机械设计基础第十四章轴ppt课件

1、 轴的功用和类型轴的功用和类型 轴的资料轴的资料 轴的构造设计轴的构造设计 轴的强度计算轴的强度计算 轴的刚度计算轴的刚度计算 轴的临界转速的概念轴的临界转速的概念一、轴的功用一、轴的功用 支撑回转零件，如齿轮、带轮；支撑回转零件，如齿轮、带轮； 传送运动和转矩传送运动和转矩二、轴的类型二、轴的类型 心轴心轴 只接受弯矩只接受弯矩 传动轴传动轴 只接受转矩只接受转矩 转轴转轴 既受弯矩、又受转矩既受弯矩、又受转矩按受载按受载 直直 轴光轴、阶梯轴轴光轴、阶梯轴 曲曲 轴轴按轴心线按轴心线三、轴设计时所要处理的问题三、轴设计时所要处理的问题 确定轴的外形和尺寸确定轴的外形和尺寸 防止轴发生疲劳断

2、裂防止轴发生疲劳断裂 防止轴发生过大的弹性变形防止轴发生过大的弹性变形 防止轴发生共振防止轴发生共振4、振动稳定性问题、振动稳定性问题3、刚度问题、刚度问题2、强度问题、强度问题1、构造问题、构造问题第二节 轴的资料 轴的资料常采用碳素钢和合金钢。 碳素钢 20、35、45、50等优质碳素构造钢，45钢用的最广；热处置多采用正火、调质处置；毛坯多采用扎制圆钢和锻件。 不重要或受力较小的轴，可采用Q235、Q275等普通碳素构造钢。 合金钢 20Cr、40Cr、20CrMnTi、35SiMn、38CrMoAlA、40CrNi等，合金钢具有较高的力学性能，可淬性好，但价钱较贵。 留意：当轴的刚度不

3、够时，应思索从构造上加以处理，而不能用合金钢来替代碳钢，这是由于普通温度下，二者的弹性模量相差很小。 球墨铸铁 制造曲轴、凸轮轴。第三节 轴的构造设计轴的构造应满足的要求：轴的构造应满足的要求：加工工艺性要好，即轴应便于加工。加工工艺性要好，即轴应便于加工。便于轴上零件装拆，调整方便。便于轴上零件装拆，调整方便。轴上零件要有准确的定位。轴上零件要有准确的定位。轴上零件要有可靠的固定。轴上零件要有可靠的固定。尽量使轴的受力合理，尽量减少应力集中。尽量使轴的受力合理，尽量减少应力集中。一、加工工艺要求一、加工工艺要求光轴光轴 等强度轴等强度轴 阶梯轴阶梯轴 第三节 轴的构造设计轴颈轴颈 与轴承相配

4、的部分；与轴承相配的部分；轴头轴头 与轮毂相配的部分；与轮毂相配的部分；轴身轴身 衔接轴颈与轴头的部分；衔接轴颈与轴头的部分；轴头轴头 轴身轴身 轴颈轴颈 第三节 轴的构造设计 为便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯轴为便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯轴 。对。对于普通剖分式箱体中的轴，它的直径从轴端逐渐于普通剖分式箱体中的轴，它的直径从轴端逐渐向中间增大，如图向中间增大，如图14-7所示，可依次将齿轮、套所示，可依次将齿轮、套筒、左端滚动轴承、轴承盖和带轮从轴的左端装筒、左端滚动轴承、轴承盖和带轮从轴的左端装拆，另一滚动轴承从右端装拆。为使轴上零件易拆，另一滚动轴承从右端装拆。为使轴上零件易

5、于安装，轴端及各轴段的台阶处都应有倒角。于安装，轴端及各轴段的台阶处都应有倒角。 磨削的轴段应留有砂轮越程槽；车制螺纹的轴段磨削的轴段应留有砂轮越程槽；车制螺纹的轴段应留有退刀槽。应留有退刀槽。二、制造安装要求二、制造安装要求第三节 轴的构造设计倒角倒角 砂轮越程槽砂轮越程槽 第三节 轴的构造设计轴环轴环第三节 轴的构造设计 三、轴上零件的轴向定位和固定 定位 使轴上零件处于正确的任务位置； 固定 使轴上零件结实地坚持这一位置。 目的 防止轴上零件任务时发生轴向蹿动。 常用的轴向定位和固定方法： 轴肩或轴环 轴肩定位方便可靠，而且能接受较大的轴向力。由于采用轴肩使轴的直径增大，并引起应力集中，

6、且轴肩太多也不利于加工，所以定位轴肩多在轴向力较大，且不致过多添加阶梯数的情况下采用。阶梯轴上截阶梯轴上截面变化处面变化处第三节 轴的构造设计 定位轴肩的高度：定位轴肩的高度：h(23)C 或或 (23)R 非定位轴肩：非定位轴肩：h12 mm，作用是便于轴上零件，作用是便于轴上零件的装拆。的装拆。 为保证定位准确，为保证定位准确，R 或或 C r 轴环宽度普通取：轴环宽度普通取：b 1.4 h 滚动轴承的定位轴肩或轴环高度滚动轴承的定位轴肩或轴环高度 查规范不查规范不大于滚动轴承内圈的高度大于滚动轴承内圈的高度 套筒定位套筒定位 多用于轴上两个零件间隔不大，或不便于加工轴多用于轴上两个零件间

7、隔不大，或不便于加工轴肩的情况。采用套筒可防止应力集中，但因套筒肩的情况。采用套筒可防止应力集中，但因套筒与轴配合较松，所以不宜用于高速轴上。与轴配合较松，所以不宜用于高速轴上。为相配零件为相配零件的倒角尺寸的倒角尺寸为相配零件为相配零件的圆角尺寸的圆角尺寸第三节 轴的构造设计 圆螺母圆螺母 螺螺 母可传送较大的轴母可传送较大的轴向力，用于轴上两零向力，用于轴上两零件间隔较远时，或轴件间隔较远时，或轴端。需切制螺纹，减端。需切制螺纹，减弱了轴的强度。弱了轴的强度。 轴端挡圈轴端挡圈 轴端挡圈定位也非经轴端挡圈定位也非经常见。用于固定轴端常见。用于固定轴端零件，能接受较大的零件，能接受较大的轴向

8、力。轴向力。第三节 轴的构造设计 弹性挡圈弹性挡圈 需切环槽，减弱了轴的强度。需切环槽，减弱了轴的强度。接受不大的轴向力。接受不大的轴向力。 锥面锥面 常与轴端挡圈配合运用。常与轴端挡圈配合运用。 紧定螺钉紧定螺钉 定位方法简单，轴上零件可沿定位方法简单，轴上零件可沿轴向调整位置，并可兼作周向轴向调整位置，并可兼作周向固定，但这种构造只能接受很固定，但这种构造只能接受很小的轴向力，且不适用于高速。小的轴向力，且不适用于高速。采用这些方法固定采用这些方法固定轴上零件时，为保轴上零件时，为保证固定可靠，应使：证固定可靠，应使：与轮毂相配的轴段与轮毂相配的轴段长度比轮毂宽度短长度比轮毂宽度短2 23

9、 mm3 mm，即：，即：l lB - (23)B - (23)第三节 轴的构造设计 轴承端盖轴承端盖 用螺钉或槽与箱体联接，用螺钉或槽与箱体联接，使轴承外圈固定，普通情使轴承外圈固定，普通情况下，整个轴也由此固定。况下，整个轴也由此固定。此外还有防尘作用。此外还有防尘作用。 四、轴上零件的周向固定四、轴上零件的周向固定 为传送运动和扭矩大多数为传送运动和扭矩大多数采用键平键、半圆键采用键平键、半圆键花键。在传力很小时，可花键。在传力很小时，可采用紧配合或紧定螺钉。采用紧配合或紧定螺钉。第三节 轴的构造设计 为保证轴上零件紧靠在定位面轴肩，轴为保证轴上零件紧靠在定位面轴肩，轴肩的圆角半径肩的圆

10、角半径r必需小于相配零件的倒角必需小于相配零件的倒角C1或圆角或圆角半径半径R，轴肩高度，轴肩高度h必需大于必需大于C1或或R。第三节 轴的构造设计 四、改善轴的受力情况，减小应力集中 合理布置轴上零件可以改善轴的受力情况。第三节 轴的构造设计 减小应力集中 零件截面发生忽然变化的地方，都会产生应力集中。合金钢对应力集中比较敏感，尤需加以留意。第四节 轴的强度计算 由于轴类零件的构造较复杂，受力情况也较复杂，因此应先将其受力方式简化，然后再进展计算。简化方法： 均布载荷分布较短时，按集中载荷计算。 轴与轴上零件的自重普通忽略。 支反力作用点按轴承方式作为铰链支座处置。 轴的设计首先要保证其强度

11、，下面引见常用的几种强度计算方法。 一、按改动强度计算 这种方法适用于只接受转矩的传动轴的准确计算，也可用于即受弯矩又受扭矩的轴的近似计算。第四节 轴的强度计算 对于只传送转矩的圆截面的轴，其强度条件为第四节 轴的强度计算设计公式第四节 轴的强度计算 二、按弯扭合成强度计算 当轴的支点位置及轴上所受的载荷大小、方向和作用点确定后，即可求出支反力。画出弯矩图和扭矩图，并找出危险截面。 对于普通钢轴按第三强度实际即最大切应力实际求出危险截面的当量应力e，其强度条件第四节 轴的强度计算第四节 轴的强度计算第四节 轴的强度计算第四节 轴的强度计算第四节 轴的强度计算 假设计算的截面有一个键槽，那么将计

12、算出的轴的直径 d加大4%左右，假设两个键槽，那么增大8%，然后圆整成规范直径。 对于普通用途的轴，按上述方法设计计算即可。对于重要的轴，还需进一步的强度校核如平安系数法 平安系数的校核计算包括疲劳强度和静力强度两项内容。 疲劳强度的校核即计入应力集中、外表形状和绝对尺寸影响以后的准确校核。 静强度校核的目的在于校核轴对塑性变形的抵抗才干。第四节 轴的强度计算 例14-1 试计算某减速器输出轴(14-8a)危险截面的直径。知作用在齿轮上的圆周离力Ft=17400N，径向力Fr=6410N，轴向力Fa=2860N，齿轮分度圆直径d2=146mm，作用在轴右端带轮上外力F=4500N方向未定，L=

13、193mm，K=206mm。第四节 轴的强度计算第四节 轴的强度计算第四节 轴的强度计算第四节 轴的强度计算第五节 轴的刚度计算 轴在弯矩作用下会产生弯曲变形，受改动作轴在弯矩作用下会产生弯曲变形，受改动作用会产生改动变形。假设轴的刚度不够，就会影用会产生改动变形。假设轴的刚度不够，就会影响轴的正常任务。因此设计时需求根据轴的任务响轴的正常任务。因此设计时需求根据轴的任务条件限制其变形量，即条件限制其变形量，即第五节 轴的刚度计算一、弯曲变形计算一、弯曲变形计算计算轴在弯矩作用下所产生的挠度计算轴在弯矩作用下所产生的挠度y和转角和转角的方法的方法很多。在资料力学课程中已研讨过两种：很多。在资料力学课程中已研讨过两种：按挠度曲线的近按挠度曲线的近似微分方程式积分似微分方程式积分求解求解变形能法。对