第九章轴预案.ppt

机械原理——机械的平衡 第九章 轴 §9－1 概述 §9－2 轴的结构和材料 §9－3 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 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 §9－1 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 §9－2 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: 轴承定位轴肩(套筒)不能过高(以便拆卸) 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 结构示例1 结构示例2：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 二、轴的材料 轴的材料，见表 1. 钢： 碳素钢 ：优质碳素钢: 45 　 普通碳素钢：Q235、Q275 合金钢：20Cr、20CrMnTi、40Cr、35SiMn 2. 球墨铸铁: QT400-18、QT600-2 轴的计算流程： 轴结构设计步骤 1.拟定轴上零件装配方案→不同的结构 3.确定轴的各段直径及长度 ①由外向内定各段直径 解：1 ．求输出轴上的功率P3、转速n3，和转矩T 2．求作用在齿轮上的力 3．初步估算轴的最小直径，选取联轴器。 4．轴的结构设计 (1)拟定轴上零件的装配方案； (2)根据轴向定位及固定要求，确定轴的各段直径和长度； (3)轴上零件的周向固定； (4)定出轴肩处的圆角半径r的值； 5．选择轴的材料，确定许用应力； 6．画轴的计算简图，计算支反力； 7、画弯矩图和扭矩图； 8、按弯矩合成应力校核轴的强度； 9．绘制轴的工作图，见图。 例：已知齿轮减速器如图，输出轴斜齿轮的分度圆直径为250mm，螺旋角160，传递扭矩为612500N，轴的材料为45钢，调质处理，硬度为217~255HBS，轴的结构尺寸如图，要求校核减速箱输出轴的强度。 下面以一个设计过程实例说明这三种设计方法的差别，应用条件， 图中所示为一个斜齿圆柱齿轮减速器，以减速器中的低速轴为设计对象， 在进行轴的设计之前应先进行齿轮的承载能力计算，通过计算得到齿轮的直径及宽度，通过对齿轮的受力计算可以得到轴上所受的扭矩，但是由于无法确定支撑跨距，所以无法确定轴上各截面的弯矩，又由于不知道弯矩所以不能根据弯矩确定轴的直径，同时不能根据