第十四章-軸的設計課件

第14章軸§14-1軸的功用和類型§14-2軸的材料§14-3軸的結構設計§14-4軸的強度設計§14-5軸的剛度設計帶傳動和鏈傳動都是通過中間撓性件傳遞運動和動力的，適用于兩軸中心距較大的場合。與齒輪傳動相比，它們具有結構簡單，成本低廉等優(yōu)點。第十一章軸11-1概述軸的主要功用是支承回轉零件及傳遞運動和動力(轉矩)。1：按承受載荷的不同，軸可分為：心軸傳動軸用來傳遞轉矩而不承受彎矩的軸稱為傳動軸。用來支撐轉動零件且只承受彎矩而不傳遞轉矩的軸稱為心軸。(火車輪軸，自行車軸,畫圖）轉動心軸固定心軸轉軸

工作時既承受彎矩又承受轉矩的軸稱為轉軸。一、軸的用途及分類轉動心軸工作時與滑輪一起回轉；固定心軸工作時軸不轉動，只有滑輪在轉動。2：軸按照軸線形狀不同，分為曲軸和直軸兩大類。曲軸通過連桿可以將旋轉運動變?yōu)橥鶑瓦\動。直軸根據外形的不同，可分為光軸和階梯軸兩種。還有一種鋼絲軟軸，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，可以把回轉運動靈活地傳到不同位置。但精度低。常用的優(yōu)質碳素鋼有30、40、45和50鋼，其中45鋼應用最多常用的合金鋼有20Cr、40Cr、35SiMn和35CrMo等軸的材料主要采用碳素鋼合金鋼二、軸的材料最常用的是45號鋼，也有30、40、50號鋼，為保證其機械性能，應調質或正火處理。不重要的軸可使用Q235。合金鋼比碳素鋼具有更高的機械性能和更好的淬火性能，在傳遞大動力、減小尺寸與重量，處于高溫或低溫下常采用合金鋼。如20Cr、40Cr、35SiMn等。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。高強度鑄鐵和球墨鑄鐵可用于制造外形復雜的軸。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、對應力集中的敏感較低、強度較好等優(yōu)點。設計：潘存云設計任務：使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸?！?4-3軸的結構設計設計要求：1.制造安裝要求：軸應便于制造，軸上零件要易于裝拆；2.固定要求：軸和軸上零件要有準確的工作位置；各零件要牢固而可靠地相對固定3.工藝要求：改善應力狀況，減小應力集中。軸端擋圈帶輪軸承蓋套筒齒輪滾動軸承設計：潘存云典型軸系結構設計：潘存云④設計：潘存云為便于軸上零件的裝拆，一般軸都做成從軸端逐漸向中間增大的階梯狀。如圖：零件的安裝次序,由左至右。注意事項見1--7。一、制造安裝要求②③⑥⑦①⑤①倒角取值見P119指出下列軸系結構設計中的錯誤，繪出正確的結構設計圖。(采用脂潤滑)指出結構錯誤7處以上；正確如圖所示。二、軸上零件的固定要求(軸向固定,周向固定)1.軸上零件的軸向固定軸肩圓角半徑r<相配零件的圓角半徑R軸肩高h>R；軸肩圓角半徑r<相配零件的倒角C1軸肩高h>C1。軸肩固定套筒固定(1：輪轂，軸，鍵槽尺:2：軸承內圈）圓螺母固定軸端擋圈彈性擋圈緊定螺釘為了傳遞運動和轉矩,或因某些需要,軸上零件還需周向固定。常用的周向定位方法有：鍵、花鍵、過盈配合、緊定螺釘等。但緊定螺釘只用在傳力不大之處。2.軸上零件的周向固定鍵連接花鍵連接銷連接過盈配合連接三、結構工藝性要求加工工藝性裝配工藝性講解前面圖例，及東大p63四、提高軸的疲勞強度軸通常在變應力下工作，多數軸因疲勞而失效，因此設計軸時應設法提高其疲勞強度，常采取的措施有：1.減小應力集中設計：潘存云設計：潘存云設計：潘存云設計：潘存云措施：1.

用圓角過渡；2.

盡量避免在軸上開橫孔、切口或凹槽;3.

重要結構可增加卸載槽B、過渡肩環(huán)、凹切圓角、增大圓角半徑。也可以減小過盈配合處的局部應力。※配合軸段上的卸載槽輪轂上的卸載槽過渡肩環(huán)內凹圓角2.提高軸的表面質量

設計：潘存云設計：潘存云設計：潘存云TTTTTQ方案b3、改善軸的受力狀況，減小應力集中圖示為起重機卷筒兩種布置方案。A圖中大齒輪和卷筒聯(lián)成一體，轉距經大齒輪直接傳遞給卷筒，故卷筒軸只受彎矩而不傳遞扭矩。圖b中軸同時受彎矩和扭矩作用。故載荷相同時，圖a結構軸的直徑要小。輸出輸出輸入Tmax=T1+T2Tmax=T11.改善受力狀況當軸上有兩處動力輸出時，為了減小軸上的載荷，應將輸入輪布置在中間。T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理TTQ方案a輸出輸出輸入FtFt§14-4軸的強度設計一、按扭轉強度計算軸的強度設計應根據軸的承載情況，采用相應的計算方法，常用方法有兩種。對于只傳遞扭鉅的圓截面軸，強度條件為：設計公式為：計算結果為：最小直徑！解釋各符號的意義及單位軸的材料A3,20354540Cr,35SiMn[τ](N/mm)12~2020~3030~4040~52C160~135135~118118~107107~92表14-2常用材料的[τ]值和C值注:C由軸的材料及承受載荷的情況來確定。當作用在軸上的彎矩比傳遞的轉矩小或只傳遞轉矩時,C取較小值;否則取較大值應圓整為：標準直徑！※按扭轉強度計算只需知道轉矩大小，方法簡便，但計算精度低。它主要用于下列情況：1）傳遞轉矩或以轉矩為主的傳動軸；2）初步估算軸徑以便進行結構設計；3）不重要的軸最終計算。設計：潘存云設計：潘存云減速器中齒輪軸的受力為典型的彎扭合成。在完成單級減速器草圖設計后，外載荷與支撐反力的位置即可確定，從而可進行受力分析。因σb(r=-1)和τ的循環(huán)特性不同，折合后得：二、按彎扭合成強度計算可用第三強度理論,求出危險截面的當量應力。強度條件為：l1l彎曲應力：扭切應力：代入得：W------抗彎截面系數；WT

----抗扭截面系數；α----折合系數Me---當量彎矩材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]

4001307040

5001707545

6002009555

70023011065

80027013075

90030014080

100033015090

5001207040

4001005030表14-3軸的許用彎曲應力碳素鋼合金鋼鑄鋼折合系數取值：α=

0.3----轉矩不變；

0.6----轉矩脈動變化；1----頻繁正反轉。靜應力狀態(tài)下的許用彎曲應力設計公式：折合系數取值：α=

0.3----轉矩不變；

0.6----脈動變化；1----頻繁正反轉。設計公式：材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]

4001307040

5001707545

6002009555

70023011065

80027013075

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100033015090

5001207040

4001005030表14-3軸的許用彎曲應力碳素鋼合金鋼鑄鋼脈動循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應力折合系數取值：α=

0.3----轉矩不變；

0.6----脈動變化；1----頻繁正反轉。設計公式：材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]

4001307040

5001707545

6002009555

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100033015090

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4001005030表14-3軸的許用彎曲應力碳素鋼合金鋼鑄鋼對稱循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應力設計：潘存云對2點取矩舉例：計算某減速器輸出軸危險截面的直徑。已知作用在齒輪上的圓周力Ft=17400N,徑向力，Fr=6140N,軸向力Fa=2860N,齒輪分度圓直徑d2=146mm,作用在軸右端帶輪上外力F=4500N（方向未定）,L=193mm,K=206mmL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12解：1)求垂直面的支反力=Fad2aadP231設計：潘存云MavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2F2)求水平面的支反力L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F3)求F力在支點產生的反力,力F方向未定。支反力方向未定4)繪制垂直面的彎矩圖垂直面的支反力5)繪制水平面的彎矩圖水平面的支反力設計：潘存云MaMavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F6)求F力產生的彎矩圖L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F7)繪制合成彎矩圖(因力F方向未定。其產生的彎矩方向也未定。按最危險情況處理。直接相加。）a-a截面F力產生的彎矩為：MaFM’a設計：潘存云MaMavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F8)求軸傳遞的轉矩L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F9)求危險截面的當量彎矩MaFM2M’aT扭切應力為脈動循環(huán)變應力，取折合系數:α=0.6求考慮到鍵槽對軸的削弱，將d值增大5%，故得：10)計算危險截面處軸的直徑選45鋼，調質，σb=650MPa,[σ-1b]=60MPa

符合直徑系列。按彎扭合成強度計算軸徑的一般步驟：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.作轉矩T圖；5.彎扭合成，作當量彎矩Me圖；6.計算危險截面軸徑:1.

若危險截面上有鍵槽，則應加大5%2.

若計算結果大于結構設計初步估計的軸徑，則強度不夠，應修改設計；3.

若計算結果小于結構設計初步估計的軸徑，且相不大，一般以結構設計的軸徑為準。對于一般剛軸，按上述方法設計即可。對于重要的軸，還必須用安全系數法作精確校核計算。說明：設