軸是用來(lái)支承回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力

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1、第十六章 軸,16.1 概述,軸是用來(lái)支承回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。,16.1.1 軸的分類,軸,曲軸,直軸,按所受載荷性質(zhì)分類,按外形分類,心軸：,只承受彎矩,傳動(dòng)軸：,只承受轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)軸：,即承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩,光軸,階梯軸,實(shí)心軸,空心軸,軸的分類,軸的分類,軸的分類,軸的分類,軸的分類,軸的分類,軸的分類,軸的分類,火車輪軸,減速器中的軸,汽車變速器至后橋的傳動(dòng)軸,自行車軸,,軸的主要材料,常用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼有,,30,、,40,、,45,、和,50,鋼，,,其中,45,鋼,應(yīng)用最多,碳素鋼,合金鋼,常用的合金鋼有,20Cr,、,40Cr,、,35SiMn,和,35CrMo,等,

2、16.1.2 軸的材料,對(duì)軸材料的要求,,除具有足夠的強(qiáng)度外，還應(yīng)具備足夠的塑性、沖擊韌性、抗磨損性和抗腐蝕性；對(duì)應(yīng)力集中的敏感性??；具有良好的工藝性；能通過(guò)各種熱處理方式提高軸的疲勞強(qiáng)度。,16.1.3 軸的設(shè)計(jì)問(wèn)題,1,.,設(shè)計(jì)計(jì)算,2,.,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),1）? 軸在機(jī)器中的安裝位置及形式,,2）?軸上安裝零件的類型、尺寸、數(shù)量及和軸的聯(lián)接方法,,3）? 載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況,,4）? 軸的加工工藝,影響軸的結(jié)構(gòu)的主要因素：,1.,強(qiáng)度問(wèn)題,—,防止軸發(fā)生疲勞斷裂,2.,剛度問(wèn)題,—,防止軸發(fā)生過(guò)大的彈性變形,3.,振動(dòng)穩(wěn)定性問(wèn)題,—,防止軸發(fā)生共振,軸頸 － 與軸承相配的,部分；

3、,軸頭 －,與輪轂相配的,部分；,軸身 －,連接軸頸與軸,頭部分；,軸頸,,軸頭,,軸身,,軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足的基本要求：,,,1.,軸與裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置,,,2.,軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整,,,3.,軸應(yīng)具有良好的制造工藝性,,,4.,軸應(yīng)滿足特定場(chǎng)合的特定要求,16.2,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟：,1,.,擬定軸上零件的裝配方案,定位 － 使軸上零件處于正確的工作位置；,固定 － 使軸上零件牢固地保持這一位置。,目的 － 防止軸上零件工作時(shí)發(fā)生軸向躥動(dòng)。,2,.,確定軸的基本直徑和各段長(zhǎng)度,軸 肩,3,.,軸上零件的軸向定位,定位方法簡(jiǎn)單、可靠，可傳遞較大的軸向力，

4、但軸的毛坯直徑較大，且軸肩處有較大的應(yīng)力集中。,軸端擋圈,彈性擋圈,圓 螺 母,錐 面,用于軸上兩零件距離較遠(yuǎn)時(shí)，或軸端。,需切制螺紋，削弱了軸的強(qiáng)度。,需切環(huán)槽，削弱了軸的強(qiáng)度。,承受不大的軸向力。,用于固定軸端零件，能承受較大的軸向力。,常與軸端擋圈配合使用。,套 筒,對(duì)軸上零件起固定作用。,常用于近距離的兩個(gè)零件間的固定。,緊定螺釘,鎖緊擋圈,,注意：,采用這些方法固定軸上零件時(shí)，為保證固定可靠，,應(yīng)使：與輪轂相配的軸段長(zhǎng)度比輪轂寬度,短,2,～,3 mm,，,即,：,l,＝,B,- (2~3),軸上零件的周向固定的目的 － 防止軸上零件與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以傳遞轉(zhuǎn)矩。,4

5、,.,軸上零件的周向定位,零件在軸上的周向固定,零件在軸上的周向固定,零件在軸上的周向固定,零件在軸上的周向固定,零件在軸上的周向固定,零件在軸上的周向固定,問(wèn)題：,滾動(dòng)軸承是否需要用鍵作周向固定？,5,.,軸的結(jié)構(gòu)工藝性,1）? 為了使軸上零件與軸肩端面緊密貼合，應(yīng)保證軸的圓角半徑,r,a,、,輪轂孔的倒角高度,C（,或圓角半徑,r）、,軸肩高度,a,之間有下列關(guān)系：,r,a,

6、滾動(dòng)軸承的定位軸肩 － 查標(biāo)準(zhǔn),,2）? 為了便于裝配零件，需去毛刺，軸端應(yīng)制出45o倒角。,,3）? 當(dāng)軸的某段需磨削加工或有螺紋時(shí)，需留出砂輪越程槽或退刀槽。,,4）? 當(dāng)軸上有兩個(gè)以上的鍵槽時(shí)，槽寬應(yīng)盡可能統(tǒng)一，并置于同一直線上。,,5,）避免過(guò)定位。,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示例,軸系設(shè)計(jì)舉例,請(qǐng)完成如圖所示的軸系設(shè)計(jì)。,請(qǐng)選擇齒輪的裝配方向,,軸系設(shè)計(jì)舉例,軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò),圖中有一處錯(cuò)誤，,,請(qǐng)改正。,錯(cuò)誤原因,,r>C,使得軸上零件與軸肩的配合不夠緊密。,軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò),圖中有四處錯(cuò)誤，,,請(qǐng)改正。,錯(cuò)誤原因,4.,圓螺母無(wú)法裝入。,1.,軸肩太高，滾動(dòng),,軸承無(wú)法拆卸。,2.,軸上未留退刀槽,,，不

7、便于螺紋加工。,3.,軸承左邊造成過(guò)定位。,軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò),圖中有三處錯(cuò)誤，,,請(qǐng)改正。,錯(cuò)誤原因,3.,滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸的配合,,為過(guò)盈配合，無(wú)需鍵聯(lián)接。,1.,輪轂上鍵槽未開(kāi)通，零件,,無(wú)法裝入。,2.,套筒無(wú)法裝入應(yīng)改為軸肩。,軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò),錯(cuò)誤原因,圖中有三處錯(cuò)誤，,,請(qǐng)改正。,3.,同一軸上的兩個(gè)平,,鍵應(yīng)布置在同一母線，,,否則不便于軸的加工。,,1.,鍵太長(zhǎng)，右端套筒,,無(wú)法裝入。,2.,輪轂上鍵槽未開(kāi)通，,,右端齒輪無(wú)法裝入。,16.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算,,許用切應(yīng)力計(jì)算：,僅僅（或主要）用于傳遞扭矩的軸（傳動(dòng)軸）；粗步估算轉(zhuǎn)軸的最小軸徑；不重要的軸,或,計(jì)算公式,軸完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，

8、軸上零件的位置均以確定，則外載荷和支點(diǎn)反力的作用點(diǎn)也隨之而定。畫出軸的空間受力簡(jiǎn)圖后，即可進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，其計(jì)算步驟如下：,,1.,將軸上作用力分解為水平面受力圖和垂直面受力圖,,,求出水平面上和垂直面上的支點(diǎn)反力。,,2.,分別作出 水平面上的彎矩,M,H,圖,和垂直面上的彎矩,M,V,圖,。,3.,作出合成彎矩 圖。,4.,作出轉(zhuǎn)矩,T,圖。,5.,計(jì)算當(dāng)量彎矩,，,畫出當(dāng)量彎矩圖。,許用彎曲應(yīng)力計(jì)算：,用于轉(zhuǎn)軸,當(dāng)轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定不變時(shí)，,；當(dāng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變化時(shí)，,，當(dāng)轉(zhuǎn)矩對(duì)稱變化時(shí)（軸頻繁正反轉(zhuǎn)），,其中,、,、,分別為靜應(yīng)力、脈動(dòng)應(yīng)力、和對(duì)稱,應(yīng)力下軸的許用彎曲應(yīng)力，單位

9、均為,Mpa,,,其值見(jiàn)表。,6.,校核危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度。,或,式中,W---,軸的抗彎截面 系數(shù)。,安全系數(shù)校核計(jì)算：,用于重要軸,軸的設(shè)計(jì)步驟總結(jié),,1,．確定軸上零件裝配方案,,2,．確定軸上零件定位方式,,,3,．確定各軸段直徑,,,4,．確定各軸段長(zhǎng)度,,,5,．確定軸的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié),,,6,．確定軸的加工精度、尺寸公差、形位公差、配合、表面粗糙度及技術(shù)要求,,,7,．畫出軸的工作圖,,16.6,提高軸的強(qiáng)度、剛度和減輕重量的措施,1.,減少應(yīng)力集中,（,1,） 盡量避免截面形狀的突然變化，在截面尺寸變化處盡量采用較大的過(guò)度圓角。,,（,2,） 用盤銑刀要比用端銑刀銑出的鍵槽應(yīng)力集中小。,（,3,） 過(guò)盈配合的軸，可通過(guò)增大配合處的直徑、在軸上或輪轂上開(kāi)減荷槽等來(lái)減小應(yīng)力集中。,（,4,） 打穿的銷孔比未打穿的銷孔的應(yīng)力集中小。,2.,改善表面品質(zhì),可采用表面強(qiáng)化處理。如碾壓、噴丸、氮化、滲碳、淬火等方法,,3.,改善軸的受力情況,工程應(yīng)用,工程應(yīng)用,工程應(yīng)用,工程應(yīng)用,工程應(yīng)用,工程應(yīng)用,工程應(yīng)用,工程應(yīng)用,,工程應(yīng)用,,工程應(yīng)用,,工程應(yīng)用,,工程應(yīng)用,,工程應(yīng)用,,工程應(yīng)用,,工程應(yīng)用,,