轴-机械设计-课件-15

1、15-1 15-1 轴的分类及用途轴的分类及用途 轴是组成机器的主要零件之一。它用来支承作轴是组成机器的主要零件之一。它用来支承作旋转运动的零件，以实现旋转运动并传递动力。旋转运动的零件，以实现旋转运动并传递动力。（一）轴的分类（一）轴的分类按照轴线形状分：直轴、曲轴。按照轴线形状分：直轴、曲轴。直轴按所受载荷性质分：直轴按所受载荷性质分： 心轴：只承受弯矩，不承受扭矩。心轴：只承受弯矩，不承受扭矩。转：大车轴。转：大车轴。不转：大车轴，自行车轴。不转：大车轴，自行车轴。 传动轴：主要承受扭矩。传动轴：主要承受扭矩。汽车传动轴汽车传动轴桥式起重机，大车运行机构传动轴。桥式起重机，大车运行机构传

2、动轴。 转轴：既承受弯矩又承受扭矩。转轴：既承受弯矩又承受扭矩。除上述两种之外的绝大多数轴。除上述两种之外的绝大多数轴。其他分类方法：其他分类方法：光轴光轴阶梯轴阶梯轴刚性轴刚性轴钢丝软轴轴钢丝软轴轴实心轴实心轴空心轴空心轴（二）转轴的结构：三部分（二）转轴的结构：三部分轴头：装传动零件的轴段轴头：装传动零件的轴段 （带轮、链轮、齿轮、蜗轮）（带轮、链轮、齿轮、蜗轮）轴颈：装轴承的轴段轴颈：装轴承的轴段轴身：连接轴头和轴颈的轴段轴身：连接轴头和轴颈的轴段（三）轴的设计内容（三）轴的设计内容 确定轴的材料确定轴的材料 轴的结构设计轴的结构设计 （合理确定轴各部分的形状和尺寸）（合理确定轴各部分的

3、形状和尺寸） 轴的计算：强度计算、刚度计算、振动轴的计算：强度计算、刚度计算、振动稳定性计算（对于高速轴）稳定性计算（对于高速轴）15-2 15-2 轴的材料轴的材料 轴的材料：主要是碳钢和合金钢轴的材料：主要是碳钢和合金钢轴的毛坯：轧制圆钢：轴的毛坯：轧制圆钢：d100mmd100mmd100mm1.1.一般应用一般应用:45:45钢钢(35(35、5050代用代用) )，调质正火，调质正火2.2.传递大动力，要求减少尺寸及重量，提高传递大动力，要求减少尺寸及重量，提高 强度、耐磨性时：强度、耐磨性时：40Cr 40CrNi 40MnB40Cr 40CrNi 40MnB 等，调质或轴颈表面淬

4、火。等，调质或轴颈表面淬火。3.3.高速、冲击载荷时，应提高轴的抗疲劳强度高速、冲击载荷时，应提高轴的抗疲劳强度 20Cr 20CrMnTi 20Cr20Cr 20CrMnTi 20Cr2 2NiNi4 4A A等，表面处理等，表面处理 （渗碳淬火、氧化、氮化），表面强化处理（渗碳淬火、氧化、氮化），表面强化处理 （喷丸、滚压）。（喷丸、滚压）。4.4.形状复杂的轴（曲轴、齿轮轴、空心轴）：形状复杂的轴（曲轴、齿轮轴、空心轴）： 球墨铸铁、合金铸铁。球墨铸铁、合金铸铁。15-3 15-3 轴的结构设计轴的结构设计a ,ca ,c为为1010 15mm15mms s为：脂为：脂3 3 5 5 ；

5、油；油10 10 1515l l：根据零件拆装的要求确定。：根据零件拆装的要求确定。 轴的结构设计：轴的结构设计：确定轴的合理外形和全部确定轴的合理外形和全部结构尺寸。结构尺寸。 结构设计应满足：结构设计应满足：轴和装在轴上的零件要轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴上零件应便于拆装，调整；有准确的位置；轴上零件应便于拆装，调整；轴具有良好的制造工艺性。轴具有良好的制造工艺性。 已知条件：已知条件：装配简图、轴的转速、传递装配简图、轴的转速、传递的功率、传动零件的主要尺寸。的功率、传动零件的主要尺寸。 结构设计方法：结构设计方法：以圆锥以圆锥圆柱齿轮减圆柱齿轮减速器的输出轴为例。速器的输出轴为

6、例。（一）拟定轴上零件的装配方案（一）拟定轴上零件的装配方案 不同的装配方案可以得出不同的轴的结不同的装配方案可以得出不同的轴的结构形式。应拟定几种不同的装配方案，进行构形式。应拟定几种不同的装配方案，进行分析对比与选择。分析对比与选择。（二）确定轴的基本直径和各段长度（二）确定轴的基本直径和各段长度1.1.最小直径的确定最小直径的确定首先按扭转强度初步估算轴的直径首先按扭转强度初步估算轴的直径30minnPAd A A0 0值查表确定值查表确定2.2.各段直径的确定各段直径的确定首先考虑轴上零件的装拆，按照轴颈、首先考虑轴上零件的装拆，按照轴颈、轴头的要求确定。轴头的要求确定。3.3.各段长

7、度的确定各段长度的确定根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸而定。根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸而定。（三）轴上各零件的轴向定位（三）轴上各零件的轴向定位联轴器处：轴端挡圈（联轴器处：轴端挡圈（GB891GB89176 76 GB892 GB8927676）轴肩：定位轴肩：轴肩：定位轴肩： 轴肩高度轴肩高度h h为（为（2 2 3 3）C C1 1非定位轴肩：非定位轴肩：一般取一般取h h为为1.5 1.5 2mm 2mm轴承处：轴承端盖（透盖、闷盖）：轴承处：轴承端盖（透盖、闷盖）： 也作为整个轴的轴向定位用。也作为整个轴的轴向定位用。轴肩：为便于滚动轴承的装拆，轴肩：为便于滚动轴承的装拆， 轴

8、肩高度轴肩高度 轴内圈高度。轴内圈高度。套筒：与轴配合较松。套筒：与轴配合较松。齿轮处：套筒齿轮处：套筒 轴环：尺寸与轴肩相同。轴环：尺寸与轴肩相同。其他方法：圆螺母其他方法：圆螺母+ +止动垫圈；止动垫圈； 弹性挡圈（弹性挡圈（GB894GB8947676）；）； 螺钉缩紧挡圈（螺钉缩紧挡圈（GB884GB8847676）；）； 紧定螺钉。紧定螺钉。轴头轴头比轮毂长度短比轮毂长度短2mm2mm，保证零件轴向固定。，保证零件轴向固定。轴颈轴颈与轴承内径及宽度一致。与轴承内径及宽度一致。轴身轴身考虑结构尺寸，由草图确定之。考虑结构尺寸，由草图确定之。（四）轴上零件的周向定位。（四）轴上零件的周向

9、定位。常用方法：键、花键、过盈配合、紧定螺钉。常用方法：键、花键、过盈配合、紧定螺钉。（五）轴的结构工艺性（五）轴的结构工艺性1.1.圆角减少应力集中圆角减少应力集中要求：要求：rRr200mmd200mm时；时；当校核不满足要求时，应提高疲劳强度，措当校核不满足要求时，应提高疲劳强度，措施如下：施如下：1 1）结构设计上降低应力集中的影响。加大圆）结构设计上降低应力集中的影响。加大圆角角r r；放松配合；开卸载槽。；放松配合；开卸载槽。2 2）提高表面加工质量，进行表面强化处理。）提高表面加工质量，进行表面强化处理。提高光洁度；表面淬火，氮化，氰化处理；提高光洁度；表面淬火，氮化，氰化处理；

10、表面喷丸，滚压加工等。表面喷丸，滚压加工等。3 3）改用高强度材料或加大轴的剖面尺寸。）改用高强度材料或加大轴的剖面尺寸。4.4.按静强度条件进行校核按静强度条件进行校核适用于：瞬时过载大，校核抗塑性变形的能力。适用于：瞬时过载大，校核抗塑性变形的能力。强度条件：强度条件：sssssScaSSSSSS 22 AFWMSasSmaxmax TsSWTSmax 设计安全系数：设计安全系数：S Ss s= 1.2= 1.2 1.41.4，用于高塑性材料，用于高塑性材料 （ S S/ / B B0.60.6）的轴。）的轴。S Ss s = 1.4= 1.4 1.81.8，用于中等塑性材料，用于中等塑性

11、材料 （ S S/ / B B=0.6 =0.6 0.8 0.8）的轴。）的轴。S Ss s = 1.8= 1.8 2 2，用于低塑性材料的钢轴。，用于低塑性材料的钢轴。S Ss s = 2= 2 3 3，用于铸造轴。，用于铸造轴。W W、W WT T查表查表（二）轴的刚度校核计算（二）轴的刚度校核计算 对于有刚度要求的轴（如内燃机的齿轮轴，对于有刚度要求的轴（如内燃机的齿轮轴，过大的扭转变形会影响气门的启闭时间），必过大的扭转变形会影响气门的启闭时间），必须进行轴的刚度计算。须进行轴的刚度计算。 轴的刚度计算：计算出轴受载时的变形量，轴的刚度计算：计算出轴受载时的变形量，并控制其不大于允许值

12、。并控制其不大于允许值。1.1.轴的弯曲刚度校核计算轴的弯曲刚度校核计算计算轴的弯曲变形：利用材料力学所讲过的计算轴的弯曲变形：利用材料力学所讲过的公式：公式：挠度：挠度：yyyy 偏转角：偏转角： yy、 值查表值查表 2.2.轴的扭转刚度校核计算轴的扭转刚度校核计算利用材料力学公式，计算出轴每米长的扭转角利用材料力学公式，计算出轴每米长的扭转角 0 0 轴每米长的扭转角轴每米长的扭转角: : 0 0 0 0 一般传动，取一般传动，取 0 0=0.5=0.5 1 1 /m/m精确传动，取精确传动，取 0 0=0.25=0.25 0.50.5 /m/m要求不严的轴，取要求不严的轴，取 0 01

13、1 /m/m（三）轴的振动及振动稳定性的概念（三）轴的振动及振动稳定性的概念1.1.共振：当强迫振动的频率与轴的自振频共振：当强迫振动的频率与轴的自振频率重合，产生破坏性共振。率重合，产生破坏性共振。2.2.临界转速：轴在引起共振时的转速。临界转速：轴在引起共振时的转速。n nc c刚性轴：当轴的工作转速刚性轴：当轴的工作转速 n0.85nn0.85nc1c1一阶一阶 临界转速。临界转速。挠性轴：挠性轴：1.15n1.15nc1c1n0.85nn0.85nc2c2刚性轴刚性轴挠性轴挠性轴非工作区非工作区A An n0.85n0.85nc1 c1 n nc1 c1 1.15n1.15nc1c1例

14、题：例题：某一化工设备中的输送装置运转平稳，工某一化工设备中的输送装置运转平稳，工作转矩变化很小，以圆锥作转矩变化很小，以圆锥- -圆柱齿轮减速器作为减圆柱齿轮减速器作为减速装置。试设计该减速器的输出轴。减速器的装速装置。试设计该减速器的输出轴。减速器的装置简图参看图置简图参看图15-2115-21。输入轴与电机相联，输出轴。输入轴与电机相联，输出轴与工作机相联，输出轴为单向旋转（从装有半联与工作机相联，输出轴为单向旋转（从装有半联轴器的一端看为顺时针方向）。已知电动机功率轴器的一端看为顺时针方向）。已知电动机功率P=10kWP=10kW，转速，转速n n1 1=1450r/min=1450r

15、/min，齿轮机构的参数列，齿轮机构的参数列于下表：于下表：级级别别Z1Z2mn(mm)mt(mm) nha*齿齿宽宽(mm)高高速速级级20753.5大大圆圆锥锥齿齿轮轮轮轮毂毂长长L=50低低速速级级239544.04048 0634”20 1B1=85 B2=80解：解：1.1.求输出轴上的功率求输出轴上的功率P P3 3、转速、转速n n3 3和转矩和转矩T T3 32.2.求作用在齿轮上的力求作用在齿轮上的力3.3.初步确定轴的最小直径初步确定轴的最小直径4.4.轴的结构设计轴的结构设计1 1）拟定轴上零件的装配方案）拟定轴上零件的装配方案2 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径）

16、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径 和长度和长度3 3）轴上零件的周向定位）轴上零件的周向定位4 4）确定轴上圆角和倒角尺寸）确定轴上圆角和倒角尺寸5.5.求轴上的载荷求轴上的载荷6.6.按弯曲合成应力校核轴的强度按弯曲合成应力校核轴的强度7.7.精确校核轴的疲劳强度精确校核轴的疲劳强度1 1）判断危险截面）判断危险截面2 2）截面左侧及右侧校核）截面左侧及右侧校核8.8.绘制轴的工作图绘制轴的工作图例题：例题：分析齿轮轴系的错误并改正之。轴承采用分析齿轮轴系的错误并改正之。轴承采用脂润滑。脂润滑。解：该齿轮轴系存在以下几方面错误：解：该齿轮轴系存在以下几方面错误：1.1.轴上零件的固定轴上零

17、件的固定1)1)联轴器轴向和周向均未固定；联轴器轴向和周向均未固定；2)2)齿轮周向均未固定；齿轮周向均未固定；3)3)套筒轴向固定齿轮不可靠；套筒轴向固定齿轮不可靠；2.2.转动件与静止件的关系转动件与静止件的关系1)1)联轴器与轴承盖接触；联轴器与轴承盖接触；2)2)轴与轴承盖接触；轴与轴承盖接触；3.3.零件的结构工艺性零件的结构工艺性1)1)箱体端面的加工面积过大箱体端面的加工面积过大2)2)轴承盖无退刀槽；轴承盖无退刀槽；3)3)轴承盖外端面的加工面积过大；轴承盖外端面的加工面积过大；4)4)轴头伸出过长，增加了加工和装配长度轴头伸出过长，增加了加工和装配长度4.4.装拆与调整装拆与调整1)1)缺少台阶，轴承装拆不便；缺少台阶，轴承装拆不便；2)2)套筒过高，轴承无法装拆；套筒过高，轴承