第十一章+軸解析課件

第十一章軸軸是機(jī)器中的重要零件之一，用來支承軸上的零件，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

帶式運(yùn)輸機(jī)

二級(jí)圓柱齒輪減速器

蝸桿傳動(dòng)

輪系

11、1

概述一、軸的分類1、按軸的軸線形狀分：

直軸、曲軸、撓性軸。2、按軸承受的載荷性質(zhì)分：

轉(zhuǎn)軸、心軸、傳動(dòng)軸。3、按軸的外部結(jié)構(gòu)形狀分：光軸、階梯軸。4、按軸的截面形狀分：實(shí)心軸、空心軸。二、軸的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)步驟軸的設(shè)計(jì)必須滿足的基本要求：

合理的結(jié)構(gòu)和足夠的強(qiáng)度。軸的設(shè)計(jì)步驟：

1）選材；2）估算軸的直徑；3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

4）軸的強(qiáng)度校核；5）必要時(shí)作剛度和穩(wěn)定性校核。已知條件選擇軸的材料初算軸徑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算彎矩校核計(jì)算完善設(shè)計(jì)修改直徑轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)程序框圖

三、軸的材料碳素鋼：優(yōu)質(zhì)碳素鋼35~50，正火或調(diào)質(zhì)處理，具有較好的綜合性能普通碳素鋼Q235、Q275，可用于承載較小的軸合金鋼：20Cr等，機(jī)械強(qiáng)度高，用于特殊要求和重要軸，對(duì)應(yīng)力集中敏感球墨鑄鐵：QT400等，適宜制造成型軸，價(jià)廉、耐磨、吸振、流動(dòng)性好鋼材的種類和熱處理對(duì)其彈性模量影響很小。11.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求是：1、滿足使用要求：ａ、周向固定；ｂ、軸向固定。2、良好的結(jié)構(gòu)工藝性：ａ、加工工藝性；ｂ、裝配工藝性。3、提高軸的疲勞強(qiáng)度：ａ、改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)形狀；ｂ、改善軸的表面狀態(tài)。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的徑向尺寸確定1.箱體內(nèi)壁位置的確定H=10~15mmA=b+2HA應(yīng)圓整軸的軸向尺寸確定2.軸承座端面位置的確定C=δ+C1+C2+(5~10)mmδ--箱體壁厚C1、C2--螺栓扳手空間B=A+2C3.軸承在軸承座孔中位置的確定Δ

值盡量小減小支點(diǎn)距離油潤滑時(shí)Δ=(3~8)mm脂潤滑時(shí)Δ=(10~15)mm4.軸的外伸長度的確定(1)當(dāng)軸端安裝彈性套柱銷聯(lián)軸器時(shí)K值由聯(lián)軸器的型號(hào)確定(2)當(dāng)使用凸緣式軸承蓋時(shí)K值由聯(lián)接螺栓長度確定(3)當(dāng)軸承蓋與軸端零件都不需拆卸時(shí),一般取K=5mm~8mm

減速器低速軸結(jié)構(gòu)圖11.3軸的計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算：１、按許用切應(yīng)力計(jì)算；２、按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算；３、安全系數(shù)校核計(jì)算。軸的剛度計(jì)算：軸的振動(dòng)穩(wěn)定性：斜齒輪減速器低速軸設(shè)計(jì)（1）畫出軸的空間受力簡圖；（2）將外載荷分解到水平面和垂直面內(nèi)；（3）作垂直面彎矩MV

圖和水平面彎矩MH圖；（4）作合成彎矩M

圖；（5）作轉(zhuǎn)矩T圖；（6）作當(dāng)量彎矩Me圖；（7）強(qiáng)度計(jì)算（確定危險(xiǎn)剖面、強(qiáng)度校驗(yàn)或軸徑計(jì)算）

按彎扭合成強(qiáng)度

計(jì)算軸徑的一般步驟如下：其中α為考慮轉(zhuǎn)矩與彎矩引起的應(yīng)力性質(zhì)不同而設(shè)立的應(yīng)力校正系數(shù)：對(duì)于不變化的轉(zhuǎn)矩：α=0.3對(duì)于脈動(dòng)變化轉(zhuǎn)矩：α=0.6對(duì)于對(duì)稱循環(huán)轉(zhuǎn)矩：α=1返回

判斷軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤11.4軸轂連接軸轂連接：用來實(shí)現(xiàn)軸、轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩的連接。常用軸轂連接的類型：

鍵連接、花鍵連接、銷連接、成型連接和過盈連接。鍵連接

鍵主要用來實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩。有些類型的鍵還可同時(shí)實(shí)現(xiàn)軸上零件的周向固定和軸向移動(dòng)。鍵連接分：平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接等返回1.平鍵聯(lián)接特點(diǎn)：平鍵的兩側(cè)是工作面，上表面與輪轂鍵槽底面間有間隙。類型：常用的平鍵有普通平鍵和導(dǎo)向平鍵。返回（1）普通平鍵1、類型：A型（圓頭)、B型（方頭）、C型（單圓頭）。2、軸上鍵槽加工方法：指狀銑刀（A、C型）或盤銑刀（B型）。3、轂上鍵槽加工方法：插削或拉削。普通平鍵連接屬于靜連接返回

普通平鍵連接返回

（2）導(dǎo)向平鍵連接導(dǎo)向平鍵連接屬于動(dòng)連接返回

導(dǎo)向平鍵實(shí)例返回2.半圓鍵連接特點(diǎn)：鍵的側(cè)面為工作面，鍵的上表面與轂槽底面間有間隙。適于輕載、錐形軸端的連接。返回

半圓鍵實(shí)例返回3.楔鍵聯(lián)接特點(diǎn)：楔鍵的上下面分別與轂和軸上的鍵槽的底面貼合，為工作面，靠摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩。返回

普通楔鍵和鉤頭楔鍵返回4、平鍵聯(lián)接的尺寸選擇和強(qiáng)度校核

鍵的材料及尺寸選擇：鍵的材料：抗拉強(qiáng)度不低于600MPa鋼材。尺寸選擇：鍵的截面尺寸根據(jù)鍵所在軸徑d由標(biāo)準(zhǔn)中查取。鍵長L根據(jù)輪轂的寬度確定，但應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)系列。平鍵聯(lián)接的失效形式：

工作面的壓潰和鍵的剪斷。強(qiáng)度計(jì)算：對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)材料的標(biāo)準(zhǔn)連接，通常只校驗(yàn)擠壓強(qiáng)度返回

鍵的強(qiáng)度校驗(yàn)

假設(shè)：鍵的側(cè)面的作用力沿鍵的工作長度和高度均勻分布。擠壓強(qiáng)度條件為：返回2、花鍵聯(lián)接定義：軸和輪轂周向均布的多個(gè)鍵齒構(gòu)成的聯(lián)接稱為花鍵聯(lián)接。特點(diǎn)：比平鍵聯(lián)接具有承載能力高，對(duì)軸削弱程度小（齒淺、應(yīng)力集中?。?，定心好和導(dǎo)向性能好。矩形花鍵聯(lián)接漸開線花鍵返回

3、銷聯(lián)接返回作用：固定零件之間的相互位置，傳遞轉(zhuǎn)矩。基本類型：圓柱銷和圓錐銷。特點(diǎn)：靠擠壓和剪切傳遞轉(zhuǎn)矩，用于定位時(shí)，同一平面的定位銷至少要有兩個(gè)。

4、成型聯(lián)接返回柱形面錐形面定義：利用非圓截面與相應(yīng)的轂孔構(gòu)成的連接。特點(diǎn)：應(yīng)力集中小、定心性好、承載能力高、裝拆方便，但加工具有一定難度。直軸返回

曲軸返回內(nèi)燃機(jī)返回

撓性軸返回轉(zhuǎn)軸返回心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸和固定心軸返回傳動(dòng)軸返回空心軸返回1、周向固定方法鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接成形聯(lián)接彈性環(huán)聯(lián)接聯(lián)銷接過盈配合聯(lián)接返回２、軸向固定方法返回（１）軸肩和軸環(huán)返回

（2）套筒固定返回

（3）軸端擋圈固定返回（4）錐面

裝拆方便，可兼作周向固定。宜用于高速、沖擊及對(duì)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(shí)現(xiàn)零件的雙向固定。返回

（5）圓螺母固定返回

（6）彈性擋圈固定返回

（7）緊定螺釘與鎖緊擋圈緊定螺釘鎖緊擋圈返回1、加工工藝性：返回

退刀槽、越程槽以及鍵槽的布置等。2、裝配工藝性返回ａ、合理的階梯軸直徑；ｂ、軸端導(dǎo)角；ｃ、滿足軸承裝拆要求等。1、改善軸的結(jié)構(gòu)形狀增加過度軸環(huán)加工內(nèi)凹圓角返回2、改善軸的表面狀態(tài)采用滾壓、噴丸或滲碳、氰化、氮化、高頻淬火等表面強(qiáng)化處理方法，有助于極大地提高軸的承載能力。返回1、按許用切應(yīng)力計(jì)算

對(duì)于只傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的圓截面軸，其強(qiáng)度條件為：校核公式設(shè)計(jì)公式返回計(jì)算常數(shù)C的選取：

軸的材料Q235、20

4540Cr35SiMn35CrMo[τ]T/MPa12~2030~4040~52C159~135118~106106~97（注：當(dāng)軸所受彎矩較小或只受轉(zhuǎn)矩時(shí)，C取小值，否則取較大值；若求的直徑的軸段上開有鍵槽時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增大軸徑，單鍵增大3%,雙鍵增大7%。）返回2、按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算簡化成簡支梁力的作用點(diǎn)：彎矩、扭矩，簡化在中點(diǎn)，支反力作用點(diǎn)：與軸承類型和布置方式有關(guān)。返回

斜齒輪減速器低速軸設(shè)計(jì)返回返回（1）畫出軸的空間受力簡圖；（2）將外載荷分解到水平面和垂直面內(nèi)；（3）作垂直面彎矩MV

圖和水平面彎矩MH圖；（4）作合成彎矩M

圖；（5）作轉(zhuǎn)矩T圖；（6）作當(dāng)量彎矩Me圖；（7）強(qiáng)度計(jì)算（確定危險(xiǎn)剖面、強(qiáng)度校驗(yàn)或軸徑計(jì)算）

按彎扭合成強(qiáng)度

計(jì)算軸徑的一般步驟如下：返回其中α為考慮轉(zhuǎn)矩與彎矩引起的應(yīng)力性質(zhì)不同而設(shè)立的應(yīng)力校正系數(shù)：對(duì)于不變化的轉(zhuǎn)矩：α=0.3對(duì)于脈動(dòng)變化轉(zhuǎn)矩：α=0.6對(duì)于對(duì)稱循環(huán)轉(zhuǎn)矩：α=1返回3、按許用安全系數(shù)校核軸的疲勞強(qiáng)度

該方法是考慮軸上變應(yīng)力的循環(huán)特性、應(yīng)力集中、表面質(zhì)量及尺寸因素等對(duì)軸疲勞強(qiáng)度影響的精確校核方法。返回二、軸的剛度計(jì)算簡介設(shè)計(jì)時(shí)的軸的剛度條件