轴课件

§15-1概述§15-2轴的结构设计§15-3轴的计算第十五章轴§15-1概述一轴的用途轴用于支承回转零件(如齿轮、凸轮、带轮等)，使其有确定的工作位置，传递运动和动力，并通过轴承支承在机架或机座上。§15-1概述二轴的类型按受载性质分：心轴——只承受弯矩而不承受转矩的轴，如自行车轮轴。按轴转动与否，又可分为转动心轴和固定心轴。传动轴——指只受转矩不受弯矩或受很小弯矩的轴，如联接汽车发动机输出轴和后桥的轴。转轴——指既受弯矩又受转矩的轴，转轴在各种机器中最为常见。转轴：M+T；心轴：M；传动轴：T转轴心轴传动轴只受弯矩M只受扭矩T既受弯矩M，又受扭矩T转动心轴固定心轴§15-1概述心轴只受弯矩M转动心轴固定心轴转动心轴固定心轴§15-1概述传动轴只受扭矩T传动轴§15-1概述转轴既受弯矩M，又受扭矩T转轴§15-1概述按轴线分：挠性钢丝轴直轴曲轴光轴阶梯轴可以弯曲且不影响传递扭矩。比如汽车、摩托车和轮船里程表、转速表，计数器，割草机及各种机械转动仪表中的、通下水的等等三轴设计的主要内容设计任务—选材、结构设计、校核工作能力结构设计：确定轴段的长度和直径根据轴上零件的定位、固定、安装以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的形状和尺寸—校核工作能力强度—防止轴发生疲劳断裂刚度—防止轴发生过大的弹性变形振动稳定性—防止高速时轴发生共振轴的设计过程N选择材料结构设计轴的工作能力验算验算合格?Y结束强度问题结构问题重点本章讨论：疲劳强度高对应力集中的敏感性小①碳钢如：4540特点：价廉、对应力集中敏感性低、可进行热处理。②合金钢如：40Cr20Cr特点：机械性能比碳钢高，淬火性能更好，但价高、对应力集中敏感性高、可进行热处理。③铸铁如：QT600－3特点：容易制造复杂形状的零件、价廉、有良好的吸振性、和耐磨性、对应力集中敏感性低。要求常用材料四轴的材料用途：碳钢比合金钢价廉，且具有较好的综合力学性能，对应力集中的敏感性较低。应用较多，适用于一般要求的轴，尤其以45钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴:如传递大功率并要求减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高温、低温和腐蚀条件等。轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件，各种热处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴，且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，但是质较脆。在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。种类碳素钢：35、45、50、Q235合金钢:20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等铸钢或球墨铸铁正火或调质处理。四轴的材料四轴的材料在其它条件相同时，把轴材料由碳素钢改为合金钢能提高轴的刚度吗？不能。因为这两种材料的弹性模量E相差无几§15-2轴的结构设计加工工艺性要好便于轴上零件装拆轴上零件要有准确的定位轴上零件要有可靠的固定尽量减少应力集中需考虑的问题：设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。F等强度阶梯轴应有利于提高轴的强度和刚度§15-2轴的结构设计轴颈轴头轴身—与轴承相配的部分尺寸=轴承内径—与轮毂相配的部分直径与轮毂内径相当—连接轴颈与轴头部分轴颈轴身轴头轴的常用术语：轮毂：齿轮中心的圆柱部分，常带有一孔，其作用是安装在轴上使其在轴上转动或与轴一起转动滚动轴承齿轮滚动轴承键槽联轴器轴颈轴身轴头轴颈轴身轴头轴承盖轴承盖典型轴系结构轴上零件的布置——预定出轴上零件的装配方向、顺序和相互关系，它决定了轴的结构形状。装配方案——以轴最大直径处的轴环为界限，轴上零件分别从两端装入。按安装顺序即可形成各轴段粗细和结构形式的初步布置方案。在拟定方案时，可以考虑几个方案，以供比较选择。一拟定轴上零件的装配方案④为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。制造安装要求：②③⑥⑦①⑤①轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。图示圆锥圆柱齿轮减速器输出轴就有两种装配方案装配方案的比较：方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一合理一）零件轴向固定的目的防止零件沿轴向窜动，确保零件轴向准确位置。二）常用轴向固定过渡圆角r定位高度h由组成轴肩轴环rhdDhrDd二轴上零件的轴向固定1.轴肩或轴环—阶梯轴上截面变化之处特点：定位可靠，能承受较大的轴向载荷，用于各类零件的轴向定位和固定。注意事项：1）轴的过渡圆角半径r——应小于轴上零件的倒角C或圆角半径R；R轴环rhdDc轴肩hrDdb2）轴环宽度b——b1.4h≥10mm3）轴肩轴环高度h定位轴肩：高度hC(或R),通常取h=(2～3)C或(2～3)R或h=0.07d+(2～3)mm滚动轴承：轴肩高度滚动轴承内圈高度非定位轴肩：为使零件装拆方便，取h=(1～2)mmc轴肩hrDd轴环rhdDRb轴肩的尺寸要求b≈1.4hDdDdh≈(0.07d~0.1d)mmDdDdb轴肩高度定位轴肩:非定位轴肩:h=6～10mmh=1～3mmhh轴环-常用于两个距离相近的零件之间，起定位和固定的作用。套筒与轴之间配合较松，不宜用于转速较高的轴上。套筒注意：轮毂宽度B轴头长度l，取l=B-（2~3）mmBl2.套筒结构不合理！与滚动轴承相配合处的轴肩高度不能超过轴承内圈高度----常与轴肩或锥面联合使用，固定零件稳定可靠，能承受较大的轴向力。注意：轮毂宽度B轴头长度l，取l=B-（2~3）mm轴肩B轴端挡圈止动垫片止动销l止动垫片止动销轴端挡圈螺钉螺钉3.轴端挡圈轴向定位和固定——轴端挡板当零件位于轴端时，可用轴端挡板与轴肩、轴套、圆锥面等的组合，使零件双向固定。挡板用螺钉紧固在轴端并压紧被定位零件的端面。该方法简单可靠、装拆方便，但需在轴端加工螺纹孔。---装拆方便，可兼作周向固定。宜用于高速、重载及零件对中性要求高的场合。只用于轴端，常与轴端挡圈联合使用，实现零件的双向固定。锥面轴端挡圈螺钉止动垫片4.圆锥面轴向定位和固定——圆锥面将轴与零件的配合面加工成圆锥面，可以实现轴向定位。圆锥面的锥度小时，所需轴向力小，但不易拆卸，通常取锥度1:30～1:8。紧定套----固定可靠，可承受较大的轴向力，但需切制螺纹和退刀槽，会削弱轴的强度。常用于轴上两零件间距较大处，也可用于轴端。注意：零件宽度B轴长度l，取l=B-（2~3）mmlB止动垫圈圆螺母5.圆螺母与止动垫圈-----结构简单，但在轴上需切槽，会引起应力集中，一般用于轴向力不大的零件的轴向固定。弹性挡圈Bl注意：零件宽度B轴长度l，取l=B-（2~3）mm6.弹性挡圈轴向定位和固定——弹性挡圈在轴上切出环形槽(手册)，将弹性挡圈嵌入槽中，利用它的侧面压紧被定位零件的端面，图为轴肩与弹性挡圈联合使用的情况。这种定位方法工艺性好、装拆方便，但对轴的强度消弱较大，常用于所受轴向力小的轴。为防松，需加止动垫圈或使用双螺母。止动垫圈----结构简单，可兼作周向固定，传递不大的力或力矩，不宜用于高速。紧定螺钉7.紧定螺钉轴向定位和固定——锁紧挡圈、紧定螺钉锁紧挡圈用紧定螺钉固定在轴上，装拆方便，但不能承受大的轴向力。必须注意：1）轴上零件一般均应作双向固定，可将各种方法联合使用。2）保证固定可靠，防止过定位，L轴段长度=B轮毂宽-(2~3)mm。2~32~3轴向定位的方法轴肩定位：多用于轴向力较大的场合。套筒定位：多用于两个零件之间的定位。圆螺母定位：可承受大的轴向力，一般用于轴端零件的固定。（图15-10）轴端挡圈：用于轴端零件的固定。其它：用于较小轴向力的场合。如：弹性挡圈、紧定螺钉、锁紧挡圈、圆锥面定位等。（图15-11---图15-13）轴承端盖定位：一般也用于整个轴系的轴向定位一）零件周向固定的目的使零件能同轴一起转动，传递转矩。二）常用周向固定周向固定大多采用键、花键、过盈配合或销等联接形式来实现。键槽应设计成同一加工直线。键联接——制造简单，装拆方便。用于传递转矩较大，对中性要求一般的场合，应用最为广泛。三轴上零件的周向固定花键联接——承载能力高，定心好，导向性好，但制造较困难，成本较高。用于传递转矩大，对中性要求高或导向性好的场合。过盈配合联接——结构简单，定心好，承载能力高，工作可靠，但装配困难，对配合尺寸的精度要求较高。销联接——用于固定不太重要，受力不大，但同时需要轴向固定的零件。零件的周向定位1）普通平键联接★布置在同一母线上2）其它周向定位方式：导向平键、半圆键、花键、销、紧定螺钉及过盈配合等。销1、d：由载荷→dmin→由结构设计要求确定各段的d。2、L：由轴上零件相对位置及零件宽度决定，同时考虑：1）轴段长比轮毂宽小2~3mm——可靠定位。2）传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离(查手册)。四各轴段直径和长度的确定§6-2轴的结构设计轴结构设计时，各轴段直径确定的基本原则：①按一定的方法确定出轴的最细处直径dmin③有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径②安装标准件的轴径，应满足标准件装配尺寸要求1)装配轴承与滚动轴承配合段轴径一般为5的倍数；(φ20~495mm)与滑动轴承配合段轴径应采用标准直径系列轴套：…32、35、38、40、45、48、50、55、60、65、70…..2)装配联轴器配合段直径应符合联轴器的尺寸系列：联轴器的孔径与长度系列孔径d3032353840424548505565606365…长系列82112142短系列6084107长度L常用的与轴相配的标准件有滚动轴承、联轴器等。配合轴段的直径应由标准件和配合性质确定§6-2轴的结构设计有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径：标准直径应按优先数选取：R51.001.602.504.006.3010.00R101.001.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.001.001.121.251.401.601.802.002.242.502.803.153.554.004.505.005.606.307.108.009.0010.001.001.061.121.181.251.321.401.501.601.701.801.902.002.122.242.362.502.652.803.003.153.353.553.754.004.254.504.755.005.305.606.006.306.707.107.508.008.509.009.5010.00R40R20此表参见《机械设计课程设计》优先数----表中任意一个数值§6-2轴的结构设计什么是优先数系和优先数优先数是由公比分别为，且项值中含有10的整数幂的理论等比数列导出的一组近似等比的数列。各数列分别用符号R5，R10，R20，R40和R80表示。称为R5数系、R10数系、R20数系、R40数系和R80数系。即：R5数系：以≈1.60为公比形成的数系；R10数系：以≈1.25为公比形成的数系；R20数系：以≈1.12为公比形成的数系；R40数系：以≈1.06为公比形成的数系；以上称为基本系列。R80数系：以≈1.03为公比形成的数系；它称为补充系列。仅在参数分级很细，基本系列不能适应实际情况时，才可靠考虑采用。优先数系中有任一个项值均称为优先数。根据GB321的规定，优先数和优先数系适用于各种量值的分级，特别是在确定产品的参数或参数系列时，必须按该标准的规定最大限度地采用，这就是“优先”的含义。51020408010,10,10,10,10——便于加工、测量、维修及轴上零件的拆装一）轴的加工工艺性要求1.不同轴段的键槽，应布置轴的同一母线上，以减少键槽加工时的装卡次数；a.正确结构b.不正确结构五轴的结构工艺性2.需磨制轴段时，应留砂轮越程槽；需车制螺纹的轴段，应留螺纹退刀槽。3.相近直径轴段的过渡圆角、键槽、越程槽、退刀槽尺寸尽量统一。砂轮越程槽0