軸 2010的實用學習課件

軸2010的實用學習課件第1頁/共72頁

轉(zhuǎn)軸的受力與應力Fr2Fr1Fa1Fa2Ft2F’Ft2Ft1Fr2Fn2在A,B點間—軸受彎矩,無轉(zhuǎn)矩在B,C點間—軸既有彎矩又有轉(zhuǎn)矩在C,D點間—軸只受轉(zhuǎn)矩,無彎矩第2頁/共72頁第3頁/共72頁第4頁/共72頁按軸線的形狀分：直軸、曲軸、撓性軸直軸根據(jù)外形的不同，可分為光軸和階梯軸。軸一般是實心軸，有特殊要求時也可制成空心軸，如航空發(fā)動機的主軸。第5頁/共72頁鋼絲軟軸，又稱鋼絲撓性軸，它是由多組鋼絲分層卷繞而成，具有良好的撓性，可以把回轉(zhuǎn)運動靈活地傳到不同位置。第6頁/共72頁11.1.2軸的設計要求和設計步驟合理的結(jié)構(gòu)和足夠的強度是軸的設計必須滿足的基本要求轉(zhuǎn)軸的設計步驟：1）選材2）估算軸的直徑3）軸的結(jié)構(gòu)設計4）軸的強度校核5）必要時作剛度和穩(wěn)定性校核第7頁/共72頁設計計算結(jié)構(gòu)設計軸的設計軸的設計主要解決兩個方面的問題齒輪傳動蝸桿傳動帶傳動等設計計算P,n,i等數(shù)據(jù)使用年限工作條件等已知按設計準則及計算公式計算出傳動件主要尺寸選擇傳動件結(jié)構(gòu)形式計算結(jié)構(gòu)尺寸繪制傳動件零件工作圖設計計算結(jié)構(gòu)設計完成：計算書和零件圖1.回顧我們講過的和做過的傳動件設計過程：設計計算結(jié)構(gòu)設計?材料,強度,剛度,直徑,長度,結(jié)構(gòu)第8頁/共72頁2.軸的設計要分三步進行1)

初定軸徑;2)結(jié)構(gòu)設計:畫草圖,確定軸的各段尺寸,得到軸的跨距和力的作用點;3)計算彎矩、彎曲應力及扭剪應力，進行校核計算。已知條件選擇軸的材料初算軸徑結(jié)構(gòu)設計計算彎矩校核計算完善設計修改直徑轉(zhuǎn)軸設計程序框圖問題：為什么要分三步走？第9頁/共72頁按以往的方法：強度條件由材料力學知:危險截面與軸徑d

有關(guān)FrTaaABFtCL1L支點間跨距L

力作用位置

L1

與有關(guān)d在結(jié)構(gòu)設計之前LL1皆未知！d3軸的設計為什么要分三步走？第10頁/共72頁11.1.3

軸的材料軸的材料主要采用常用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼有30、40、45、和50鋼，其中45鋼應用最多碳素鋼合金鋼常用的合金鋼有20Cr、40Cr、35SiMn和35CrMo等45鋼正火調(diào)質(zhì)不能靠采用合金鋼的方法提高軸的剛度。第11頁/共72頁1.碳素鋼

優(yōu)質(zhì)碳素鋼具有較高的綜合機械性能，常用于比較重要或承載較大的軸。普通碳素鋼:Q235、Q275等。常用于不重要或承載較小的軸。軸的常用材料及其主要機械性能見表11.2第12頁/共72頁

注意：

1）不能采用合金鋼代替碳素鋼來提高軸的剛度。

2）合金鋼對應力集中敏感性強.3)價格較高。2.合金鋼:常用的合金鋼有20Cr、40Cr、20CrMnTi和35CrMo等合金鋼具有較高的綜合力學性能和較好的熱處理性能，常用于重要、承載大而尺寸受限或有較高耐磨性、防腐性、耐高溫等要求的軸。高頻淬火、滲碳、氮化、氰化以及表面強化處理（如噴丸、滾壓）對提高軸的抗疲勞強度都有顯著效果。第13頁/共72頁高強度鑄鐵和球墨鑄鐵可用于制造外形復雜的軸,如曲軸等。3.球墨鑄鐵：容易制成復雜形狀，價格低廉、強度較高、良好的耐磨性、吸振性和易切性以及對應力集中敏感性較低。韌性差。第14頁/共72頁11.3.1軸徑的初估計算1僅按所受的切應力來計算適用于只承受轉(zhuǎn)矩的傳動軸的精確計算，也可用于既受彎矩又受扭矩的轉(zhuǎn)軸的最小軸徑的近似計算。對于只傳動轉(zhuǎn)矩的圓截面軸，其強度條件為[τ]：許用扭切應力，第15頁/共72頁設計公式[τ],

C值見表11.4有鍵槽時，算得的d應增大：單鍵增大3%,雙鍵增大7%。第16頁/共72頁11.2軸的結(jié)構(gòu)設計

軸的結(jié)構(gòu)設計就是要確定軸的合理外形和包括各軸段長度、直徑及其他細小尺寸在內(nèi)的全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設計的主要要求是：軸應便于加工，軸上零件應便于裝拆；（制造安裝要求）

軸和軸上的零件應有正確可靠的工作位置；（定位固定要求）

軸的受力合理，盡量減小應力集中。第17頁/共72頁以減速器的低速軸為例加以說明第18頁/共72頁11.2.1滿足使用的要求1周向固定鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接成形聯(lián)接彈性環(huán)聯(lián)接銷聯(lián)接過盈配合聯(lián)接第19頁/共72頁

2.軸上零件的軸向固定第20頁/共72頁軸向定位和固定方法(1)軸肩定位第21頁/共72頁定位軸肩的高度h=(0.07~0.1)d第22頁/共72頁(2)套筒固定和定位(3)圓螺母固定與軸上零件配合的軸段長度應比輪轂短2mm第23頁/共72頁

圓螺母固定第24頁/共72頁(4)軸端擋圈第25頁/共72頁(5)彈性擋圈第26頁/共72頁(6)緊定螺釘?shù)?7頁/共72頁（7）錐面裝拆方便，可兼作周向固定。宜用于高速、沖擊及對中性要求高的場合。只用于軸端。常與軸端擋圈聯(lián)合使用，實現(xiàn)零件的雙向固定。第28頁/共72頁11.2.2良好的結(jié)構(gòu)工藝性1加工工藝性第29頁/共72頁

倒角——自動對中(施加軸向力)，便于安裝。

配合不易裝配配合時易裝配

磨削的軸段——應留出砂輪越程槽，有國標可查砂輪越程槽的尺寸(GB6403.5-85)

有螺紋的軸段——

應有退刀槽，有國標可查尺寸

同一根軸上有多個單鍵連接時

——鍵寬盡可能統(tǒng)一，并位于同一加工直線上。鍵在所在軸段的位置——另外，鍵槽應靠近所在軸段的裝入端，便于安裝時轂槽對準軸槽中的鍵。第30頁/共72頁2裝配工藝性第31頁/共72頁11.2.3提高軸疲勞強度的措施

軸通常在變應力下工作，多數(shù)軸因疲勞而失效，因此設計軸時應設法提高其疲勞強度，常采取的措施有：1.改進軸的結(jié)構(gòu)形狀配合軸段上的卸載槽內(nèi)凹圓角過渡肩環(huán)第32頁/共72頁2.改善軸的表面狀態(tài)第33頁/共72頁3.合理布置軸上傳動零件的位置第34頁/共72頁11.3.1軸的強度計算（1）按許用切應力計算：用于傳動軸或轉(zhuǎn)軸初估直徑。（2）按彎扭合成強度條件計算（3）按許用安全系數(shù)校核軸的疲勞強度[τ],

C值見表11.4有鍵槽時，算得的d應增大：單鍵增大3%,雙鍵增大7%。1初算軸徑第35頁/共72頁1箱體內(nèi)壁位置的確定2軸承座端面位置的確定3軸承在軸承座孔中位置的確定軸的結(jié)構(gòu)設計第36頁/共72頁軸的外伸長度的確定

當軸端安裝彈性套柱銷聯(lián)軸器時K值由聯(lián)軸器的型號確定(1)(2)

當使用凸緣式軸承蓋時k值由聯(lián)接螺栓長度確定

當軸承蓋與軸端零件都不需拆卸時,一般?。篕=5mm~8mm(3)第37頁/共72頁2按彎扭合成強度條件校核計算關(guān)鍵是軸的受力分析軸的受力和支點的簡化第38頁/共72頁第39頁/共72頁1）畫出空間受力簡圖；2）作水平面受力圖及彎矩圖MH；3）作垂直面受力圖及彎矩圖MV；4）作合成彎矩圖；5）作轉(zhuǎn)矩T圖；6）作當量彎矩圖；求危險截面的當量彎矩：按彎扭強度條件計算第40頁/共72頁7）強度計算

確定危險截面（一個或幾個）；強度校核。對于實心圓軸上危險截面應滿足以下強度條件：----對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎曲應力—表11.5第41頁/共72頁3按許用安全系數(shù)校核軸的疲勞強度

是考慮軸上變應力的循環(huán)特性、應力集中、表面質(zhì)量及尺寸因素等對軸疲勞強度影響的精確校核方法。用于重要的軸。第42頁/共72頁11.3.2軸的剛度計算簡介設計時的軸的剛度條件為：

各種用途的軸的許用撓度、偏轉(zhuǎn)角和扭轉(zhuǎn)角查手冊第43頁/共72頁11.3.3軸的振動穩(wěn)定性概念若軸所受的外力頻率與軸的自振頻率一致時,運轉(zhuǎn)便不穩(wěn)定而發(fā)生顯著的振動,這種現(xiàn)象稱為軸的共振。產(chǎn)生共振時軸的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。軸的臨界轉(zhuǎn)速可以有許多個,一階、二階、三階……剛性軸:工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速的軸。撓性軸:超過一階臨界轉(zhuǎn)速的軸。計算臨界轉(zhuǎn)速的目的在于使工作轉(zhuǎn)速n避開軸的臨界轉(zhuǎn)速ncr。

第44頁/共72頁11.4軸轂連接鍵主要用來實現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩。有些類型的鍵還可實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或周向移動。用來實現(xiàn)軸、轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩的連接稱為軸轂連接。本節(jié)主要介紹鍵連接、銷連接和成型連接。

第45頁/共72頁鍵聯(lián)接1

平鍵的兩側(cè)面是工作面，上表面與輪轂上的鍵槽底部之間留有間隙，鍵的上、下表面為非工作面。工作時靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞扭矩，故定心性較好。1．平鍵聯(lián)接

普通平鍵與輪轂上鍵槽的配合較緊，屬靜聯(lián)接。導向平鍵和滑鍵與輪轂的鍵槽配合較松，屬動聯(lián)接。根據(jù)用途，平鍵又可分為普通平鍵導向平鍵一、鍵聯(lián)接的分類、結(jié)構(gòu)型式及應用

11.4.1鍵聯(lián)接第46頁/共72頁1).普通平鍵普通平鍵的端部形狀可制成:

圓頭(A型)、方頭（B型）或單圓頭（C型）。

鍵剖面圖A型平鍵B型平鍵C型平鍵第47頁/共72頁2)導向平鍵聯(lián)接導向平鍵用于動聯(lián)接第48頁/共72頁軸上鍵槽的加工軸上鍵槽可用指狀銑刀或盤狀銑刀加工，輪轂上的鍵槽可用插削或拉削。第49頁/共72頁鍵聯(lián)接3

鍵呈半圓形，其側(cè)面為工作面，鍵能在軸上的鍵槽中繞其圓心擺動，以適應輪轂上鍵槽的斜度，安裝方便。常用與錐形軸端的聯(lián)接。

2．半圓鍵聯(lián)接優(yōu)點：對中性好、工藝性好；缺點：軸槽較深，對軸的削弱較大。主要用于輕載或位于軸端的連接。第50頁/共72頁半圓鍵的側(cè)面為工作面，鍵的上表面與轂槽底面間有間隙。第51頁/共72頁

楔鍵的上、下表面為工作面，兩側(cè)面為非工作面。鍵的上表面與鍵槽底面均有1:100的斜度。工作時，鍵的上下兩工作面分別與輪轂和軸的鍵槽工作面壓緊，靠其摩擦力和擠壓傳遞扭矩。3．楔鍵聯(lián)接第52頁/共72頁楔鍵僅適用于對中要求不高、載荷平穩(wěn)和低速的連接。第53頁/共72頁鍵聯(lián)接44平鍵的選擇和強度校核1．鍵的尺寸選擇

b×h根據(jù)軸徑d由標準中查得，鍵的長度參考輪轂的長度確定，一般應略短于輪轂長，并符合標準中規(guī)定的尺寸系列。平鍵的尺寸主要是鍵的截面尺寸b×h及鍵長L。2．平鍵連接的失效和強度校核對于普通平鍵連接（靜連接），其主要失效形式是工作面的壓潰，有時也會出現(xiàn)鍵的剪斷，但一般只作連接的擠壓強度校核。對于導向平鍵連接和滑鍵連接，其主要失效形式是工作面的過度磨損，通常按工作面上的壓力進行條件性的強度校核計算。

平鍵是標準件，材料通常為45鋼；若輪轂系輕金屬或非金屬材料，鍵可用20、Q235鋼等。第54頁/共72頁設計時,普通平鍵的寬度b及高度h按軸徑d從標準中查得,長度L按輪轂長度從標準中查得,但應比輪轂長略短些。普通平鍵其主要失效形式是軸槽、鍵及轂槽三者中強度最弱的工作面被壓潰。第55頁/共72頁

設鍵側(cè)面的作用力沿鍵的工作長度和高度均勻分布，則普通平鍵的強度條件為:當強度不足時，可適當增加鍵長或采用兩個鍵按180o布置。考慮到兩個鍵的載荷分布不均勻性，在強度校核中可按1.5個鍵計算。（圓頭平鍵）（平頭平鍵）（單圓頭鍵）導向平鍵和滑鍵連接的強度條件為：鍵聯(lián)接5式中：[sp]、[p]為許用應力與許用壓力見表11.7

第56頁/共72頁花鍵聯(lián)接1

花鍵連接是將具有均布的多個凸齒的軸置于輪轂相應的凹槽中所構(gòu)成的連接。其工作面是鍵齒側(cè)。

優(yōu)點:

花鍵連接是多齒傳遞載荷，故比平鍵連接的承載能力高，定心性和導向性好，對軸的削弱小(齒淺、應力集中小)；

花鍵連接一般用于定心精度要求高和載荷較大的地方。

缺點:

花鍵加工需用專門的設備和工具，成本較高。

11.4.2花鍵連接第57頁/共72頁矩形花鍵連接漸開線花鍵設計時，先選型，查出標準尺寸，然后校核。其主要失效形式仍是工作面被壓潰（靜連接）或工作面過度磨損（動連接）。

花鍵連接按齒形不同，可分為矩形花鍵和漸開線花鍵兩類，且均已標準化。第58頁/共72頁11.4.3銷連接銷連接可以固定零件之間的相互位置，傳遞較小的轉(zhuǎn)矩，也可作為裝配時的輔助零件和安全裝置。銷的基本類型有圓柱銷和圓錐銷。圓柱銷經(jīng)過多次拆裝，其定位精度會降低；圓錐銷多次拆裝對