东北大学精密仪器设计与制造课件第十一章轴的设计1(3)

1、第十二章第十二章 轴的设计轴的设计12-1 12-1 概述概述12-3 12-3 轴的结构设计轴的结构设计 12-2 12-2 轴的初估计算轴的初估计算 12-1 概述概述 功用：功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。链轮、凸轮等。一、分类：一、分类：按外形分按外形分直轴直轴曲轴曲轴软轴软轴光轴光轴阶梯轴阶梯轴空心轴空心轴固定固定心轴心轴按载荷分按载荷分转轴转轴传传动动轴轴心轴心轴转动转动心轴心轴带式运带式运输机输机减速器减速器电动机电动机转轴转轴转轴转轴-传递扭矩传递扭矩又又承受弯矩承受弯矩。传动轴传动轴-只传递扭矩只传递扭矩发动机

2、发动机后桥后桥传动轴传动轴心轴心轴-只承受弯矩只承受弯矩例例1 1 火车轮轴火车轮轴例例1 1 自行车轴自行车轴2.2.按轴的形状分有：按轴的形状分有：直轴直轴曲轴曲轴阶梯轴阶梯轴光轴光轴挠性钢丝轴挠性钢丝轴空心轴空心轴阶梯轴：阶梯轴： 加工复杂，应力集中源较多，容易实现轴上零件的安装和定位。加工复杂，应力集中源较多，容易实现轴上零件的安装和定位。 应用：阶梯轴常用作转轴，比如减速器的轴。应用：阶梯轴常用作转轴，比如减速器的轴。曲轴曲轴: :主要用于各类发动机主要用于各类发动机挠性钢丝轴：挠性钢丝轴： 特点：可以把回转运动灵活地传到任何位置。特点：可以把回转运动灵活地传到任何位置。 应用：用于

3、连续振动的场合，具有缓冲和冲击的作用。应用：用于连续振动的场合，具有缓冲和冲击的作用。二、二、轴的材料轴的材料 具有足够的强度、足够的塑性、冲击韧性、抗具有足够的强度、足够的塑性、冲击韧性、抗磨损性和抗腐蚀性；对应力集中的敏感性小；具有磨损性和抗腐蚀性；对应力集中的敏感性小；具有良好的工艺性；能通过各种热处理方式提高轴的疲良好的工艺性；能通过各种热处理方式提高轴的疲劳强度。劳强度。12-2 轴的初估计算轴的初估计算 12-2 轴的初估计算轴的初估计算 轴轴 的材料选择的材料选择轴径的初步计算轴径的初步计算轴的结轴的结 构构 设设 计计轴的强度校核轴的强度校核轴的刚度、稳定性计算轴的刚度、稳定性

4、计算轴轴 的设的设 计步骤计步骤第一种方法：第一种方法： 按扭转强度估算轴径按扭转强度估算轴径 轴的强度设计应轴的强度设计应根据轴的承载根据轴的承载情况，采用相应的计算情况，采用相应的计算方法，常用方法有两种。方法，常用方法有两种。这种方法视轴只受转距，根据轴上所受的转矩估算轴的这种方法视轴只受转距，根据轴上所受的转矩估算轴的最小直径，用降低许用应力的方法考虑弯矩的影响。最小直径，用降低许用应力的方法考虑弯矩的影响。设计公式为：设计公式为：轴的初步估算常用以下两种方法轴的初步估算常用以下两种方法 受转矩作用的圆剖面轴，其强度条件为：受转矩作用的圆剖面轴，其强度条件为： mmnPC3MPandP

5、362 .01055.9TWT3362 .01055.9nPd上式中：轴的扭转应力，N/mm，T轴传递的扭矩，N.mmWT轴的抗扭截面模量，mm3；P轴传递的功率，kW；n轴的转速，r/min；许用扭转应力，N/mm；C由轴材料及承载情况确定的系数，C=98-160,材质好、弯矩较小、无冲击和过载时取小值；反之取大值。当轴上有键槽时，应适当增大轴径：单键增大3%-5%，双键增大7%-10%。计算结果为：计算结果为：最小直径！最小直径！如果该处有键槽，应将直径加如果该处有键槽，应将直径加大大510，最后，最后圆整为标准值。圆整为标准值。轴的材料轴的材料 A3,20 35 45 40Cr, 35S

6、iMn(N/mm ) 1220 2030 3040 4052C 160135 135118 118107 10792表表12-2 常用材料的常用材料的值和值和C值值注注: 当作用在轴上的弯矩比传递的转矩小或只传递转矩时当作用在轴上的弯矩比传递的转矩小或只传递转矩时,C取较小值取较小值; 否则取较大值否则取较大值第二种方法：按经验公式估算第二种方法：按经验公式估算对高速轴：对高速轴： d(0.81.2)D其中，其中，D为电机轴径为电机轴径对低速轴：对低速轴：d(0.30.4)a其中，其中，a为同级齿轮中心距为同级齿轮中心距轴承轴承齿轮齿轮轴颈轴颈轴头轴头轴头轴头半联轴器半联轴器轴颈轴颈轴环轴环轴

7、承轴承键键12-3 轴的结构设计轴的结构设计设计任务：设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。设计要求：设计要求： 1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装) 2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位) 3.各零件要牢固而可靠地相对固定；各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定) 4.改善应力状况，减小应力集中。改善应力状况，减小应力集中。轴端挡圈轴端挡圈 带轮带轮轴承盖轴承盖套筒套筒齿轮齿轮滚动轴承滚动轴承典型典型轴系轴系结构结构装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，装零

8、件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应有退刀槽。车螺纹的轴端应有退刀槽。 为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐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。渐向中间增大的阶梯状。零件的安装次序一、制造安装要求一、制造安装要求倒角倒角零件的零件的轴向定位轴向定位由轴肩或套筒来实现。由轴肩或套筒来实现。二、轴上零件的定位二、轴上零件的定位 4、5间的轴肩使齿轮在轴上定位，1、2间的轴肩使带轮定位，6、7间的轴肩使右端滚动轴承定位。轴肩轴肩-阶梯轴上截面变化之处。阶梯轴上截面变化之处。起轴向定位作用。 轴肩套筒套筒12121 1）轴肩）轴肩2 2）轴环）

9、轴环注意：轴肩的内圆角半径注意：轴肩的内圆角半径r必须小于相配零件必须小于相配零件的外圆角半径的外圆角半径R( (或倒角或倒角C) )用轴肩或轴环定位时需注意的问题用轴肩或轴环定位时需注意的问题轴肩的尺寸要求轴肩的尺寸要求:r C1 或或 r Rb1.4h(与滚动轴承相配合处的与滚动轴承相配合处的h和和b值值,见轴承标准见轴承标准)DdrRDdC1rh(0.07d+3)(0.1d+5)mmC1DdrDdrRhhb3）套筒定位套筒定位套筒套筒l11L1注意：注意：安装零件的轴段长度必须小于安装零件的轴段长度必须小于零件轮毂的宽度，即零件轮毂的宽度，即 l l1111 L L1 1轴向固定轴向固定

10、由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。三、轴上零件的固定三、轴上零件的固定齿轮受轴向力时，向右是通过齿轮受轴向力时，向右是通过4、5间的轴肩，并由间的轴肩，并由6、7间的轴肩顶在滚动轴承的内间的轴肩顶在滚动轴承的内圈上；向左则通过套筒顶在滚动轴承的内圈上。带轮的轴向固定是靠圈上；向左则通过套筒顶在滚动轴承的内圈上。带轮的轴向固定是靠1、2间的轴肩间的轴肩和轴端当圈。和轴端当圈。双向固定双向固定45 67123无法采用套筒或套筒太长时，可采用无法采用套筒或套筒太长时，可采用双圆螺母双圆螺母加以固定。加以固定。双圆螺母双圆螺母双圆螺母辅助固定：双圆螺母辅助固定：轴端挡圈轴端挡圈装在轴端上的零件往往采用装在轴端上的零件往往采用轴端挡圈轴端挡圈固定。固定。轴