第十一章 轴

机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴第十一章轴轴是机器中的重要零件之一，用来支承轴上的零件，并传递运动和动力。机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴带式运输机机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴二级圆柱齿轮减速器机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴蜗杆传动机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴11.1概述1、按轴的轴线形状分：直轴、曲轴、挠性轴。2、按轴承受的载荷性质分：转轴、心轴、传动轴。3、按轴的外部结构形状分：光轴、阶梯轴。4、按轴的截面形状分：实心轴、空心轴。11.1.1轴的分类机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴11.1.2轴的设计要求和设计步骤轴的设计必须满足的基本要求：合理的结构和足够的强度。轴的设计步骤：1）选材；2）估算轴的直径；3）轴的结构设计；4）轴的强度校核；5）必要时作刚度和稳定性校核。已知条件选择轴的材料初算轴径结构设计计算弯矩校核计算完善设计修改直径转轴设计程序框图机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴11.1.3轴的材料碳素钢：优质碳素钢35~50，正火或调质处理，具有较好的综合性能,普通碳素钢Q235、Q275，可用于承载较小的轴合金钢：20Cr等，机械强度高，用于特殊要求和重要轴，对应力集中敏感球墨铸铁：QT400等，适宜制造成型轴，价廉、耐磨、吸振、流动性好钢材的种类和热处理对其弹性模量影响很小。机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴11.2轴的结构设计轴的结构设计的主要要求是：1、满足使用要求：ａ、周向固定；ｂ、轴向固定。2、良好的结构工艺性：ａ、加工工艺性；ｂ、装配工艺性。3、提高轴的疲劳强度：ａ、改进轴的结构形状；ｂ、改善轴的表面状态。机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴减速器低速轴结构图机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴11.3轴的计算轴的强度计算：１、按许用切应力计算；２、按弯扭合成强度计算；３、安全系数校核计算。轴的刚度计算：轴的振动稳定性：机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴11.4轴毂连接轴毂连接：用来实现轴、毂之间的周向固定以传递转矩的连接。常用轴毂连接的类型：键连接、花键连接、销连接、成型连接和过盈连接。机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴判断轴结构设计中的错误机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴键连接键主要用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递转矩。有些类型的键还可同时实现轴上零件的周向固定和轴向移动。键连接分：平键连接、半圆键连接、楔键连接等返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴1.平键联接特点：平键的两侧是工作面，上表面与轮毂键槽底面间有间隙。类型：常用的平键有普通平键和导向平键。返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴（1）普通平键1、类型：A型（圆头)、B型（方头）、C型（单圆头）。2、轴上键槽加工方法：指状铣刀（A、C型）或盘铣刀（B型）。3、毂上键槽加工方法：插削或拉削。普通平键连接属于静连接返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴普通平键连接返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴（2）导向平键连接导向平键连接属于动连接返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴导向平键实例返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴2.半圆键连接特点：键的侧面为工作面，键的上表面与毂槽底面间有间隙。适于轻载、锥形轴端的连接。返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴半圆键实例返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴3.楔键联接特点：楔键的上下面为工作面，通过挤压产生摩擦力传递转矩，并可实现轴向固定。返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴普通楔键和钩头楔键返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴4、平键联接的尺寸选择和强度校核键的材料及尺寸选择：键的材料：抗拉强度不低于600MPa钢材。尺寸选择：键的截面尺寸根据键所在轴径d由标准中查取。键长L根据轮毂的宽度确定，但应符合标准系列。平键联接的失效形式：工作面的压溃和键的剪断。强度计算：对于标准材料的标准连接，通常只校验挤压强度bh返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴键的强度校验24[]pPFTTkldkldhl假设：键的侧面的作用力沿键的工作长度和高度均匀分布。挤压强度条件为：返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴2、花键联接定义：轴和轮毂周向均布的多个键齿构成的联接称为花键联接。特点：比平键联接具有承载能力高，对轴削弱程度小（齿浅、应力集中小），定心好和导向性能好。矩形花键联接渐开线花键返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴3、销联接返回作用：固定零件之间的相互位置，传递转矩。基本类型：圆柱销和圆锥销。特点：靠挤压和剪切传递转矩，用于定位时，同一平面的定位销至少要有两个。机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴4、成型联接返回柱形面锥形面定义：利用非圆截面与相应的毂孔构成的连接。特点：应力集中小、定心性好、承载能力高、装拆方便，但加工具有一定难度。机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴直轴返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴曲轴返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴内燃机返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴挠性轴返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴转轴返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴心轴转动心轴和固定心轴返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴传动轴返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴空心轴返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴1、周向固定方法键联接花键联接成形联接弹性环联接联销接过盈配合联接返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴２、轴向固定方法返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴11rCaC轴肩圆角半径倒角轴肩高rRaR轴肩圆角半径圆角半径轴肩高（１）轴肩和轴环返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴（2）套筒固定返回应保证：Bl机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴（3）轴端挡圈固定返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴（4）锥面装拆方便，可兼作周向固定。宜用于高速、冲击及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。返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴（5）圆螺母固定返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴（6）弹性挡圈固定返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴（7）紧定螺钉与锁紧挡圈紧定螺钉锁紧挡圈返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴1、加工工艺性：返回轴径变化不要太大留螺纹退刀槽、砂轮越程槽键槽布置在同一直线各轴段直径按标准取值机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴2、装配工艺性返回ａ、采用阶梯轴；ｂ、轴端导角；ｃ、满足轴承装拆要求等。机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴1、改善轴的结构形状增加过度轴环加工内凹圆角返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴2、改善轴的表面状态采用滚压、喷丸或渗碳、氰化、氮化、高频淬火等表面强化处理方法，有助于极大地提高轴的承载能力。返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴1、按许用切应力计算对于只传动转矩的圆截面轴，其强度条件为：MPadnPWTTTT][2.01055.93663339.55100.2TPPdCmmnn校核公式设计公式返回用于只受转矩的圆截面轴的校核和计算或用于弯扭复合作用轴的粗算轴径机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴计算常数C的选取：轴的材料Q235、204540Cr35SiMn35CrMo[τ]T/MPa12~2030~4040~52C159~135118~106106~97（注：当轴所受弯矩较小或只受转矩时，C取小值，否则取较大值；若求的直径的轴段上开有键槽时，应适当增大轴径，单键增大3%,双键增大7%。）返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴2、按弯扭合成强度条件计算简化成简支梁力的作用点：弯矩、扭矩，简化在中点，支反力作用点：与轴承类型和布置方式有关。返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴斜齿轮减速器低速轴设计返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴（1）画出轴的空间受力简图；（2）将外载荷分解到水平面和垂直面内；（3）作垂直面弯矩MV图和水平面弯矩MH图；（4）作合成弯矩M图；（5）作转矩T图；（6）作当量弯矩Me图；（7）强度计算（确定危险剖面、强度校验或轴径计算）22;HVMMM22();eMMT按弯扭合成强度计算轴径的一般步骤如下：WeeedMWM][1.013返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴其中α为考虑转矩与弯矩引起的应力性质不同而设立的应力校正系数：对于不变化的转矩：α=0.3对于脉动变化转矩：α=0.6对于对称循环转矩：α=122();eMMT返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴3、按许用安全系数校核轴的疲劳强度该方法是考虑轴上变应力的循环特性、应力集中、表面质量及尺寸因素等对轴疲劳强度影响的精确校核方法。返回][22SSSSSSmaaKS1maaKS1机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴二、轴的刚度计算简介设计时的轴的刚度条件为][yy挠度][偏转角[]扭转角返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴三、轴的振动稳定性概念振动：轴的转速达到一定值时，运转便不稳定而发生显著的反复变形，这种现象叫轴的振动。共振：若轴所受的外力频率与轴的自振频率一致时,运转便不稳定而发生显著的振动,这种现象称为轴的共振。返回机械设计基础2006秋刘文涛第11章轴crn1)8.0~75.0(crnn217.04.1crcrnnn产生共振时轴的转速称为临界转速。轴的临界转速可以有许多个,一阶、二阶、三阶……刚性轴:工作转速低于一阶临界转速的轴。挠性轴:超过一阶临界转速的轴。返回