第14章轴.ppt

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1、第第1414章章 轴轴14-1 概述概述（一）轴的用途及分类（一）轴的用途及分类轴的功用轴的功用：支承回转零件，：支承回转零件， 传递运动和动力传递运动和动力轴的分类轴的分类1.1.按轴的承载分类按轴的承载分类传动轴：传动轴：只受扭矩，不受弯矩只受扭矩，不受弯矩 心轴：心轴：只受弯矩只受弯矩转轴：既受弯矩又受转矩转轴：既受弯矩又受转矩VFrFtBCADFrFtTT分析分析1：图示各轴属于何种类型轴？图示各轴属于何种类型轴？轴轴传动轴传动轴 轴轴 转轴转轴 轴轴 心轴心轴 轴轴 心轴心轴分析分析2：自行车各轴：自行车各轴属于何种类型轴？属于何种类型轴？前轮轴前轮轴心轴心轴脚蹬轴脚蹬轴传动轴传动轴

2、后轮轴后轮轴心轴心轴2.2.按轴线形状分类按轴线形状分类直轴、曲轴、软轴直轴、曲轴、软轴3.3.按轴的外形分按轴的外形分光轴、阶梯形轴光轴、阶梯形轴4.4.按轴的心部状态分按轴的心部状态分实心轴、空心轴实心轴、空心轴（二）轴设计的主要任务（二）轴设计的主要任务轴设计的主要任务轴设计的主要任务结构设计结构设计工作能力设计工作能力设计工作能力设计的内容工作能力设计的内容强度计算强度计算针对所有受力、力矩作用轴针对所有受力、力矩作用轴刚度计算刚度计算针对受力大的细长轴针对受力大的细长轴振动稳定性计算振动稳定性计算针对高速运转的轴针对高速运转的轴多数情况下，轴的多数情况下，轴的工作能力工作能力主要取决

3、于主要取决于轴的强度轴的强度 强度计算的目的是防止轴的断裂和塑性变形强度计算的目的是防止轴的断裂和塑性变形( (三三) ) 轴的材料轴的材料轴的材料轴的材料 表14-11.1. 钢钢 碳素钢碳素钢 优质碳素钢优质碳素钢:35:35、 50 50 、 45 45 轴钢轴钢 普通碳素钢普通碳素钢Q235Q235、Q255Q255、Q275Q2752.2.合金钢合金钢 20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi、40Cr40Cr 35SiMn 35SiMn、35CrMo35CrMo3.3.球墨铸铁球墨铸铁: : QT500-5 QT500-5、QT600-2QT600-2选择选择碳素钢碳素钢

4、或或合金钢合金钢依据的准则为：依据的准则为：强度、耐磨性、抗冲击能力及特殊要求强度、耐磨性、抗冲击能力及特殊要求与刚度无关与刚度无关?14-2 14-2 轴的结构设计轴的结构设计 轴结构设计的内容轴结构设计的内容: : 定出轴的定出轴的合理外形合理外形和和全部结构尺寸全部结构尺寸轴的结构设计要考虑的因素轴的结构设计要考虑的因素 轴上零件的安装要求轴上零件的安装要求 轴上零件的定位要求轴上零件的定位要求 轴的制造工艺性要求轴的制造工艺性要求 轴的受力合理、应力集中尽量小轴的受力合理、应力集中尽量小（一）拟订轴上零件的装配方案（一）拟订轴上零件的装配方案两种装配方案的比较两种装配方案的比较（a）（

5、b）（二）轴上零件的定位（二）轴上零件的定位定位的分类定位的分类轴向定位轴向定位周向定位周向定位定位的目的定位的目的防止轴上零件相对轴发生沿轴向或周向的相防止轴上零件相对轴发生沿轴向或周向的相 对运动对运动（1） 轴肩定位轴肩定位1. 零件的轴向定位零件的轴向定位 轴肩的分类轴肩的分类 定位轴肩定位轴肩非定位非定位 轴肩轴肩非定位轴肩非定位轴肩便于装配便于装配h=(0.5 h=(0.5 1)mm1)mm定位轴肩定位轴肩 h 35 mm轴肩定位的优点轴肩定位的优点方便可靠方便可靠轴肩定位的缺点轴肩定位的缺点轴肩定位应用场所轴肩定位应用场所轴向力较大的场所轴向力较大的场所定位轴肩的尺寸要求定位轴肩

6、的尺寸要求h=（0.070.1）ddhh轴肩的高度轴肩的高度d与零件相配处轴的直径与零件相配处轴的直径F滚动轴承的定位轴肩的高度滚动轴承的定位轴肩的高度必须低于轴承内圈端面的高必须低于轴承内圈端面的高度，以便拆卸轴承度，以便拆卸轴承轴的截面加大轴的截面加大轴的截面突变处应力集中大轴的截面突变处应力集中大应力集中应力集中rh 未实现定位未实现定位rh 定位准确定位准确为了使零件能靠轴肩准确定位，轴为了使零件能靠轴肩准确定位，轴肩处的过渡圆角半径肩处的过渡圆角半径r必须小于零件必须小于零件毂孔端部的圆角半径毂孔端部的圆角半径R或倒角尺寸或倒角尺寸Chr（2） 套筒定位套筒定位优点：优点：结构简单、

7、定位可靠，对轴的强度削弱小结构简单、定位可靠，对轴的强度削弱小适用场所：适用场所：轴上两零件的轴向距离不太大，转速不太高轴上两零件的轴向距离不太大，转速不太高太长太长 轴承定位轴肩轴承定位轴肩( (套筒套筒) )不能过高不能过高( (以便拆卸以便拆卸) ) F 轴的长度应短于与之相配合零件的毂宽轴的长度应短于与之相配合零件的毂宽（定位可靠）（定位可靠） 定位可靠定位可靠定位不可靠定位不可靠 定位定位零件有准确的工作位置零件有准确的工作位置 固定固定零件在轴上的位置牢固可靠零件在轴上的位置牢固可靠lBmmBl)32(（3）轴端挡圈定位）轴端挡圈定位见教材见教材P P259259（4）圆螺母定位）

8、圆螺母定位单螺钉固定单螺钉固定双螺钉加止动垫片双螺钉加止动垫片单螺母加止动垫片单螺母加止动垫片双螺母固定双螺母固定（5）圆锥面定位、紧定螺钉定位和弹性挡圈定位）圆锥面定位、紧定螺钉定位和弹性挡圈定位2. 零件的周向定位零件的周向定位周向定位的目的周向定位的目的限制轴上零件相对轴的转动限制轴上零件相对轴的转动周向定位的常见形式周向定位的常见形式键联接，销联接，紧定螺钉联接和过盈配合等键联接，销联接，紧定螺钉联接和过盈配合等（三）各轴段直径和长度的确定（三）各轴段直径和长度的确定 确定轴各段长度及直径的顺序确定轴各段长度及直径的顺序轴轴轴轴轴轴 确定轴各段长度及直径确定轴各段长度及直径 应与轴所在

9、的箱体整体结应与轴所在的箱体整体结 构相结合，综合考虑构相结合，综合考虑 由内向外定各段长度由内向外定各段长度确定各段长度的原则确定各段长度的原则由外向内定各段直径由外向内定各段直径烟工烟工确定各段直径的原则确定各段直径的原则由外向内定各段直径由外向内定各段直径首先，按纯扭初估外伸端最小直径首先，按纯扭初估外伸端最小直径dmin363333min0.29.55100.20.2TTTTTTTWdTpPdCnn341PdCn空心轴：空心轴：6 . 05 . 01dd 轴上有轴上有单键，单键，直径增大直径增大3 %3 % ; ;有有双键双键, ,直径增大直径增大7 %7 % 当当d d100mm10

10、0mm，有一个键时，轴径增大，有一个键时，轴径增大5%5%7%7%， 有有两个键两个键时，应增大时，应增大10%10%15%15%，然后圆整直径。，然后圆整直径。P P传递的功率传递的功率(kw) ; (kw) ; n n轴的转速轴的转速(r/min) ;(r/min) ; d d轴的直径轴的直径(mm) (mm) ； d d1 1空心轴的内径空心轴的内径 ； C C系数系数表表(14-3)(14-3) minPdCn3（四）提高轴强度的常用措施（四）提高轴强度的常用措施1 1 合理布置轴上零件以减小轴的载荷合理布置轴上零件以减小轴的载荷T1T2T3T4输入轮输入轮1234输入轮输入轮1234

11、T1T2T3T4不合理的布置不合理的布置合理的布置合理的布置2 2 改进轴上零件的结构以减小轴的载荷改进轴上零件的结构以减小轴的载荷FF轴未受扭矩作用轴未受扭矩作用轴受扭矩作用轴受扭矩作用3 3 改进轴的结构以减小应力集中的影响改进轴的结构以减小应力集中的影响（1 1）采用内凹圆角）采用内凹圆角靠轴肩定位的零件的圆角半径靠轴肩定位的零件的圆角半径 很小时，可采用此方法很小时，可采用此方法（2 2）加装隔离环）加装隔离环（3 3）在轮毂或轴上开卸载槽）在轮毂或轴上开卸载槽当轴与轮毂为过盈配合时，配合边缘处会产生较大的应力集当轴与轮毂为过盈配合时，配合边缘处会产生较大的应力集中，为减小应力集中，采

12、用采用卸载槽结构中，为减小应力集中，采用采用卸载槽结构过盈配合时过盈配合时的应力分布的应力分布轮毂采用卸载槽轮毂采用卸载槽 后的应力分布后的应力分布轴上开卸载槽轴上开卸载槽4 4 改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度（1 1）减小轴表面加工粗糙度值）减小轴表面加工粗糙度值（2 2）轴表面强化处理）轴表面强化处理热处理：淬火、氮化、氯化等热处理：淬火、氮化、氯化等冷处理：碾压、喷丸等冷处理：碾压、喷丸等（五）轴的结构工艺性（五）轴的结构工艺性轴的结构工艺性是指轴的结构形状应便于加工和装配轴的结构工艺性是指轴的结构形状应便于加工和装配原则：在满足使用的前提下，轴的结

13、构越简单越好原则：在满足使用的前提下，轴的结构越简单越好1 为便于装配，轴端应制出为便于装配，轴端应制出45倒角倒角2 需要磨削的轴段应留有砂轮越程槽需要磨削的轴段应留有砂轮越程槽3 需要车制螺纹的轴段应留有退刀槽需要车制螺纹的轴段应留有退刀槽4 为了减少装夹工件的时间，同一轴上不同轴段的键槽应为了减少装夹工件的时间，同一轴上不同轴段的键槽应 布置在轴的同一母线上布置在轴的同一母线上轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽宽度等应取相同尺寸轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽宽度等应取相同尺寸14-3 14-3 轴的计算轴的计算计算的内容计算的内容强度计算强度计算防止断裂和塑性变形防止断裂和塑性变形刚度计

14、算刚度计算防止弯曲和扭转变形防止弯曲和扭转变形振动稳定性计算振动稳定性计算针对高速轴针对高速轴强度计算准则强度计算准则传动轴：按扭转强度计算传动轴：按扭转强度计算心轴：按弯曲强度计算心轴：按弯曲强度计算传动轴：按弯扭合成强度计算传动轴：按弯扭合成强度计算常用强度计算方法常用强度计算方法扭转强度计算扭转强度计算弯扭合成强度计算弯扭合成强度计算疲劳强度精确校核计算疲劳强度精确校核计算1 按扭转强度计算按扭转强度计算 传动轴的强度计算传动轴的强度计算该方法适用的情况该方法适用的情况 轴的结构设计轴的结构设计中用来初估中用来初估 外伸端最小直径外伸端最小直径dminnPTdTWTTTT631055.9

15、2 .0 P P传递的功率传递的功率(kw); (kw); n n轴的转速轴的转速(r/min) ;(r/min) ; d d轴的直径轴的直径(mm) ; (mm) ; T T 材料的许用扭剪应力材料的许用扭剪应力 (Mpa)(Mpa) T T轴所受的扭矩（轴所受的扭矩（N m); N m); W WT T 轴的抗扭截面模量（轴的抗扭截面模量（mmmm3 3）强度校核公式强度校核公式强度设计公式强度设计公式341PdCn6 . 05 . 01dd对于空心轴对于空心轴33339500009500000.20.2TTPPPdCnn 轴上有轴上有单键单键，直径增大直径增大3 %3 % ; ;有有双键

16、双键, ,直径增大直径增大7 %7 % 当当d100mmd100mm，有一个键时有一个键时，轴径增大，轴径增大5%5%7%7%， 有两个键时有两个键时，应增大，应增大10%10%15%15%，然后圆整直径。，然后圆整直径。P P传递的功率传递的功率(kw); (kw); n n轴的转速轴的转速(r/min);(r/min);d d轴的直径轴的直径(mm)(mm)； d d1 1空心轴的内径；空心轴的内径； C C系数系数表表(14-3)(14-3) 轴系的结构改错轴系的结构改错键太长键太长与齿轮配合轴段过长与齿轮配合轴段过长透盖不应与轴接触，且缺密封圈透盖不应与轴接触，且缺密封圈套筒不应高于轴

17、承内圈套筒不应高于轴承内圈箱体处应区分加工面箱体处应区分加工面缺调整垫片缺调整垫片缺联接螺钉缺联接螺钉周向没定位（缺键）周向没定位（缺键）轴向没定位（应有轴肩）轴向没定位（应有轴肩）应有联接螺栓应有联接螺栓BlmmBl)32(轴系的结构改错轴系的结构改错缺键联接缺键联接没有定位轴肩没有定位轴肩左右端盖应区分加工面左右端盖应区分加工面固定件不能和轴固定件不能和轴 相碰，缺垫圈相碰，缺垫圈箱体处应区分加工面箱体处应区分加工面缺调整垫片缺调整垫片不应有键不应有键挡油环不应高于内圈挡油环不应高于内圈缺键联接缺键联接齿轮无法装配齿轮无法装配例例2轴承采用脂润滑轴承采用脂润滑轴系的结构改错轴系的结构改错例

18、例3 锥齿轮无法安装锥齿轮无法安装 脂润滑缺挡油环脂润滑缺挡油环 左轴承无法安装左轴承无法安装两轴承应反装（背对背）两轴承应反装（背对背）套杯应向左凸出以便于拆卸套杯应向左凸出以便于拆卸座孔中部孔应大些以利于拆装座孔中部孔应大些以利于拆装无垫片，无法调整锥齿轮位置无垫片，无法调整锥齿轮位置无垫片，无法调整轴承游隙无垫片，无法调整轴承游隙透盖应区分加工面透盖应区分加工面透盖孔不应与轴相碰，且缺透盖孔不应与轴相碰，且缺 密封垫圈密封垫圈外伸段应有定位轴肩，外伸段应有定位轴肩， 且与透且与透 盖保持一定距离盖保持一定距离箱体外壁应区分加工面箱体外壁应区分加工面第一题（第一题（13处错）处错） 第五题（第五题（13处错）处错）轴承为脂润滑轴承为脂润滑