軸是用來支承回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力

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1、第十六章 軸,16.1 概述,軸是用來支承回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件,并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。,16.1.1 軸的分類,軸,曲軸,直軸,按所受載荷性質(zhì)分類,按外形分類,心軸:,只承受彎矩,傳動(dòng)軸:,只承受轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)軸:,即承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩,光軸,階梯軸,實(shí)心軸,空心軸,軸的分類,軸的分類,軸的分類,軸的分類,軸的分類,軸的分類,軸的分類,軸的分類,火車輪軸,減速器中的軸,汽車變速器至后橋的傳動(dòng)軸,自行車軸,,軸的主要材料,常用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼有,,30,、,40,、,45,、和,50,鋼,,,其中,45,鋼,應(yīng)用最多,碳素鋼,合金鋼,常用的合金鋼有,20Cr,、,40Cr,、,35SiMn,和,35CrMo,等,

2、16.1.2 軸的材料,對(duì)軸材料的要求,,除具有足夠的強(qiáng)度外,還應(yīng)具備足夠的塑性、沖擊韌性、抗磨損性和抗腐蝕性;對(duì)應(yīng)力集中的敏感性?。痪哂辛己玫墓に囆?;能通過各種熱處理方式提高軸的疲勞強(qiáng)度。,16.1.3 軸的設(shè)計(jì)問題,1,.,設(shè)計(jì)計(jì)算,2,.,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),1)? 軸在機(jī)器中的安裝位置及形式,,2)?軸上安裝零件的類型、尺寸、數(shù)量及和軸的聯(lián)接方法,,3)? 載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況,,4)? 軸的加工工藝,影響軸的結(jié)構(gòu)的主要因素:,1.,強(qiáng)度問題,—,防止軸發(fā)生疲勞斷裂,2.,剛度問題,—,防止軸發(fā)生過大的彈性變形,3.,振動(dòng)穩(wěn)定性問題,—,防止軸發(fā)生共振,軸頸 - 與軸承相配的,部分;

3、,軸頭 -,與輪轂相配的,部分;,軸身 -,連接軸頸與軸,頭部分;,軸頸,,軸頭,,軸身,,軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足的基本要求:,,,1.,軸與裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置,,,2.,軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整,,,3.,軸應(yīng)具有良好的制造工藝性,,,4.,軸應(yīng)滿足特定場(chǎng)合的特定要求,16.2,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟:,1,.,擬定軸上零件的裝配方案,定位 - 使軸上零件處于正確的工作位置;,固定 - 使軸上零件牢固地保持這一位置。,目的 - 防止軸上零件工作時(shí)發(fā)生軸向躥動(dòng)。,2,.,確定軸的基本直徑和各段長度,軸 肩,3,.,軸上零件的軸向定位,定位方法簡單、可靠,可傳遞較大的軸向力,

4、但軸的毛坯直徑較大,且軸肩處有較大的應(yīng)力集中。,軸端擋圈,彈性擋圈,圓 螺 母,錐 面,用于軸上兩零件距離較遠(yuǎn)時(shí),或軸端。,需切制螺紋,削弱了軸的強(qiáng)度。,需切環(huán)槽,削弱了軸的強(qiáng)度。,承受不大的軸向力。,用于固定軸端零件,能承受較大的軸向力。,常與軸端擋圈配合使用。,套 筒,對(duì)軸上零件起固定作用。,常用于近距離的兩個(gè)零件間的固定。,緊定螺釘,鎖緊擋圈,,注意:,采用這些方法固定軸上零件時(shí),為保證固定可靠,,應(yīng)使:與輪轂相配的軸段長度比輪轂寬度,短,2,~,3 mm,,,即,:,l,=,B,- (2~3),軸上零件的周向固定的目的 - 防止軸上零件與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),以傳遞轉(zhuǎn)矩。,4

5、,.,軸上零件的周向定位,零件在軸上的周向固定,零件在軸上的周向固定,零件在軸上的周向固定,零件在軸上的周向固定,零件在軸上的周向固定,零件在軸上的周向固定,問題:,滾動(dòng)軸承是否需要用鍵作周向固定?,5,.,軸的結(jié)構(gòu)工藝性,1)? 為了使軸上零件與軸肩端面緊密貼合,應(yīng)保證軸的圓角半徑,r,a,、,輪轂孔的倒角高度,C(,或圓角半徑,r)、,軸肩高度,a,之間有下列關(guān)系:,r,a,

6、滾動(dòng)軸承的定位軸肩 - 查標(biāo)準(zhǔn),,2)? 為了便于裝配零件,需去毛刺,軸端應(yīng)制出45o倒角。,,3)? 當(dāng)軸的某段需磨削加工或有螺紋時(shí),需留出砂輪越程槽或退刀槽。,,4)? 當(dāng)軸上有兩個(gè)以上的鍵槽時(shí),槽寬應(yīng)盡可能統(tǒng)一,并置于同一直線上。,,5,)避免過定位。,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示例,軸系設(shè)計(jì)舉例,請(qǐng)完成如圖所示的軸系設(shè)計(jì)。,請(qǐng)選擇齒輪的裝配方向,,軸系設(shè)計(jì)舉例,軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò),圖中有一處錯(cuò)誤,,,請(qǐng)改正。,錯(cuò)誤原因,,r>C,使得軸上零件與軸肩的配合不夠緊密。,軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò),圖中有四處錯(cuò)誤,,,請(qǐng)改正。,錯(cuò)誤原因,4.,圓螺母無法裝入。,1.,軸肩太高,滾動(dòng),,軸承無法拆卸。,2.,軸上未留退刀槽,,,不

7、便于螺紋加工。,3.,軸承左邊造成過定位。,軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò),圖中有三處錯(cuò)誤,,,請(qǐng)改正。,錯(cuò)誤原因,3.,滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸的配合,,為過盈配合,無需鍵聯(lián)接。,1.,輪轂上鍵槽未開通,零件,,無法裝入。,2.,套筒無法裝入應(yīng)改為軸肩。,軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò),錯(cuò)誤原因,圖中有三處錯(cuò)誤,,,請(qǐng)改正。,3.,同一軸上的兩個(gè)平,,鍵應(yīng)布置在同一母線,,,否則不便于軸的加工。,,1.,鍵太長,右端套筒,,無法裝入。,2.,輪轂上鍵槽未開通,,,右端齒輪無法裝入。,16.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算,,許用切應(yīng)力計(jì)算:,僅僅(或主要)用于傳遞扭矩的軸(傳動(dòng)軸);粗步估算轉(zhuǎn)軸的最小軸徑;不重要的軸,或,計(jì)算公式,軸完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后,

8、軸上零件的位置均以確定,則外載荷和支點(diǎn)反力的作用點(diǎn)也隨之而定。畫出軸的空間受力簡圖后,即可進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算,其計(jì)算步驟如下:,,1.,將軸上作用力分解為水平面受力圖和垂直面受力圖,,,求出水平面上和垂直面上的支點(diǎn)反力。,,2.,分別作出 水平面上的彎矩,M,H,圖,和垂直面上的彎矩,M,V,圖,。,3.,作出合成彎矩 圖。,4.,作出轉(zhuǎn)矩,T,圖。,5.,計(jì)算當(dāng)量彎矩,,,畫出當(dāng)量彎矩圖。,許用彎曲應(yīng)力計(jì)算:,用于轉(zhuǎn)軸,當(dāng)轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定不變時(shí),,;當(dāng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變化時(shí),,,當(dāng)轉(zhuǎn)矩對(duì)稱變化時(shí)(軸頻繁正反轉(zhuǎn)),,其中,、,、,分別為靜應(yīng)力、脈動(dòng)應(yīng)力、和對(duì)稱,應(yīng)力下軸的許用彎曲應(yīng)力,單位

9、均為,Mpa,,,其值見表。,6.,校核危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度。,或,式中,W---,軸的抗彎截面 系數(shù)。,安全系數(shù)校核計(jì)算:,用于重要軸,軸的設(shè)計(jì)步驟總結(jié),,1,.確定軸上零件裝配方案,,2,.確定軸上零件定位方式,,,3,.確定各軸段直徑,,,4,.確定各軸段長度,,,5,.確定軸的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié),,,6,.確定軸的加工精度、尺寸公差、形位公差、配合、表面粗糙度及技術(shù)要求,,,7,.畫出軸的工作圖,,16.6,提高軸的強(qiáng)度、剛度和減輕重量的措施,1.,減少應(yīng)力集中,(,1,) 盡量避免截面形狀的突然變化,在截面尺寸變化處盡量采用較大的過度圓角。,,(,2,) 用盤銑刀要比用端銑刀銑出的鍵槽應(yīng)力集中小。,(,3,) 過盈配合的軸,可通過增大配合處的直徑、在軸上或輪轂上開減荷槽等來減小應(yīng)力集中。,(,4,) 打穿的銷孔比未打穿的銷孔的應(yīng)力集中小。,2.,改善表面品質(zhì),可采用表面強(qiáng)化處理。如碾壓、噴丸、氮化、滲碳、淬火等方法,,3.,改善軸的受力情況,工程應(yīng)用,工程應(yīng)用,工程應(yīng)用,工程應(yīng)用,工程應(yīng)用,工程應(yīng)用,工程應(yīng)用,工程應(yīng)用,,工程應(yīng)用,,工程應(yīng)用,,工程應(yīng)用,,工程應(yīng)用,,工程應(yīng)用,,工程應(yīng)用,,工程應(yīng)用,,

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