轴的结构设计.ppt

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1、概述轴的结构设计轴的强度计算轴的材料及选择轴的设计轴毂联接项目十一轴和轴毂连接（一）教学要求1、了解轴的分类2、掌握轴结构设计3、掌握轴的强度计算方法4、了解轴的疲劳强度计算和振动5、掌握平键、花键联接设计计算方法6、了解其它联接的类型与特点（二）教学的重点与难点1、轴的结构设计2、弯扭合成法计算轴的强度3、平键、花键联接强度计算一、概述轴是组成机器的重要零件之一，轴的主要功用是支承旋转零件、传递转矩和运动。（一）轴的功用（二）轴的分类（1）按承受载荷不同分转轴心轴传动轴传动零件必须被支承起来以后才能进行工作，支承传动件的零件称为轴；轴与轴毂之间的连接称为轴毂连接。转轴：工作时既承受弯矩

2、又承受转矩的轴。机器中最常见的轴，通常简称为轴。（动画展示）例：减速器中的轴心轴：用来支承转动零件，只承受弯矩而不传递转矩。又可分为固定心轴和转动心轴。例：自行车的前轮轴（固定心轴），图b。列车车轴（转动心轴），图a。传动轴：主要用于传递转矩而不承受弯矩，或所承受的弯矩很小的轴。例：汽车中联接变速箱与后桥之间的传动轴。例：减速器中的轴（直轴）（2）按轴线形状的不同分直轴曲轴挠性钢丝轴光轴阶梯轴例：曲轴例：挠性钢丝轴轴颈轴头轴身圆柱齿轮减速器中的从动轴二、轴的结构设计轴的结构设计就是确定轴的外形和全部结构尺寸。轴的结构设计应满足以下条件：轴和装在轴上的零件要有准确而可靠的工作位置（定位和固

3、定要求）；轴要便于加工，有良好的加工和装配工艺性，轴上的零件应便于装拆和调整（工艺性要求）；轴上零件布置合理,受力合理,利于提高强度和刚度（强度和刚度要求）；阶梯轴轴头轴颈轴身：轴上与旋转零件配合的轴段：轴上与轴承配合的轴段：轴上连接轴头与轴颈的非配合部分（一）轴的强度、刚度1.使轴的形状接近于等强度条件，以充分利用材料的承载能力。对于只受转矩的传动轴，常制成光轴的形状；对于受交变弯曲载荷的轴一般制成阶梯轴。轴的强度与工作应力的大小和性质有关，在进行轴的结构设计时应注意以下几点：2.尽量避免各轴段剖面突然改变以降低局部应力集中，提高轴的疲劳强度。结构设计方面，轴截面尺寸突变处会造成应力集

4、中，所以对阶梯轴相邻轴段直径不宜相差太大，在轴径变化处的过渡圆角半径不宜过小。尽量避免在轴上开横孔、凹槽和加工螺纹。在重要结构中可采用凹切圆角、过渡肩环，以增加轴肩处过渡圆角半径和减小应力集中。为减小轮毂的轴压配合引起的应力集中，可开减载槽。制造工艺方面，提高轴的表面质量，降低表面粗糙度，对轴表面采用碾压、喷丸和表面热处理等强化方法，均可显著提高轴的疲劳强度。（二）零件在轴上的固定常用的轴向固定方法有：轴肩（轴环）、圆螺母（止动片）、套筒、弹性挡圈、紧定螺钉、轴端挡圈定位等。1.轴上零件的轴向定位与固定轴上零件的定位是为了保证传动件在轴上有准确的安装位置；固定则是为了保证轴上零件在运转中

5、保持原位不变。作为轴的具体结构，既起定位作用又起固定作用。轴肩（轴环）特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位圆螺母特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降应用：常用于轴的中部和端部弹性挡圈特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力。应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位轴端压板应用：用于轴端零件的固定，特点：可承受剧烈振动和冲击。紧定螺钉应用：适用于轴向力很小，转速低的场合特点：可承受很小的轴向力。2.轴上零件的周向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沿周向固定（连接）。常

6、用的周向固定方法有：销、键、花键、过盈配合和成形联接等，其中以键和花键联接应用最广。键连接花键连接销钉连接（三）轴的加工和装配工艺性1.当某一轴段需车制螺纹或磨削加工时，应留有退刀槽或砂轮越程槽。2.轴上所有键槽应沿轴的同一母线布置。3.为了便于轴上零件的装配和去除毛刺，轴及轴肩端部一般均应制出45º的倒角。4.为便于加工，应使轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽、退刀槽和越程槽等尺寸一致。轴的结构形状和尺寸应尽量满足加工、装配和维修的要求。为此，常采用以下措施：（一）扭转强度计算(传动轴）求出的直径值，需圆整成标准直径，并作为轴的最小直径。如轴上有一个键槽，可将值增大3%—5%，如有两个键

7、槽可增大7%—10%。三、轴的强度计算对于圆截面的实心轴，其抗扭强度条件为：由上式可得轴的直径计算公式：（二）弯扭合成强度计算（转轴）转轴同时承受扭矩和弯矩，必须按二者组合强度进行计算。通常把轴当作置于铰链支座上的梁，作用于轴上零件的力作为集中力，其作用点取为零件轮毂宽度的中点上。具体的计算步骤如下：1）画轴的空间力系图，分解为水平面分力和垂直面分力；2）计算水平面和垂直面上的弯矩并作出弯矩图；3）计算合成弯矩M，并作出合成弯矩图；