机械零部件与传动结构 教学课件 作者 张永智 任务9　轴 的 设 计.ppt

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1、机械零部件与传动结构主编张永智任务9　轴的设计9.1　任务描述与目标9.2　任务资讯9.3　任务实施9.4　任务总结评价提高9.1　任务描述与目标图9-1　传动装置示意图1—电动机　2—带传动　3—减速器4—联轴器　5—输送机9.2　任务资讯9.2.1　轴的分类和材料1.轴的分类(1)按轴的轴线形状分类　轴可分为直轴(图9-2)、曲轴(图9-3)和软轴(也称挠性钢丝轴)(图9-4)。图9-2　直轴a)阶梯轴　b)光轴9.2　任务资讯图9-3　曲轴9.2　任务资讯图9-4　软轴(2)按轴所承受的载荷性质分类　可将轴分为心轴、转轴、传动轴9.2　任务资讯三类。图9-5　自行

2、车前轮轴9.2　任务资讯图9-6　铁路机车轮轴9.2　任务资讯图9-7　汽车变速器与后桥之间的轴9.2　任务资讯图9-8　转轴2.轴的材料及选择9.2　任务资讯(1)碳素钢　由于碳素钢比合金钢成本低，对于应力集中的敏感性较小，可通过热处理提高其耐磨性和抗疲劳强度，便于进行机械加工，所以得到广泛的应用。(2)合金钢　由于合金钢比碳素钢具有更高的力学性能(强度、耐磨性、硬度等)，淬火性也较好，但价格较高，所以合金钢制造的轴多用于重要的、要求承载能力高的、尺寸小、重量轻的场合(如20Cr、40Cr等)。(3)合金铸铁和球墨铸铁　合金铸铁和球墨铸铁具有价廉、良好的吸振性和耐磨性

3、、对应力集中的敏感性低等优点，容易制成复杂的形状，可用热处理方法提高材料的耐磨性，因此可用于制造外形复杂的轴(如曲轴、凸轮轴等)。9.2　任务资讯表9-1　常用轴的材料及其部分力学性能9.2　任务资讯表9-1　常用轴的材料及其部分力学性能9.2.2　轴的结构设计图9⁃9所示为圆柱齿轮减速器中低速阶梯轴的常见结构。9.2　任务资讯图9-9　阶梯轴的结构及各部分名称1、4—轴头　2—轴身　3—轴颈　5—轴环6—轴肩　7—轴承端盖　8—套筒　9—轴端挡圈9.2　任务资讯1.轴上零件的定位与固定(1)轴上零件的轴向定位与固定　其是指使零件在轴上具有确定的安装位置，并能承受轴向力

4、而不产生轴向位移。图9-10　轴上零件定位与固定结构图1—轴端挡圈　2—带轮　3—轴承盖　4—套筒　5—齿轮　6—滚动轴承9.2　任务资讯1)轴肩和轴环。图9-11　轴肩定位2)套筒。3)圆螺母。9.2　任务资讯图9-12　利用套筒及圆螺母定位9.2　任务资讯图9-13　圆螺母定位4)紧定螺钉和弹性挡圈。9.2　任务资讯5)轴端压板。图9-14　紧定螺钉定位9.2　任务资讯图9-15　轴端压板定位9.2　任务资讯图9-16　圆锥形轴端定位6)圆锥形轴端。9.2　任务资讯(2)轴上零件的周向定位和固定　为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，轴和轴上零件必须可靠地

5、沿周向固定(联接)。2.轴的制造和装配工艺性图9-17　砂轮越程槽和螺纹退刀槽a)越程槽　b)退刀槽9.2　任务资讯3.提高轴的疲劳强度1)改善轴的结构，减少应力集中。图9-18　减少圆角处应力集中的结构a)凹切圆角　b)中间环　c)减载槽2)合理设计布置轴上零件，改善轴的受载情况。9.2　任务资讯①　合理设计布置轴上零件，如图9-19所示的转轴，动力由齿轮1输入，通过齿轮2、3、4输出。如按图9-19a所示方式设计布置轴上零件，轴所受的最大扭矩为：Tmax=T2+T3+T4；若按9-19b所示方式设计布置轴上零件，则轴所受的最大扭矩变为：Tmax=T3+T4。图9-1

6、9　轴上零件的合理布置9.2　任务资讯图9-20　卷扬机卷筒的两种结构设计方案②　改善轴的受载情况，9.2　任务资讯如图9-20所示的卷扬机卷筒的两种结构设计方案中，图9-20a所示的方式是将卷筒与大齿轮分别安装在轴上，轴上承受较大的扭矩；图9-20b所示的方式是将大齿轮与滚筒制成一体并空套在轴上，转矩经大齿轮直接传给卷筒，卷筒轴只受弯矩而不受扭矩，提高了其承载能力。③　此外，轴上受力较大的零件应尽可能靠近轴承处。3)改善轴的表面质量，提高轴的疲劳强度。9.2.3　轴的强度和刚度计算轴的强度与工作应力的大小和性质有关。1.轴的强度计算(1)扭转强度计算　对于只受扭矩作用

7、，或主要承受扭矩作用的传动轴，可按扭转强度计算轴的直径。9.2　任务资讯表9-2　常用材料的［τ］值和C值(2)弯扭合成强度计算　对于同时受弯矩和扭矩作用的转轴，可以按弯矩和扭矩的合成强度来计算。1)画出轴的空间力系图。2)分别作出水平面上的弯矩(MH)图和垂直面上的弯矩(MV)图。3)计算出合成弯矩M=，绘出合成弯矩图。4)作出扭矩(T)图。5)计算当量弯矩Me=，绘出当量弯矩图。6)校核危险截面的强度。9.2　任务资讯表9-3　轴的许用弯曲应力(单位：MPa)2.轴的刚度计算图9-21　轴的挠度y、偏转角θ9.2　任务资讯图9-22