机械设计轴课件.ppt

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1、第十一章　轴按轴线的形状分：直轴、曲轴、挠性轴11.1概述11.1.1轴的分类直轴曲轴挠性轴11.1.1直轴的分类按照承受载荷情况转轴：工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。心轴：用来支撑转动零件且只承受弯矩而不传递转矩的轴称为心轴。转动心轴、固定心轴传动轴：用来传递转矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。转轴心轴转动心轴固定心轴传动轴以减速器的输出轴为例来讨论转轴的受力、应力在AB之间的任意截面上，只有弯矩M，因此只有弯曲应力在BC之间的任意截面上，既作用有弯矩M，又作用有转矩T，因此，即有弯曲应力，又有扭转剪应力而在CD之间的任意截面上，只作用有转矩T，因

2、此只有扭转剪应力受力及应力分析转轴11.1.2轴的设计要求和设计步骤合理的结构和足够的强度是轴的设计必须满足的基本要求。轴的设计步骤：1）选材2）估算轴的直径3）轴的结构设计4）轴的强度校核5）必要时作刚度和稳定性校核轴的设计过程设计计算结构设计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轴的设计主要解决两个方面的问题11.2.轴的材料及其选择轴的材料主要采用1.

3、碳素钢:常用的优质碳素钢有30、40、45、和50钢，其中45钢应用最多。优质碳素钢具有较高的综合机械性能，常用于比较重要或承载较大的轴。2.合金钢:常用的合金钢有20Cr、40Cr、35SiMn和35CrMo等合金钢具有较高的综合力学性能和较好的热处理性能，常用于重要、承载大而尺寸受限或有较高耐磨性、防腐性要求的轴。3.球墨铸铁：适于制造成形轴，它价廉、强度较高、良好的耐磨性、吸振性和易切性以及对应力集中敏感性较低。但品质不易控制。11.3轴的结构设计轴的结构设计的主要要求是：1、满足使用要求：ａ、周向固定；ｂ、轴向固定。2、良好的结构工艺性：ａ、加工

4、工艺性；ｂ、装配工艺性。3、提高轴的疲劳强度：ａ、改进轴的结构形状；ｂ、改善轴的表面状态。以减速器的高速轴为例加以说明减速器高速轴结构图11.3.1满足使用的要求为实现轴的功能，必须保证轴上零件有准确的工作位置，要求轴上零件沿周向和轴向固定。1、周向固定键联接花键联接成形联接弹性环联接销联接过盈配合联接２、轴向固定方法（１）轴肩(2)、套筒固定(3)、圆螺母固定(4)、轴端挡圈(5)、弹性挡圈(6)、紧定螺钉（7）锥面装拆方便，可兼作周向固定。宜用于高速、冲击及对中性要求高的场合。只用于轴端。常与轴端挡圈联合使用，实现零件的双向固定。11.3.2良好的结

5、构工艺性退刀槽越程槽1加工工艺性：退刀槽、越程槽以及键槽的布置等；2装配工艺性：ａ、合理的阶梯轴直径；ｂ、轴端导角；ｃ、满足轴承装拆要求等。减速器低速轴结构图制造安装要求便于拆卸、便于安装、便于制造做成阶梯轴应有倒角有越程槽键应靠近端部过渡肩环轴肩过渡结构内凹圆角11.3.3提高轴的疲劳强度1改善轴的结构形状减小应力集中1改善轴的结构形状减小应力集中配合轴段上的卸载槽轮毂上的卸载槽2.合理布置轴上传动零件的位置3.合理设计轴上零件的结构4.提高轴的表面质量提高轴的疲劳强度:表面强化—碾压、喷丸、表面淬火等轴的结构设计轴的径向尺寸确定1.箱体内壁位置的确定

6、H=5~10mmA=b+2HA应圆整轴的轴向尺寸确定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+2C3.轴承在轴承座孔中位置的确定Δ值尽量小减小支点距离油润滑时Δ=(3~8)mm脂润滑时Δ=(10~15)mm4.轴的外伸长度的确定(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值由联接螺栓长度确定(3)当轴承盖与轴端零件都不需拆卸时,一般取K=5mm~8mm指出图中的错误，并加以改正11.3.4轴的一般失效形式疲劳断裂：疲劳裂纹发展到一定程度后突然断裂。1

7、1-4轴的强度校核计算一、轴的计算简图简化成简支梁，力的作用点：弯矩、扭矩，简化在中点，支点：与轴承类型有关。11.4轴的计算轴的强度计算主要有三种方法：１、按扭转强度计算；２、按弯扭合成强度计算；３、安全系数校核计算。1.轴径的初步估算（一）、类比法（二）、经验公式计算高速输入轴的直径d可按与其相联的电动机轴的直径D估算d=(0.8~1.2)D各级低速轴的直径d可按同级齿轮传动中心a估算d=(0.3~0.4)a通常估算轴的最小直径，作为结构设计的依据参考同类已有机器的轴的结构和尺寸进行分析对比（三）、按扭转强度计算或计算公式当最小直径剖面上有一个键槽时

8、增大5%，当有两个键槽时增大10%，然后圆整为标准直径11.4.轴的强度计算2、