机械学轴学习教案

1、会计学1机械学轴机械学轴第一页，共61页。第1页/共61页第二页，共61页。第2页/共61页第三页，共61页。第3页/共61页第四页，共61页。按形状按形状(xngzhun)(xngzhun)1、直轴、直轴第4页/共61页第五页，共61页。按形状按形状(xngzhun)(xngzhun)2、曲轴、曲轴(qzhu)3、钢丝、钢丝(n s)软轴软轴第5页/共61页第六页，共61页。轴的材料主要(zhyo)采用常用的优质碳素钢有30、40、45、和50钢，其中(qzhng)45钢应用最多碳素钢合金钢常用(chn yn)的合金钢有20Cr、40Cr、35SiMn和35CrMo等第6页/共61页第七页，

2、共61页。轴的设计轴的设计(shj)设计(shj)计算结构设计轴的设计(shj)分三步进行:1.初定轴径;2.结构设计: 画草图, 确定轴的各段尺寸, 得到轴的跨距和力的作用点;3.计算弯矩、弯曲应力及扭剪应力，进行校核计算。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轴的设计主要解决两个方面的问题轴的设计主要解决两个方面的问题第7页/共61页第八页，共61页。按扭转强度按扭转强度(qingd)计算计算2 . 01055. 936dnPWTTmmnPAnPd336 2 . 01055. 9或计算公式对于直径大于对于直径大于100mm的轴颈，有一个键槽时增

3、大的轴颈，有一个键槽时增大3%，两个键槽增加，两个键槽增加(zngji)7%；对于直径小于；对于直径小于100mm的的轴轴颈，有一个键槽增大颈，有一个键槽增大5%7%，有两个键槽增加，有两个键槽增加(zngji)10%15%。然后将轴颈圆整为标准直径。然后将轴颈圆整为标准直径。 第8页/共61页第九页，共61页。轴的结构设计的主要(zhyo)要求是：1、轴应便于加工，轴上零件应便于装拆。（制造安装(nzhung)要求）2、轴和轴上零件应有(yn yu)正确而可靠的工作位置。（ 定位固定要求）3、轴的受力合理，尽量减少应力集中等。以减速器的低速轴减速器的低速轴为例加以说明第9页/共61页第十页，

4、共61页。第10页/共61页第十一页，共61页。第11页/共61页第十二页，共61页。二、固定二、固定(gdng)要求要求1.轴上零件(ln jin)的轴向固定固定方法(1)、轴肩固定第12页/共61页第十三页，共61页。11rChC轴肩圆角半径倒角轴肩高rRhR轴肩圆角半径圆角半径轴肩高第13页/共61页第十四页，共61页。(2)、套筒固定(gdng)(3)、圆螺母固定(gdng)第14页/共61页第十五页，共61页。(4)、轴端挡圈(5)、弹性(tnxng)挡圈第15页/共61页第十六页，共61页。(6)、紧定螺钉(ludng)第16页/共61页第十七页，共61页。1）键2）花键2.轴上零

5、件(ln jin)的周向固定为了传递运动和转矩,或因某些需要(xyo),轴上零件还需有周向固定第17页/共61页第十八页，共61页。3）紧定螺钉(ludng)、销 4）过盈配合(pih)第18页/共61页第十九页，共61页。轴系结构(jigu)改错1.车削螺纹车削螺纹(luwn)处应有退刀槽处应有退刀槽2.轴承轴承(zhuchng)内圈定位的轴肩过高内圈定位的轴肩过高3.联接轴承处轴段应比轴承联接轴承处轴段应比轴承宽度窄。宽度窄。4.轴的阶梯段少轴的阶梯段少第19页/共61页第二十页，共61页。1.齿轮齿轮(chln)轮毂无键槽轮毂无键槽2.不能用套筒定位不能用套筒定位(dngwi)3.轴承轴

6、承(zhuchng)不能用键定位不能用键定位第20页/共61页第二十一页，共61页。1.左侧左侧(zu c)键太长，套筒无键太长，套筒无法装入法装入2.多个键应位于多个键应位于(wiy)同一母线上同一母线上第21页/共61页第二十二页，共61页。第22页/共61页第二十三页，共61页。4.定位(dngwi)轴肩高度一般取h=(0.070.1)d,非定位(dngwi)轴肩取1.5 2mm5.采用套筒、圆螺母、轴端挡圈定位(dngwi)时，为使其与所装零件端面相互靠紧，零件与轴配合的轴段长度一般比轮毂短2 3mm第23页/共61页第二十四页，共61页。6.套筒给轴承轴向定位(dngwi)，高度应低

7、于轴承内圈，便于装拆第24页/共61页第二十五页，共61页。第25页/共61页第二十六页，共61页。8.轴上有几个键槽时，为便于加工，各轴段键槽应设计在同一加工直线上，并在强度足够条件下尽量采用同一规格的键槽剖面(pumin)尺寸。第26页/共61页第二十七页，共61页。第27页/共61页第二十八页，共61页。0.5mm2-3mm挡油板画法(hu f)第28页/共61页第二十九页，共61页。油沟画法(hu f)油沟油沟第29页/共61页第三十页，共61页。第30页/共61页第三十一页，共61页。第31页/共61页第三十二页，共61页。第32页/共61页第三十三页，共61页。第33页/共61页第

8、三十四页，共61页。当轴端安装弹性(tnxng)套柱销联轴器时K值由联轴器的型号确定(1)第34页/共61页第三十五页，共61页。(2)当使用凸缘式轴承(zhuchng)盖时k值由联接 螺栓长度确定第35页/共61页第三十六页，共61页。当轴承(zhuchng)盖与轴端零件都不需拆卸时,一般取K=5mm8mm。(3)第36页/共61页第三十七页，共61页。12.1.4 轴径的初步轴径的初步(chb)估算估算以减速器的输出轴为例来讨论转轴(zhunzhu)的受力、应力及失效形式在AB之间的任意截面上，只有(zhyu)弯矩M，因此只有(zhyu)弯曲应力在BC之间的任意截面上，既作用有弯矩M，又作

9、用有转矩T，因此，即有弯曲应力 ，又有扭转剪应力而在CD之间的任意截面上，只作用有转矩T，因此只有扭转剪应力bb第37页/共61页第三十八页，共61页。弯曲应力 为对称循环变应力，其循环特征r=-1(见图a) 。扭转剪应力的循环特征r随转矩的性质而变化(binhu)。当转矩的大小及方向恒定不变时，扭转剪应力 为静应力，其循环特征r=+1（见图b）。b当转矩T按脉动循环(xnhun)变化时，扭转剪应力 也为脉动循环(xnhun)，其循环(xnhun)特征r=0（见图c）。当转矩T为对称循环时，扭转(nizhun)剪应力 也为对称循环，其循环特征r=-1（见图d）。图a图b图c图db轴的一般失效形

10、式是疲劳断裂。轴的一般失效形式是疲劳断裂。第38页/共61页第三十九页，共61页。一、轴的计算一、轴的计算(j sun)简图简图简化简化(jinhu)(jinhu)原则原则1.1.将阶梯将阶梯(jit)(jit)轴简化为一简支梁轴简化为一简支梁2.2.齿轮、带轮等传动件齿轮、带轮等传动件作用于轴上的均布载荷，作用于轴上的均布载荷，简化为集中力，作用点简化为集中力，作用点在轮缘宽度的中点。在轮缘宽度的中点。第39页/共61页第四十页，共61页。3.3.作用于轴上的转矩，简化为从传动件轮毂作用于轴上的转矩，简化为从传动件轮毂(lng)(lng)宽度宽度 中点算起的转矩。中点算起的转矩。4.4.轴的

11、支承轴的支承(zh chn)(zh chn)反力的作用点随轴承类型和布置方式有关。反力的作用点随轴承类型和布置方式有关。第40页/共61页第四十一页，共61页。b bbe224转轴转轴(zhunzhu)M Mr=-1r=-1T Tr=-1r=-1r=+1r=+1r=0r=0按第三强度按第三强度(qingd)(qingd)理论合成理论合成当量当量(dngling)(dngling)应力应力引入折合系数引入折合系数 bbe122)(4二、按弯扭合成强度计算二、按弯扭合成强度计算第41页/共61页第四十二页，共61页。合系数根据转矩性质而定的折)(4122bbe3 . 0,对于不变的转矩6 . 0,

12、当转矩脉动变化时1,矩对于对称循环变化的转第42页/共61页第四十三页，共61页。已知条件(tiojin)：轴的各段长度，截面尺寸，支反力 作用点校核危险(wixin)截面的当量应力 be计算(j sun)步骤：1)作计算简图：力学模型简支粱假设条件，前述2、3、4例：第43页/共61页第四十四页，共61页。2)计算(j sun)支反力：按照水平面和垂直面计算(j sun)ABCD3rF3tF3aF2rF2tF2aF11013080)(aVARVDR3tF2tFABCD第44页/共61页第四十五页，共61页。3)作垂直面内弯矩图VMVARVDR3tF2tFABCD第45页/共61页第四十六页，

13、共61页。4)作水平面内弯矩图HMHARHDR3rF2rFABCD2aF3aF22d23d第46页/共61页第四十七页，共61页。合M/CM/CM/BM/BM)(d5)作合成(hchng)弯矩图22HVMMM第47页/共61页第四十八页，共61页。6)作转矩图e7)求危险截面(jimin)的当量应力 ，即弯扭合成 bbeTbWTTWMM1224 bcaeWMWTM122或caM)(f)(/BMca)(/BMca)(/CMca)(/CMcad设计设计(shj)公公式式 3b1ca1.0M第48页/共61页第四十九页，共61页。设计时的轴的刚度(n d)条件为yy 挠度偏转角扭转角第49页/共61

14、页第五十页，共61页。12.2 联轴器联轴器和离合器是机械装置(zhungzh)中常用的部件，它们主要用于联接轴与轴，以传递运动与转矩，也可用作安全装置(zhungzh)。大致有以下类型： 联轴器用于将两轴联接在一起，机器(j q)运转时两轴不能分离，只有在机 器停车时才可将两轴分离； 离合器在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的一种装置。它 可用来操纵机器传动的断续，以便进行变速或换向；联轴器和离合器种类繁多，在选用标准件或自行设计时应考虑：传递转矩大小、转速高低、扭转刚度变化、体积大小、缓冲吸振能力等因素。第50页/共61页第五十一页，共61页。联轴器联轴器所联接的两轴，由于制造及安装

15、误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同(b tn)的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。xyxy轴向位移x径向位移y角位移综合位移x、y、一、联轴器所联两轴的相对(xingdu)位移 第51页/共61页第五十二页，共61页。弹性弹性(tnxng)联联轴器轴器刚性刚性(n xn)联轴器联轴器:套筒联轴器套筒联轴器凸缘联轴器凸缘联轴器滑块联轴器滑块联轴器齿式联轴器齿式联轴器万向联轴器万向联轴器弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器轮胎联轴器轮胎联轴器固定式固定式可移式可

16、移式第52页/共61页第五十三页，共61页。刚性(n xn)联轴器-固定式凸缘(t yun)联轴器套筒联轴器第53页/共61页第五十四页，共61页。刚性(n xn)联轴器-可移式滑块联轴器万向联轴器齿式联轴器 第54页/共61页第五十五页，共61页。弹性(tnxng)联轴器弹性(tnxng)套柱销联轴器弹性柱销联轴器轮胎联轴器 第55页/共61页第五十六页，共61页。联轴器的选择(xunz)大多数联轴器已经(y jing)标准化或规格化，一般机械设计者的任务是选用联轴器，选用的基本步骤为：选择联轴器的类型计算联轴器的计算转矩进行必要的承载能力校核规定部件相应的安装精度协调轴孔直径校核最大转矩确

17、定联轴器的型号 第56页/共61页第五十七页，共61页。选择(xunz)联轴器的类型应全面了解工作载荷的大小和性质、转速高低、工作环境等，结合常用联轴器的性能、应用范围及使用(shyng)场合选择联轴器的类型。低速、刚性大的短轴可选用刚性联轴器；低速、刚性小的长轴可选用无弹元件挠性联轴器；传递转矩较大的重型机械选用齿式联轴器；对于高速、有振动和冲击的机械，选用弹性元件挠性联轴器；轴线位置有较大变动的两轴，应选用万向联轴器；有安全保护要求的轴，选用安全联轴器。 计算联轴器的计算转矩TKT cK为载荷系数。T为轴的名义转矩。 第57页/共61页第五十八页，共61页。确定(qudng)联轴器的型号按TcT，由联轴器标准(biozhn)确定联轴器型号，T为联轴器的许用转矩。校核最大转速被联接轴的转速n，不应超过联轴器许用的最高转速nmax，即：nnmax协调轴孔直径被联接两轴的直径和形状（圆柱或圆锥）均可以不同，但必须使直径在所选联轴器型号规定的范围内，形状也应满足相应要求。 第58页/共61页第五十九页，共61页。1.选择或计算联轴器时，应该依据计算转矩Tc，即计算转矩大于 所传递(chund)