轴的选择与校核ppt课件

1、第第14章章 轴轴14-1 14-1 轴的功用和类轴的功用和类型型14-2 14-2 轴的资轴的资料料14-3 14-3 轴的构造设轴的构造设计计14-4 14-4 轴的强度设轴的强度设计计14-5 14-5 轴的刚度设轴的刚度设计计带传动和链传动都是经过中间挠性件传送运动和动力的，适用于两轴中心距较大的场所。与齿轮传动相比，它们具有构造简单，本钱低廉等优点。14-1 14-1 轴的功用和类型轴的功用和类型 功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、功用：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。类类型型转轴转轴-传送扭矩又接受弯矩。传送扭矩又接受弯矩。按接受载荷分

2、有：按接受载荷分有： 分类：分类：按轴的外形分有：按轴的外形分有：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14-1 14-1 轴的功用和类型轴的功用和类型 功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、功用：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。类类型型转轴转轴-传送扭矩又接受弯矩。传送扭矩又接受弯矩。按接受载荷分有：按接受载荷分有： 分类：分类：按轴的外形分有：按轴的外形分有：传动轴传动轴-只传送扭矩只传送扭矩发动机发动机后桥后桥传动轴传动轴14-1 14-1 轴的功用和类型轴的功用和类型 功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、功用：用来支撑旋转

3、的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。链轮、凸轮等。类类型型转轴转轴-传送扭矩又接受弯矩传送扭矩又接受弯矩 按接受载荷分有：按接受载荷分有： 分类：分类：按轴的外形分有：按轴的外形分有：传动轴传动轴-只传送扭矩只传送扭矩心轴心轴-只接受弯矩只接受弯矩前轮轮毂前轮轮毂固定心轴固定心轴火车轮轴火车轮轴车厢重力车厢重力 前叉前叉自行车自行车前轮轴前轮轴支撑反力支撑反力转动心轴转动心轴14-1 14-1 轴的功用和类型轴的功用和类型 功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、功用：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。类类型型转轴转轴-传送扭矩又接受弯矩传送扭矩又接

4、受弯矩 按接受载荷分有：按接受载荷分有： 分类：分类：按轴的外形分有：按轴的外形分有：传动轴传动轴-只传送扭矩只传送扭矩心轴心轴-只接受弯矩只接受弯矩直轴直轴14-1 14-1 轴的功用和类型轴的功用和类型 功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、功用：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。类类型型转轴转轴-传送扭矩又接受弯矩传送扭矩又接受弯矩 按接受载荷分有：按接受载荷分有： 分类：分类：按轴的外形分有：按轴的外形分有：传动轴传动轴-只传送扭矩只传送扭矩心轴心轴-只接受弯矩只接受弯矩直轴直轴曲轴曲轴本章只研讨直轴14-1 14-1 轴的功用和类型轴的功用和类

5、型 功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、功用：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。类类型型转轴转轴-传送扭矩又接受弯矩传送扭矩又接受弯矩 按接受载荷分有：按接受载荷分有： 分类：分类：按轴的外形分有：按轴的外形分有：传动轴传动轴-只传送扭矩只传送扭矩心轴心轴-只接受弯矩只接受弯矩直轴直轴曲轴曲轴挠性钢丝轴挠性钢丝轴设计义务：选材、构造设计、强度和刚度设计、确设计义务：选材、构造设计、强度和刚度设计、确 定尺寸等定尺寸等种种类类碳素钢：碳素钢：3535、4545、5050、Q235Q235轴的毛坯轴的毛坯: :普通用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。普通

6、用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。14-2 14-2 轴的资料轴的资料 合金钢合金钢: 20Cr: 20Cr、20CrMnTi20CrMnTi、40CrNi40CrNi、38CrMoAlA38CrMoAlA等等用途：碳素构造钢因具有较好的综合力学性能，运用较用途：碳素构造钢因具有较好的综合力学性能，运用较多，尤其是多，尤其是4545钢运用最广。合金钢具有较高的力学性能，钢运用最广。合金钢具有较高的力学性能，但价钱较贵，多用于有特殊要求的轴。但价钱较贵，多用于有特殊要求的轴。如用球墨铸铁制造曲轴和凸轮轴，具有本钱低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感较低、强度较好等优点。为了改善力学性能正火或调

7、质处置。正火或调质处置。表表14-1 14-1 轴的常用资料及其主要力学性能轴的常用资料及其主要力学性能资料及热处置资料及热处置毛坯直径毛坯直径mmmm硬度硬度HBSHBS强度极限强度极限b b 屈服极限屈服极限s s MPaMPa弯曲疲劳极限弯曲疲劳极限-1-1运用阐明运用阐明Q235Q235440440240240200200用于不重要或载荷不大的轴35 35 正火正火520520270270250250有较好的塑性和适当的强度，可用于普通曲轴、转轴。100100149149187187设计义务：使轴的各部分具有合理的外形和尺寸。设计义务：使轴的各部分具有合理的外形和尺寸。14-3 14-

8、3 轴的构造设计轴的构造设计设计要求：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；(制造安装制造安装) 2.轴和轴上零件要有准确的任务位置；轴和轴上零件要有准确的任务位置；(定位定位) 3.各零件要结实而可靠地相对固定；各零件要结实而可靠地相对固定；(固定固定) 4.改善应力情况，减小应力集中。改善应力情况，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构造构造为便于轴上零件的装拆，普通轴都做成从轴端逐渐向为便于轴上零件的装拆，普通轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。零件的安装次序中间增大的阶梯状。

9、零件的安装次序一、制造安装要求一、制造安装要求装零件的轴端应有倒角，需求磨削的轴端有砂轮越程槽，装零件的轴端应有倒角，需求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。倒角倒角零件的轴向定位由轴肩或套筒来实现。零件的轴向定位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。起轴向定位阶梯轴上截面变化之处。起轴向定位作用。作用。 轴肩套筒套筒轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。三、轴上零件

10、的固定三、轴上零件的固定齿轮受轴向力时，向右是经过4、5间的轴肩，并由6、7间的轴肩顶在滚动轴承的内圈上；向左那么经过套筒顶在滚动轴承的内圈上。带轮的轴向固定是靠1、2间的轴肩和轴端当圈。双向固定双向固定无法采用套筒或套筒太长时，可采用双圆螺母加以固定。无法采用套筒或套筒太长时，可采用双圆螺母加以固定。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,见轴承规范见轴承规范)DdrR轴端挡圈轴端挡圈双圆螺母双圆螺母DdC1rh(0.07d+3)(0.1d+5)mm装在轴端上的零件往往采用轴端挡圈固定。装在轴端上的零件往往采用轴端

11、挡圈固定。hhC1DdrDdrRb轴向力较小时，可采弹性挡圈或紧定螺钉来实现。轴向力较小时，可采弹性挡圈或紧定螺钉来实现。周向固定大多采用键、花键、或过盈配合等联接方周向固定大多采用键、花键、或过盈配合等联接方式来实现。式来实现。为了加工方便，键槽应设计成同一加工直线上，且紧能够采用同一规格的键槽截面尺寸。键槽应设计成同一加工直线键槽应设计成同一加工直线四、改善轴的受力情况，减小应力集中四、改善轴的受力情况，减小应力集中 图示为起重机卷筒两种布置方案。A图中大齿轮和卷筒联成一体，转距经大齿轮直接传送给卷筒，故卷筒轴只受弯矩而不传送扭矩。图b中轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷一样时，图a构造轴的直

12、径要小。Q方案方案 aQ方案方案b 输出输出输出输出输入输入输出输出输出输出 输入输入Tmax= T1+T2Tmax = T11.改善受力情况改善受力情况当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的载荷，应将输入轮布置在中间。T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理合理不合理不合理 TRdd/430 2.减小应力集中减小应力集中合金钢对应力集中比较敏感，应加以留意。合金钢对应力集中比较敏感，应加以留意。应力集中出如今截面忽然发生变化的。应力集中出如今截面忽然发生变化的。措施：措施：1. 用圆角过渡；用圆角过渡；2. 尽量防止在轴上开横孔、切口或凹槽尽量防止在轴上开横孔、切口或凹槽;3. 重要构造可添

13、加卸载槽重要构造可添加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、过渡肩环、凹切圆角、 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的部分应力。增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的部分应力。过渡肩环过渡肩环r凹切圆角凹切圆角B卸载槽卸载槽 也可以在轮毂上添加卸载槽也可以在轮毂上添加卸载槽B位置位置d/414-4 14-4 轴的强度设计轴的强度设计 一、一、 按改动强度计算按改动强度计算 轴的强度设计应根据轴的承载情况，采用相应的计算方法，常用方法有两种。对于只传送改动的圆截面轴，强度条件为：对于只传送改动的圆截面轴，强度条件为：设计公式为：设计公式为：mmnPC3MPandP362 .01055.9TWT3362 .

14、01055.9nPd对于既传送改动又传送弯矩的轴，可按上式初步估算轴的直径。对于既传送改动又传送弯矩的轴，可按上式初步估算轴的直径。计算结果为：最小直径！计算结果为：最小直径！解释各符号的意义及单位轴的资料轴的资料 A3,20 35 45 40Cr, 35SiMn(N/mm ) 1220 2030 3040 4052C 160 118 118107 10792表表14-2 常用资料的常用资料的值和值和C值值注注: 当作用在轴上的弯矩比传送的转矩小或只传送转矩时当作用在轴上的弯矩比传送的转矩小或只传送转矩时,C取较小值取较小值; 否那么取较大值否那么取较大值减速器中齿轮轴的受力为典型的弯扭合成。

15、在完成单级减速器草图设计后，外载荷与支撑反力的位置即可确定，从而可进展受力分析。因因b和和的循环特性不同，的循环特性不同，折合后得：折合后得：1 . 0132bdM12bMW二、二、 按弯扭合成强度计算按弯扭合成强度计算对于普通钢制轴，可用第三强度实际最大切应力实际求出危险截面的当量应力。强度条件为：强度条件为：422bbel1l221TMW2224WTWMeWMee弯曲应力：弯曲应力：扭切应力：扭切应力：WMbTWT32/3dM31 . 0 dMWT2代入得：代入得：W-抗弯截面系数；抗弯截面系数；WT -抗扭截面系数；抗扭截面系数；3221 . 0)(dTM-折合系数折合系数Me-当量弯矩

16、当量弯矩材材 料料 b +1b 0b -1b 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75 900 300 140 80 1000 330 150 90 500 120 70 40 400 100 5 0 30表表14-3 轴的许用弯曲应力轴的许用弯曲应力 碳素钢碳素钢合金钢合金钢铸钢铸钢折合系数取值：折合系数取值：= 0.3 -转矩不变；转矩不变； 0.6 -脉动变化；脉动变化；1 -频繁正反转。频繁正反转。静应力形状下的静应力形状下的许用弯曲应力许用弯曲应力mmMdbe311.0设计公式：设计

17、公式：折合系数取值：折合系数取值：= 0.3 -转矩不变；转矩不变； 0.6 -脉动变化；脉动变化；1 -频繁正反转。频繁正反转。mmMdbe311.0设计公式：设计公式：材材 料料 b +1b 0b -1b 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75 900 300 140 80 1000 330 150 90 500 120 70 40 400 100 5 0 30表表14-3 轴的许用弯曲应力轴的许用弯曲应力 碳素钢碳素钢合金钢合金钢铸钢铸钢脉动循环形状下的脉动循环形状下的许用弯曲应力许用

18、弯曲应力折合系数取值：折合系数取值：= 0.3 -转矩不变；转矩不变； 0.6 -脉动变化；脉动变化；1 -频繁正反转。频繁正反转。mmMdbe311.0设计公式：设计公式：材材 料料 b +1b 0b -1b 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75 900 300 140 80 1000 330 150 90 500 120 70 40 400 100 5 0 30表表14-3 轴的许用弯曲应力轴的许用弯曲应力 碳素钢碳素钢合金钢合金钢铸钢铸钢对称循环形状下的对称循环形状下的许用弯曲应力许

19、用弯曲应力N212319321462860对2点取矩NFv42872123641011932146286021936410举例：计算某减速器输出轴危举例：计算某减速器输出轴危险截面的直径。知作用在齿轮险截面的直径。知作用在齿轮上的圆周力上的圆周力Ft=17400N, 径向力，径向力， Fr=6140N, 轴向力轴向力Fa=2860N,齿轮分度圆直径齿轮分度圆直径d2=146 mm,作用在轴右端带轮上外力作用在轴右端带轮上外力F=4500N方向未定方向未定, L=193 mm, K=206 mmL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12解：解：1) 求垂直面的支反力和轴向力求垂直面的支

20、反力和轴向力LdFLFFarv2221vrvFFF12=FaaAFF d2aadP231N930348034500MavMavFtF1HF2HMaHF1FF2F2) 求程度面的支反力求程度面的支反力L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231NLKFFF48031932064500187002/21tHHFFFF3) 求求F力在支点产生的反力力在支点产生的反力FFFFF124) 绘制垂直面的弯矩图绘制垂直面的弯矩图2/193. 04287 aVM 2/2LFMVaVmN 4142/193. 02123aVM2/1LFMVaVmN 2055) 绘制程度面的弯矩图绘

21、制程度面的弯矩图2/193. 08700 aVM 2/1LFMHaHmN 840MaMavMavFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F6) 求求F力产生的弯矩图力产生的弯矩图L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F7) 绘制合成弯矩图思索绘制合成弯矩图思索F能够与能够与H、V内合力共面内合力共面2284041446322aHaVaFaMMMMmN 1400206. 04500aVMKFMF2mN 927a-a 截面截面F力产生的弯矩为：力产生的弯矩为：2/193. 04803 aVM 2/1LFMFaFmN 463MaF2284020546322)(aH

22、aVaFaMMMMmN 1328MaMaMavMavFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F8) 求轴传送的转矩求轴传送的转矩L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F9)求危险截面的当量弯矩求危险截面的当量弯矩MaF22)( TMMaeM2Ma2/146. 0174002T2/2dFTtmN 1270T扭切应力为脉动循环变应力，扭切应力为脉动循环变应力，取折合系数取折合系数: =0.6 22)12706.0(1400TMemN 1600mNMMF92722求思索到键槽对轴的减弱，将求思索到键槽对轴的减弱，将d值增大值增大4%，故得：，故得：mmd6710)

23、计算危险截面处轴的直径计算危险截面处轴的直径 33601 .0101600311.0beMdmN 4.64选选45钢，调质，钢，调质，b =650 MPa, -1b =60 MPa 符合直径系列。符合直径系列。按弯扭合成强度计算轴径的普通步骤：按弯扭合成强度计算轴径的普通步骤：1. 将外载荷分解到程度面和垂直面。求垂直面支撑反将外载荷分解到程度面和垂直面。求垂直面支撑反力力FV和程度面支撑反力和程度面支撑反力FH ;2. 作垂直弯矩作垂直弯矩MV图和弯矩图和弯矩MH图图 ;3. 作合成弯矩作合成弯矩M图；图；4. 作转矩作转矩T图；图；5. 弯扭合成，作当量弯矩弯扭合成，作当量弯矩Me图；图；

24、6. 计算危险截面轴径计算危险截面轴径:22)( TMMe22VHMMMmmMdbe31 1 . 01. 假设危险截面上有键槽，那么应加大假设危险截面上有键槽，那么应加大4%2. 假设计算结果大于构造设计初步估计的轴径，那么假设计算结果大于构造设计初步估计的轴径，那么强度不够，应修正设计；强度不够，应修正设计；3. 假设计算结果小于构造设计初步估计的轴径，且相假设计算结果小于构造设计初步估计的轴径，且相 不大，普通以构造设计的轴径为准。不大，普通以构造设计的轴径为准。对于普通刚轴，按上述方法设计即可。对于重要的轴，还必需用平安系数法作准确校核计算。阐明：阐明：lFFF1214-5 14-5 轴的刚度设计解轴的刚度设计解释何为刚度释何为刚度弯矩弯矩 弯曲变形弯曲变形 扭矩扭矩 改动变形改动变形假设刚度