机械设计第十五章-轴.ppt

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1、§15-1概述§15-2轴的结构设计§15-3轴的计算第十五章轴§15-1、概述一、轴的功用二、轴的分类1、按承受载荷分心轴1、支承轴上回转零件（如齿轮）转动心轴：轴转动固定心轴：轴固定2、传递运动和动力火车轮轴自行车轴转轴：减速器中的轴。传动轴:汽车的传动轴。问：根据承载情况分析下列各轴分别为哪种类型？0轴：Ⅰ轴：Ⅴ轴：Ⅱ轴：Ⅲ轴：Ⅳ轴：传动轴转轴转动心轴转轴转轴转动心轴如何判断轴是否传递扭矩：从原动机向工作机画传动路线，若传动路线沿该轴轴线走过一段距离，则该轴传递扭矩。如何判断轴是否承受弯矩：该轴上除联轴器外是否还有其它传

2、动零件，若有则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。曲轴：发动机专用零件2、按轴线形状分直轴又可分为实心、空心光轴阶梯轴钢丝软轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。钢丝软轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。动力源被驱动装置接头接头钢丝软轴钢丝软轴的绕制三、轴的材料1、碳素钢：35、40、45、50(正火或调质)，45应用最广。价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。2、中、低碳合金钢：强度高、寿命长，价贵，对应力中敏感用于重载、小尺寸的轴和高温或低温条件下的轴。注意：钢材种类热处理对钢材弹性模量E影响很小，∴用热处理合金钢不能提高轴的刚度。3、铸铁、

3、QT：铸造成形，吸振，可靠性低，品质难控制，常用于凸轮轴、曲轴。表15-1轴的常用材料及其主要力学性能设计的主要内容：1、结构设计—轴和轴上零件应有正确而可靠的工作位置；轴应便于加工，轴上零件应便于装拆；轴的受力合理，尽量减少应力集中等。2、工作能力计算（2）塑性变形—短期尖峰载荷—验算屈服强度。（4）振动折断—高速轴，自振频率与轴转速接近。（3）变形过大—刚度验算（如机床主轴）。（1）疲劳断裂—疲劳强度校核。四、轴设计的主要内容五、轴的设计过程轴的设计分三步进行:1、初定轴径;2、结构设计:画草图,确定轴的各段尺寸,得到轴的

4、跨距和力的作用点;3、计算弯矩、弯曲应力及扭剪应力，进行校核计算。已知条件选择轴的材料初算轴径结构设计计算弯矩校核计算完善设计修改直径转轴设计程序框图二、要求1、轴和轴上零件要有准确可靠的相对位置；2、受力合理——有利于提高轴的强度和刚度；3、良好的结构工艺性——轴应便于加工，轴上零件应便于装拆；§15-2、轴的结构设计一、目的确定轴的形状、尺寸：dl；4、节省材料，减轻重量；5、形状和尺寸有利于减小应力集中；三、阶梯轴的结构设计（一）拟定轴上零件装配方案（二）零件在轴上的定位1、轴向定位（1）轴肩定位（2）套筒定位轴承与齿轮

5、之间（3）圆螺母定位相邻零件间距大（4）轴端挡圈（5）弹性挡圈轴向力小削弱轴的强度（6）紧定螺钉传递力小键、花键、成形连接、弹性环连接、过盈、销等2、周向定位——轴毂连接（三）有利于提高轴的强度、刚度和减轻重量1、合理布置轴上零件，↓轴受扭矩a)不合理的布置b)合理的布置2、改进轴上零件结构，↓轴弯矩a)不合理的布置b)合理的布置3、载荷分担，↓轴上载荷卸荷带轮：双联齿轮斜齿轮：两斜齿轮旋向应相同4、采用力平衡或局部相互抵消的办法减少轴的载荷行星齿轮减速器：多个行星轮均布5、改变支点位置，改善轴的强度和刚度更差！锥齿轮减速器结

6、构图6、改进轴的结构,减少应力集中1）避免相邻轴径相差太大；3）↓表面打印、紧定螺钉端坑等，合理选择键槽(盘铣)；2）适当↑过渡圆角r，或用凹切圆角、肩环；7、改善表面品质，↑疲劳强度。↓表面粗糙度；表面强化：表面高频淬火、表面渗碳、氮化、氰化、辗压、喷丸等。4）过盈配合轴：开减载槽；a)过盈配合应力集中b)轮毂上开卸载槽c)轴上开卸载槽d)增大轴径1、需磨削的轴段：砂轮越程槽。3、轴端应有倒角：c×45°——便于装配。4、装配段不宜过长。5、固定不同零件的各键槽应布置在同一母线上，以减少装夹次数。2、需切制螺纹的轴段：螺纹退

7、刀槽。（四）良好的结构工艺性——便于装拆，便于制造四、轴段尺寸的确定1、径向尺寸的确定：由扭矩→dmin→由结构设计要求确定各段的d。1）轴段长比轮毂宽小2～3mm——可靠定位。2）传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离(查手册)。2、轴向尺寸的确定：由轴上零件相对位置及零件宽度决定，同时考虑：（1）箱体内壁位置的确定H=10~15mmA=b+2HA应圆整（2）轴承座端面位置的确定C=δ+C1+C2+(5~10)mmδ--箱体壁厚C1、C2--螺栓扳手空间B=A+2CB应圆整（3）轴承在轴承座孔中位置的确定Δ值尽量小减小支点距

8、离油润滑时Δ=(3~8)mm脂润滑时Δ=(10~15)mm(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值由连接螺栓长度确定(3)当轴承盖与轴端零件都不需拆卸时,一般取K=5mm~8mm（4）轴的外伸长度的确定§15-3轴的强度计算一、按