哈工大第十一章 轴(new)

1、第十一章轴 带式运输机 二级圆柱齿轮减速器 蜗杆传动 轮 系工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用返返 回回工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用工程应用按轴线的形状分：直轴、曲轴、挠性轴11、1 概概 述述11.1.1、轴的分类、轴的分类直轴曲轴挠性轴n按照承受载荷情况按照承受载荷情况n转轴转轴：工作时既承受弯矩又承受转矩的轴：工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴称为转轴。n心轴心轴：用来

2、支撑转动零件且只承受弯矩而：用来支撑转动零件且只承受弯矩而不传递转矩的轴称为心轴。转动心轴、固不传递转矩的轴称为心轴。转动心轴、固定心轴定心轴n传动轴传动轴：用来传递转矩而不承受弯矩的轴：用来传递转矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。称为传动轴。转轴心轴n转动心轴固定心轴传动轴n按轴的外部结构形状分：按轴的外部结构形状分：n 光轴、阶梯轴。n按轴的截面形状分：按轴的截面形状分：n 实心轴 、空心轴。11.1.2 轴的设计要求和设计步骤轴的设计要求和设计步骤n合理的结构和足够的强度是轴的设计必须满足合理的结构和足够的强度是轴的设计必须满足的基本要求。的基本要求。n轴的设计步骤：轴的设计步骤：1）选材）

3、选材2）估算轴的直径）估算轴的直径3）轴的结构设计）轴的结构设计4）轴的强度校核）轴的强度校核5）必要时作刚度和稳定性校核）必要时作刚度和稳定性校核11.1.3 11.1.3 轴的材料轴的材料轴的材料主要采用轴的材料主要采用n1碳素钢碳素钢:常用的优质碳素钢有常用的优质碳素钢有30、40、45、和、和50钢，其中钢，其中45钢钢应用最多。应用最多。优质碳素钢具有较高的综合机械性能，常用于比较优质碳素钢具有较高的综合机械性能，常用于比较重要或承载较大的轴。重要或承载较大的轴。n2合金钢合金钢:常用的合金钢有常用的合金钢有20Cr、40Cr、35SiMn和和35CrMo等等合金钢具有较高的综合力学

4、性能和较好的热处理性合金钢具有较高的综合力学性能和较好的热处理性能，常用于重要、承载大而尺寸受限或有较高耐磨能，常用于重要、承载大而尺寸受限或有较高耐磨性、防腐性要求的轴。性、防腐性要求的轴。n3 球墨铸铁：适于制造成形轴，它价廉、强度较高、球墨铸铁：适于制造成形轴，它价廉、强度较高、良好的耐磨性、吸振性和易切性以及对应力集中敏良好的耐磨性、吸振性和易切性以及对应力集中敏感性较低。感性较低。11.2 11.2 轴的结构设计轴的结构设计轴的结构设计的主要要求是：轴的结构设计的主要要求是：n1、满足使用要求：、满足使用要求：、周向固定；、周向固定；、轴向固定。、轴向固定。n2、良好的结构工艺性：、

5、良好的结构工艺性：、加工工艺性；、加工工艺性；、装配工艺性。、装配工艺性。n3、提高轴的疲劳强度：、提高轴的疲劳强度：、改进轴的结构形状；、改进轴的结构形状；、改善轴的表面状态。、改善轴的表面状态。以减速器的低速轴减速器的低速轴为例加以说明11.2.1 满足使用的要求满足使用的要求为实现轴的功能，必须保证轴上零件有准确的工为实现轴的功能，必须保证轴上零件有准确的工作位置，要求轴上零件沿周向和轴向固定。作位置，要求轴上零件沿周向和轴向固定。 1 、周向固定、周向固定键联接花键联接成形联接弹性环联接销联接过盈配合联接、轴向固定方法、轴向固定方法11rCaC轴肩圆角半径倒角轴肩高rRaR轴肩圆角半径

6、圆角半径轴肩高（）轴肩（）轴肩(2)、套筒固定、套筒固定(3)、圆螺母固定、圆螺母固定(4)、轴端挡圈、轴端挡圈(5)、弹性挡圈、弹性挡圈(6)、紧定螺钉、紧定螺钉（7）锥面）锥面装拆方便，可兼装拆方便，可兼作周向固定。宜用于作周向固定。宜用于高速、冲击及对中性高速、冲击及对中性要求高的场合。要求高的场合。只用只用于轴端。于轴端。常与轴端挡常与轴端挡圈联合使用，实现零圈联合使用，实现零件的双向固定。件的双向固定。 11.2.2 良好的结构工艺性良好的结构工艺性1、加工工艺性：、加工工艺性：退刀槽、越程槽以及键退刀槽、越程槽以及键 槽的布置等。槽的布置等。2、装配工艺性、装配工艺性、合理的阶梯轴

7、直径；、合理的阶梯轴直径；、轴端导角；、轴端导角；、满足轴承装拆要求等。、满足轴承装拆要求等。过渡肩环过渡肩环轴肩过渡结构轴肩过渡结构内凹圆角内凹圆角11.2.3 提高轴的疲劳强度提高轴的疲劳强度1 改善轴的结构形状减小应力集中改善轴的结构形状减小应力集中配合轴段上的卸载槽配合轴段上的卸载槽轮毂上的卸载槽轮毂上的卸载槽轴的结构设计轴的结构设计轴的径向尺寸确定1.箱体内壁位置的确定H=1015mmA=b+2HA应圆整应圆整轴的轴向尺寸确定2.轴承座端面位置的确定C=+C1+C2+(510)mm-箱体壁厚箱体壁厚C1、C2-螺栓螺栓扳手空间扳手空间B=A+2C3.轴承在轴承座孔中位置的确定 值尽量

8、小值尽量小减小支点距离减小支点距离油润滑时油润滑时= (38)mm脂润滑时脂润滑时= (1015)mm4.轴的外伸长度的确定(1)当轴端安装弹性套柱销联轴器时K值由联轴器的型号确定(2)当使用凸缘式轴承盖时K值由联接 螺栓长度确定(3)当轴承盖与轴端零件都不需拆卸时,一般取K=5mm8mm减速器低速轴结构图11.3 11.3 轴的计算轴的计算n轴的强度计算主要有三种方法：轴的强度计算主要有三种方法：、按许用切应力计算；、按许用切应力计算；、按许用弯曲应力计算；、按许用弯曲应力计算；、安全系数校核计算。、安全系数校核计算。 11.3.1 轴的强度计算轴的强度计算一、按许用切应力计算一、按许用切应

9、力计算适用于只承受转矩的轴的精确计算，也适用于只承受转矩的轴的精确计算，也可用于既受弯矩又受扭矩的轴的近似计算。可用于既受弯矩又受扭矩的轴的近似计算。对于只传动转矩的圆截面轴，其强度条件对于只传动转矩的圆截面轴，其强度条件为：为：MPadnPWTTTT2 . 01055. 936 63339.55 100.2PPdCmmnnn对于既传递转矩又承受弯矩的轴，设计对于既传递转矩又承受弯矩的轴，设计公式公式nC值见表值见表11.4单键增大单键增大3%,双键增大双键增大7%二、按弯扭合成强度条件计算二、按弯扭合成强度条件计算n危险截面上的当量弯矩：危险截面上的当量弯矩：强度条件：强度条件：22)( T

10、MMeWeeedMWM1 . 01322;HVMMM22() ;eMMT310.1ebMdmm按弯扭合成强度计算轴径的一般步骤如下：按弯扭合成强度计算轴径的一般步骤如下：n（1）画出轴的空间受力简图）画出轴的空间受力简图n（2）将外载荷分解到水平面和垂直面内。）将外载荷分解到水平面和垂直面内。n（3）作垂直面弯矩）作垂直面弯矩MV图和水平面弯矩图和水平面弯矩MH图；图；n（4）作合成弯矩）作合成弯矩M图，图，n（5）作转矩）作转矩T图；图；n（6）弯矩合成，作当量弯矩）弯矩合成，作当量弯矩Me图图n（7）计算危险截面轴径；）计算危险截面轴径；按许用安全系数校核轴的疲劳强度按许用安全系数校核轴的

11、疲劳强度是考虑轴上变应力的循环特性、应力集中、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的精确校核方法斜齿轮减速器低速轴设计斜齿轮减速器低速轴设计11.4 11.4 轴毂连接轴毂连接 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：常用轴毂连接的类型： 键连接键连接、花键连接花键连接、销连接销连接、成型连接成型连接和过和过盈连接。盈连接。11.4.1 键联接键联接n11.4 11.4 键联接键联接n键主要用来实现轴和轴上零件的周键主要用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递转矩

12、。有些类型的键向固定以传递转矩。有些类型的键还可实现轴上零件的周向固定或周还可实现轴上零件的周向固定或周向移动。向移动。1.平键联接平键联接n平键的两侧是工作面，上表面与轮毂键槽底面平键的两侧是工作面，上表面与轮毂键槽底面间有间隙间有间隙n常用的平键有普通平键和导向平键常用的平键有普通平键和导向平键。（1 1）普通平键）普通平键1 1、类型：、类型：A型（圆头)、B型（方头）、C型（单圆头）。2 2、轴上键槽加工方法：、轴上键槽加工方法：指状铣刀（A、C型）或盘铣 刀（B型）。3 3、毂上键槽加工方法：、毂上键槽加工方法：插削或拉削。普通平键连接属于静连接 普通平键连接 （2）导向平键连接导向

13、平键连接属于动连接 导向平键实例2. 半圆键连接特点：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。3. 3. 楔键联接楔键联接特点：特点：楔键的上下面分别与毂和轴上的键槽的楔键的上下面分别与毂和轴上的键槽的底面贴合，为工作面，靠摩擦力传递转矩。底面贴合，为工作面，靠摩擦力传递转矩。楔键分为普通楔键和钩头楔键分为普通楔键和钩头楔楔键键 4 4、平键联接的尺寸选择和强度校核、平键联接的尺寸选择和强度校核n 键的材料及尺寸选择：键的材料及尺寸选择： 键的材料：键的材料：抗拉强度不低于600MPa钢材。 尺寸选择：尺寸选择：键的截面尺寸 根据键所在轴径d由 标准中查

14、取。键长L根据轮毂的宽度确 定，但应符合标准系列。n 平键联接的失效形式：平键联接的失效形式： 工作面的压溃和键的剪断。n 强度计算：强度计算：对于标准材料的标准连接，通常只校验 挤压强度b h 键的强度校验24pPFTTkldkldhln 假设：假设：键的侧面的作用力沿键的工作长度和高 度均匀分布。n 挤压强度条件为：挤压强度条件为：11.4.2 花键联接轴和轮毂周向均布的多个键齿构成的联接称为花键联接。轴和轮毂周向均布的多个键齿构成的联接称为花键联接。比平键联接具有承载能力高，对轴削弱程度小（齿浅、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。应力集中小

15、），定心好和导向性能好。矩形花键联接渐开线花键11.4.3 销联接销联接11.4.4 成型联接成型联接柱形面锥形面11.3.2 11.3.2 轴的刚度计算简介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11.3.3 11.3.3 轴的振动稳定性概念轴的振动稳定性概念轴的转速达到一定值时，运转便不稳定而发生显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。著的反复变形，这种现象叫轴的振动。若轴所受的外力频率与轴的自振频率一致时若轴所受的外力频率与轴的自振频率一致时,运转运转便不稳定而发生显著的振动便不稳定而发生显著的振动,这种现象称为轴的共这种现

16、象称为轴的共振。振。crn1)8 . 075. 0(crnn 217 . 04 . 1crcrnnnn产生共振时轴的转速称为临界转速产生共振时轴的转速称为临界转速 。n轴的临界转速可以有许多个轴的临界转速可以有许多个,一阶、二阶、三一阶、二阶、三阶阶n刚性轴刚性轴:工作转速低于一阶临界转速的轴。工作转速低于一阶临界转速的轴。挠性轴挠性轴:超过一阶临界转速的轴。超过一阶临界转速的轴。轴系结构改错轴系结构改错图中有一处错误，图中有一处错误，请改正。请改正。错误原因错误原因r c 使得轴上零件使得轴上零件与轴肩的配合不够与轴肩的配合不够紧密。紧密。轴系结构改错轴系结构改错图中有四处错误，图中有四处错误，请改正。请改正。错误原因错误原因1.轴肩太高，滚动轴肩太高，滚动轴承无法拆卸。轴承无法拆卸。2.轴上未留退刀槽轴上未留退刀槽，不便于螺纹加工。，不便于螺纹加工。3.圆螺母无法装入。圆螺母无法装入。轴系结构改错轴系结构改错图中有三处错误，图中有三处错误，请改正。请改正。错误原因错误原因3.滚动轴承内圈与轴的配合滚动轴承内圈与轴的配合为过盈配合，无需键联接。为过盈配合，无需键联接。1.轮毂