第14章 轴与轴毂连接课件.ppt

机械原理——机械的平衡 第14章 轴 14-1 概述 14-2 轴的结构和材料 14-3 轴的计算 基本要求: 了解转轴、心轴和传动轴的载荷的特点 掌握轴的结构设计的方法，熟悉轴上零件的轴向和周向定位方法，明确轴的结构设计中应注意的问题 掌握轴的三种强度计算方法 了解轴的刚度计算方法 本章特点： 轴的设计过程是结构设计与强度(或刚度)校核计算交替进行，逐步完善的 14-1 概述 轴：支承回转零件的零件 一、轴的功用 1. 支承旋转零件并传递运动和动力 2. 保证所有轴上零件有确定的轴向工作位置 二、轴的分类 1 按载荷性质分类 2 按形状分类 1 按载荷性质分类 心轴：只承受弯矩，不承受转矩 传动轴：主要承受转矩 转轴：既承受弯矩，又承受转矩 2 按形状分类 直轴、曲轴、软轴 三、轴设计解决的问题 1、结构问题 — 确定轴的形状和尺寸 2、强度问题 — 防止轴发生疲劳断裂 3、刚度问题 — 防止轴发生过大的弹性变形 4、振动稳定性问题 — 防止轴发生共振 1.拟定轴上零件装配方案 2.估算轴的最小直径ｄmin 3.确定各段直径及长度 4.确定轴的结构要素 14-2 轴的结构和材料 一、轴的结构 二、轴的材料 一、轴的结构 轴头：轴和旋转零件的配合部分 轴颈：轴和轴承配合的部分 轴身：连接轴颈与轴头部分 轴肩(轴环)：轴的直径变化所形成的阶梯处 轴的结构设计的要求 1. 制造工艺性要求： 轴应有良好的制造工艺，便于加工 2. 装拆要求： 轴上零件要易于装拆、调整 3. 定位和固定要求： 轴与轴上零件要有准确的工作位置，并牢固地保持这一位置 4. 尽量减少应力集中, 改善轴的受力状态 1 制造工艺性要求 轴应有良好的制造工艺，便于加工 加工方法不同，轴的结构也可能不同 键槽应位于同一母线上；螺纹退刀槽；砂轮越程槽 2 装拆要求 轴上零件要易于装拆、调整 不同的装拆方案，得到不同结构 轴的直径应圆整成标准值 阶梯状轴——轴端应有45°倒角 非定位轴肩(便于装配)、定位轴肩(零件定位) 设计轴肩时应注意: 轴长应略短于轮毂宽度(保证零件固定) 轴肩圆角ｒ＜轮毂孔圆角Ｒ(倒角Ｃ) 3 定位和固定要求 轴与轴上零件要有准确的工作位置 定位：零件有准确的工作位置 固定：零件在轴上的位置牢固可靠 周向固定 轴向定位和固定 周向定位和固定 防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩 常用的周向固定方法： 键、花键、紧定螺钉、过盈配合等 轴向定位和固定 防止轴上零件工作时发生轴向蹿动 常用的轴向定位和固定方法： 轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈等 轴头长度 轮毂的轴向长度 4 尽量减少应力集中, 改善轴的受力状态 尽量减少应力集中： 轴肩处要有过渡圆角 相邻轴径的变化不宜太大 改善零件位置及结构, 以改善轴的受力状态 二、轴的材料 轴的材料，见表14.7 1. 钢： 碳素钢 ：优质碳素钢:35、 50 、 45 轴钢 普通碳素钢Q235、Q255、Q275 合金钢：20Cr、20CrMnTi、40Cr、35SiMn、35CrMo 2. 球墨铸铁: QT500-5、QT600-2 14-3 轴的计算 轴的工作能力主要取决与强度和刚度，高速轴还要校核振动稳定性 一、轴的强度计算 二、轴的刚度计算 1、 按扭转强度计算 适用状况： (1)轴只传递转矩，不承受弯矩（或很小的弯矩） (2)弯矩未知，按扭距作初步计算 扭剪应力: 2 按弯扭合成强度计算 适用状况： 轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大小、方向和作用点已知——准确计算 弯、扭联合作用时，采用第三强度理论 步骤： 绘制受力计算简图 计算所有力引起的弯矩 合成弯矩M 计算扭矩 合成当量弯矩Me 强度条件： 弯扭合成设计公式 设计公式： 二、轴的刚度计算 1、弯曲刚度计算 挠度条件： 转角条件： 2、 扭转刚度计算 扭转角条件： 14.5 轴的设计 1、类比法 2、设计计算法 步骤： （1）根据轴的工作条件选材，确定许用应力。 （2）按扭转强度估算轴的最小直径。 （3）设计轴的结构，绘制轴的结构草图。 （4）按弯扭合成进行轴的强度校核。 （5）修改轴的结构后再进行校核计算。 （6）绘制轴的零件图。 一、轴的强度计算 轴的计算流程： 结构示例：结构改错 ① 无定位轴肩 ② 端盖无密封 ③ 键槽太长 ④无非定位轴肩 ⑤套筒太高 ⑥ 轴承没定位 ⑦ 轴向定位不确定 ⑧ 轴承用错或装错 ⑨ 无调整垫片 ⑩ 端盖端面无凹坑加工量大 * * 机械设计基础 —— 轴 机械设计基础 —— 轴 机械设计基础 —— 轴 机械设计基础 —— 轴 机械设计基础 —— 轴 轴的结构设计 轴的强度计算 其它计算 1.刚度计算 2.振动稳定性计算( 临界转速) 1.许用切应力法(扭