(qiáng)度計(jì)算

失效形式：壓潰、剪斷（很少）、磨損l——鍵的工作長(zhǎng)度A型鍵：l=L-b

B型鍵：l=L

C型鍵：l=L-b/2（1）平鍵連接強(qiáng)度計(jì)算

普通平鍵導(dǎo)向平鍵和滑鍵第57頁(yè)/共76頁(yè)2)半圓鍵連接強(qiáng)度計(jì)算

3)楔鍵連接強(qiáng)度計(jì)算同平鍵連接。注：接觸高度k需查表；工作長(zhǎng)度取鍵長(zhǎng)L。K——

鍵與輪轂鍵槽的接觸高度,k=0.5hmm;——鍵、軸、輪轂三者中最弱的許用擠壓應(yīng)力，MPa4)切向鍵連接強(qiáng)度計(jì)算第58頁(yè)/共76頁(yè)表2鍵連接的材料、許用擠壓應(yīng)力及許用壓力(MPa)許用擠壓應(yīng)力、許用壓力聯(lián)接工作方式鍵、軸或轂的材料載荷性質(zhì)靜載荷輕微沖擊沖擊

[σp]靜聯(lián)接鋼125～150100～12060～90鑄鐵

70～80

50～6030～45

[p]動(dòng)聯(lián)接鋼

50

40

30連接強(qiáng)度不夠時(shí)，采取措施：1）采用雙鍵[平鍵180°布置；半圓鍵0°布置，楔鍵

90°~120°布置（按1.5個(gè)鍵計(jì)算）]2）增大軸徑d↑；增長(zhǎng)輪轂即增長(zhǎng)L↑；改用花鍵連接。第59頁(yè)/共76頁(yè)特點(diǎn)對(duì)中性和導(dǎo)向性好；各鍵齒承載均勻，承載能力大；鍵槽淺，對(duì)軸強(qiáng)度削弱較??；加工要用專用設(shè)備，成本高。6.4.2花鍵聯(lián)接第60頁(yè)/共76頁(yè)花鍵類型按齒形分：

①矩形花鍵

②漸開線花鍵③三角形花鍵第61頁(yè)/共76頁(yè)1、型面聯(lián)接

特點(diǎn)：裝拆方便，對(duì)中性較好；聯(lián)接面上沒有應(yīng)力集中源，減少了應(yīng)力集中；切削加工較復(fù)雜，不易保證配合精度，應(yīng)用尚不廣泛。6.4.3無鍵聯(lián)接第62頁(yè)/共76頁(yè)第63頁(yè)/共76頁(yè)2、脹緊聯(lián)接—彈性環(huán)聯(lián)接利用錐面貼合并壓緊在軸轂之間的摩擦力傳遞扭矩。特點(diǎn)：可傳遞較大扭矩和軸向力，無應(yīng)力集中，對(duì)中性好，但加工要求較高，應(yīng)用受限制。彈性環(huán)的材料為高碳鋼或高碳合金鋼（65，70，55Cr2、60Cr2）并經(jīng)熱處理。錐角一般為12.5~17°。第64頁(yè)/共76頁(yè)1.按功能分類2)聯(lián)接銷1)定位銷3)安全銷6.4.4銷聯(lián)接第65頁(yè)/共76頁(yè)1)圓柱銷—

不能經(jīng)常裝拆（否則定位精度下降）2)圓錐銷—1：50錐度，可自鎖，定位精度較高，便于裝拆。2.按形狀分類第66頁(yè)/共76頁(yè)3.特殊型式銷彈性圓柱銷開口銷帶螺紋錐銷槽銷開尾錐銷第67頁(yè)/共76頁(yè)軸的直徑d10～1212～1717～2222～3030～3838～4444～50b×h4×45×56×68×710×812×814×9軸的直徑d50～5858～6565～7575～8585～9595～110110～130b×h16×1018×1120×1222×1425×1428×1632×18鍵的長(zhǎng)度L6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，250，…表1普通平鍵和普通楔鍵的主要尺寸mm第68頁(yè)/共76頁(yè)表2鍵連接的材料、許用擠壓應(yīng)力及許用壓力(MPa)許用擠壓應(yīng)力、許用壓力聯(lián)接工作方式鍵、軸或轂的材料載荷性質(zhì)靜載荷輕微沖擊沖擊

[σp]靜聯(lián)接鋼125～150100～12060～90鑄鐵

70～80

50～6030～45

[p]動(dòng)聯(lián)接鋼

50

40

30第69頁(yè)/共76頁(yè)例1.圖示牙嵌離合器的左右兩半分別用鍵與軸1、2相聯(lián)接，在空載下，通過操縱可使右半離合器沿導(dǎo)向平鍵在軸1上作軸向移動(dòng)。該軸傳遞的轉(zhuǎn)矩T=1200N·m，軸徑d1=70mm，右半離合器的輪轂長(zhǎng)度L1=130mm，行程l1=60mm，工作中有輕微沖擊，離合器及軸的材料均為鋼材。試選擇右半離合器的導(dǎo)向平鍵尺寸，并校核其聯(lián)接強(qiáng)度。第70頁(yè)/共76頁(yè)解：1．選擇導(dǎo)向平鍵

選導(dǎo)向平鍵，查表得平鍵的截面尺寸

b=20mm，h=12mm，取鍵長(zhǎng)L