第十四章 轴课件.ppt

* 第十四章 轴 学会轴的结构设计 学会轴的受力分析方法 能进行强度计算 轴的结构设计 提高轴疲劳强度的措施 轴的结构工艺性 轴的强度计算 本章教学内容 本章基本要求 案例导入： 14.1 轴的分类 功用：轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。 1、按轴的承载情况分类，轴可分为： 1）心轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴、自行车轴等。 转动心轴 固定心轴 火车轮轴 2）传动轴─主要承受转矩的轴，不受弯矩或弯矩很小，如汽车的传动轴。 桥式起重机大车行走机构车轮轴 3）转轴─同时承受弯矩和转矩的轴，如减速器的轴。 如：齿轮轴 2、按照轴的轴线形状的不同，轴可分为直轴和曲轴两大类。 直轴根据外形的不同，又可分为光轴和阶梯轴。 光轴主要用于组合机床、纺织机械和仪器仪表中； 阶梯轴主要用一般机械传动中。 曲轴主要用于往复式机械中 除了刚性轴外，还有扰性钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到空间任何位置。 轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴。 14.2 轴的材料的选择 轴的材料主要是优质碳素结构钢和合金结构钢 碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广。 一般用途的轴，多用含碳量为0.25～0.5%的优质碳素结构钢，常用的有35、40、45和50等钢，尤其是45号钢。对于不重要或受力较小的轴也可用Q235、 Q275 等碳素结构钢。 合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性要求高的零件中。 有特殊要求的轴，如对耐磨性和韧性要求较高的轴，可选用20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳淬火处理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金钢，有良好的高温机械性能，常用于在高温、高速和重载条件下工作的轴。 球墨铸铁有良好的减振性，对应力集中的敏感性低，可用于制造形状复杂的轴，但其可靠性较差。 轴的毛坯一般用热轧圆钢或锻钢。锻件的组织均匀，且可以得到分布合理的纤维组织，强度较好，用于重要的或径向尺寸变化大的阶梯轴。 当轴的刚度不足时，需调整轴的结构或轴上零件的位置，而不能采用更换材料的方法达到提高刚度的目的。因在常温下碳钢和合金钢的弹性模量几乎相等。 轴的常用材料及其部分机械性能 14.3 轴的结构设计 1、轴上的零件要有准确的位置和可靠的相对固定； 2、有良好的制造和安装工艺性等； 3、形状、尺寸应有利于减少应力集中。 一、轴的结构都应满足以下条件： 对轴的结构进行设计主要目的：确定轴的结构形状和尺寸。 设计时应使轴的结构满足轴的功能的要求，即轴的精度要求、刚度要求和强度要求；轴上零件的定位和固定可靠；良好的制造装配工艺性等。 轴的毛坯：尺寸较小的轴可以用圆钢车制，尺寸较大的轴则应用锻造毛坯。铸造毛坯应用较少。 轴的组成：轴主要由轴头、轴身、轴颈三部分组成。 轴颈 轴头 轴身 轴的结构和形状取决于： 轴的毛坯种类； 轴上作用力的大小及分布情况； 轴上零件的位置、配合性质以及联结固定的方法； 轴承的类型、尺寸和位置； 轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求。 轴头 轴颈 轴头 轴身 轴的结构设计——结构分析 二、轴上零件的定位与固定 定位：是为了保证零件在轴上有准确的安装位置。 固定：是为了保证轴上零件在运转中保持位置不变，承受轴上 零件施加的载荷。 1、轴上零件轴向定位与固定 轴肩、轴环、圆螺母（止动片）、套筒、弹性挡圈、紧定螺钉、轴端挡圈定位等。 轴向固定—— 轴肩、轴环定位r＜R; r ＜c 特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力。 应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位。 b D h r R d D h C r d 轴向固定——圆螺母和止动垫圈 特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力，由于切制螺纹会使轴的疲劳强度下降。 应用：常用于固定滚动轴承、齿轮等零件的轴向定位。 特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力，切槽需要一定的精度。 应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位。 轴向固定—— 弹性挡圈固定 轴向固定—— 轴端挡圈定位和紧定螺钉固定 特点：用于轴端定位，可承受剧烈振动和冲击。 适用于轴向力小，转速低的场合 轴向固定—— 套筒定位 特点：结构简单、灵活，可减少轴的阶梯数和避免因螺纹而削弱轴的强度。 一般应用于零件间距较短的场合 2、轴上零件的周向固定 常用的周向固定方法有键、花键、成形连接、弹性环、销和过盈配合等联接，具体参见第八章联结有关内容。 周向定位与固定的目的：是为了将轴上零件准确定位与轴的圆周方向，使轴与轴上零件同步转动，以满足机器传递扭矩和运动。 1、采用合理的结构，避免应力集中 (1)阶梯轴相邻两轴段尺寸变化不宜相差