机械学轴课件

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1、第第1212章章 轴与联轴器轴与联轴器12.1 12.1 轴轴一一 、轴的分类、轴的分类转轴转轴心轴心轴传动轴传动轴工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。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。用来传递转矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。转动心轴固定心轴按形状按形状1、直轴、直轴按形状按形状2、曲轴、曲轴3、钢丝软轴、钢丝软轴轴的材料主要采用常用的优质碳素钢有30、40、45、和50钢，其中45钢应用最多碳素钢合金钢常用的合金钢有20Cr、40Cr、35SiMn和35CrMo等二、轴的材料二、轴的材料轴的设计轴的设计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

2、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轴的设计主要解决两个方面的问题12.1.2 12.1.2 轴径的初步估算轴径的初步估算按扭转强度计算按扭转强度计算2.01055.936dnPWTTmmnPAnPd336 2.01055.9或计算公式对于直径对于直径大于大于100mm的轴颈，有一个键槽时增大的轴颈，有一个键槽时增大3%，两个键槽增加，两个键槽增加7%；对于直径；对于直径小于小于100mm的轴的轴颈，有一个键槽增大颈，有

3、一个键槽增大5%7%，有两个键槽增加，有两个键槽增加10%15%。然后将轴颈圆整为标准直径。然后将轴颈圆整为标准直径。12.1.3 12.1.3 轴的结构设计轴的结构设计轴的结构设计的主要要求是：1、轴应便于加工，轴上零件应便于装拆。2、轴和轴上零件应有正确而可靠的工作位置。3、轴的受力合理，尽量减少应力集中等。以减速器的低速轴减速器的低速轴为例加以说明减速器低速轴结构图一、制造安装要求一、制造安装要求二、固定要求二、固定要求1.轴上零件的轴向固定固定方法(1)、轴肩固定11rChC轴肩圆角半径倒角轴肩高rRhR轴肩圆角半径圆角半径轴肩高(2)、套筒固定(3)、圆螺母固定(4)、轴端挡圈(5)

4、、弹性挡圈(6)、紧定螺钉1）键2）花键2.轴上零件的周向固定为了传递运动和转矩,或因某些需要,轴上零件还需有周向固定3）紧定螺钉、销 4）过盈配合轴系结构改错1.车削螺纹处应有退刀槽车削螺纹处应有退刀槽2.轴承内圈定位的轴肩过高轴承内圈定位的轴肩过高3.联接轴承处轴段应比轴承联接轴承处轴段应比轴承宽度窄。宽度窄。4.轴的阶梯段少轴的阶梯段少1.齿轮轮毂无键槽齿轮轮毂无键槽2.不能用套筒定位不能用套筒定位3.轴承不能用键定位轴承不能用键定位1.左侧键太长，套筒无法装入左侧键太长，套筒无法装入2.多个键应位于同一母线上多个键应位于同一母线上轴的结构设计要点 1.键在轴上的位置应靠近装入端，长度应

5、是轮毂长度的0.85倍，距离轮毂装入端取2-5mm。2.轴径变化处应有过渡圆角。3.为易于安装轴上的零件，轴端应有倒角。4.定位轴肩高度一般取h=(0.070.1)d,非定位轴肩取1.5 2mm5.采用套筒、圆螺母、轴端挡圈定位时，为使其与所装零件端面相互靠紧，零件与轴配合的轴段长度一般比轮毂短2 3mm6.套筒给轴承轴向定位，高度应低于轴承内圈，便于装拆 7.需要切制螺纹的轴段应留有退刀槽，需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽8.轴上有几个键槽时，为便于加工，各轴段键槽应设计在同一加工直线上，并在强度足够条件下尽量采用同一规格的键槽剖面尺寸。0.5mm2-3mm挡油板画法油沟画法油沟油沟四、

6、轴的结构设计四、轴的结构设计4.轴的外伸长度的确定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(1)(2)当使用凸缘式轴承盖时k值由联接 螺栓长度确定当轴承盖与轴端零件都不需拆卸时,一般取K=5mm8mm。(3)12.1.4 轴径的初步估算轴径的初步估算以减速器的输出轴为例来讨论转轴的受力、应力及失效形式在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，因此只有扭转剪应力bb弯曲应力 为对称循环变应力，其循环特征r=-1(见图a)。扭转剪应力的循环特征r

7、随转矩的性质而变化。当转矩的大小及方向恒定不变时，扭转剪应力 为静应力，其循环特征r=+1（见图b）。b当转矩T按脉动循环变化时，扭转剪应力 也为脉动循环，其循环特征r=0（见图c）。当转矩T为对称循环时，扭转剪应力 也为对称循环，其循环特征r=-1（见图d）。图a图b图c图db轴的一般失效形式是疲劳断裂。轴的一般失效形式是疲劳断裂。一、轴的计算简图一、轴的计算简图简化原则简化原则1.1.将阶梯轴简化为一简支梁将阶梯轴简化为一简支梁2.2.齿轮、带轮等传动件齿轮、带轮等传动件作用于轴上的均布载荷，作用于轴上的均布载荷，简化为集中力，作用点简化为集中力，作用点在轮缘宽度的中点。在轮缘宽度的中点。

8、3.3.作用于轴上的转矩，简化为从传动件轮毂宽度作用于轴上的转矩，简化为从传动件轮毂宽度 中点算起的转矩。中点算起的转矩。4.4.轴的支承反力的作用点随轴承类型和布置方式有关。轴的支承反力的作用点随轴承类型和布置方式有关。b bbe224转轴转轴M Mr=-1r=-1T Tr=-1r=-1r=+1r=+1r=0r=0按第三强度理论合成按第三强度理论合成当量应力当量应力引入折合系数引入折合系数 bbe122)(4二、按弯扭合成强度计算二、按弯扭合成强度计算合系数根据转矩性质而定的折)(4122bbe3.0,对于不变的转矩6.0,当转矩脉动变化时1,矩对于对称循环变化的转已知条件：轴的各段长度，截

9、面尺寸，支反力 作用点校核危险截面的当量应力 be计算步骤：1)作计算简图：力学模型简支粱假设条件，前述2、3、4例：2)计算支反力：按照水平面和垂直面计算ABCD3rF3tF3aF2rF2tF2aF11013080)(aVARVDR3tF2tFABCD3)作垂直面内弯矩图VMVARVDR3tF2tFABCD4)作水平面内弯矩图HMHARHDR3rF2rFABCD2aF3aF22d23d合M/CM/CM/BM/BM)(d5)作合成弯矩图22HVMMM6)作转矩图e7)求危险截面的当量应力 ，即弯扭合成 bbeTbWTTWMM1224 bcaeWMWTM122或caM)(f)(/BMca)(/B

10、Mca)(/CMca)(/CMcad设计公式设计公式 3b1ca1.0M12.1.5 12.1.5 轴的刚度计算轴的刚度计算设计时的轴的刚度条件为 yy 挠度偏转角扭转角概述112.2 联轴器联轴器和离合器是机械装置中常用的部件，它们主要用于联接轴与轴，以传递运动与转矩，也可用作安全装置。大致有以下类型：w 联轴器用于将两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有在机w 器停车时才可将两轴分离；w 离合器在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的一种装置。它w 可用来操纵机器传动的断续，以便进行变速或换向；联轴器和离合器种类繁多，在选用标准件或自行设计时应考虑：传递转矩大小、转速高低、扭转刚度

11、变化、体积大小、缓冲吸振能力等因素。联轴器的种类和特性1联轴器联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。xyxy轴向位移x径向位移y角位移综合位移x、y、一、联轴器所联两轴的相对位移 联轴器的类型联轴器的类型:弹性联轴器弹性联轴器刚性联轴器刚性联轴器:套筒联轴器套筒联轴器凸缘联轴器凸缘联轴器滑块联轴器滑块联轴器齿式联轴器齿式联轴器万向联轴器万向联轴器弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器轮胎联轴器轮

12、胎联轴器固定式固定式可移式可移式刚性联轴器刚性联轴器-固定式凸缘联轴器套筒联轴器无弹性件挠性联轴器刚性联轴器-可移式滑块联轴器万向联轴器齿式联轴器 有弹性件挠性联轴器弹性联轴器弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器轮胎联轴器 选择1联轴器的选择大多数联轴器已经标准化或规格化，一般机械设计者的任务是选用联轴器，选用的基本步骤为：选择联轴器的类型计算联轴器的计算转矩进行必要的承载能力校核规定部件相应的安装精度协调轴孔直径校核最大转矩确定联轴器的型号 选择2选择联轴器的类型应全面了解工作载荷的大小和性质、转速高低、工作环境等，结合常用联轴器的性能、应用范围及使用场合选择联轴器的类型。w低速、刚性大的短轴可选

13、用刚性联轴器；w低速、刚性小的长轴可选用无弹元件挠性联轴器；w传递转矩较大的重型机械选用齿式联轴器；w对于高速、有振动和冲击的机械，选用弹性元件挠性联轴器；w轴线位置有较大变动的两轴，应选用万向联轴器；w有安全保护要求的轴，选用安全联轴器。计算联轴器的计算转矩TKT cK为载荷系数。T为轴的名义转矩。选择3确定联轴器的型号按TcT，由联轴器标准确定联轴器型号，T为联轴器的许用转矩。校核最大转速被联接轴的转速n，不应超过联轴器许用的最高转速nmax，即：nnmax协调轴孔直径被联接两轴的直径和形状（圆柱或圆锥）均可以不同，但必须使直径在所选联轴器型号规定的范围内，形状也应满足相应要求。1.选择或计算联轴器时，应该依据计算转矩Tc，即计算转矩大于 所传递的公称转矩，这是因为考虑到A 旋转时产生的离心载荷B机器不稳定运转时的动载荷和过载。C制造联轴器的材料，其机械性能有偏差D两轴对中性不好时，产生附加的动载荷2.在下列联轴器中，能补偿两轴的相对位移以及可缓冲吸振的是A 凸缘联轴器B 齿式联轴器C万向联轴器D弹性柱销联轴器BD3.联轴器为标准件，当选定类型后，可根据 、从标准中选择需要的型号和尺寸。计算转矩轴的直径轴的工作转速