机械设计基础第十五章轴.ppt

返回总目录 第一节 轴的类型、要求及设计步骤 轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力，如图所示。 转　轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。 心　轴─只承受弯矩的轴，如定滑轮轴。 传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。 一、轴的类型 按照承受载荷的不同，轴可分为： 除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到不开敞地空间位置，常用于医疗器械和小型机具中。 直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。阶梯轴便于轴上零件的装拆和定位，省材料重量轻，应用普遍。 按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。 轴一般是实心轴，有特殊要求时可制成空心轴，如车床主轴。 轴的类型、要求及设计步骤 曲轴是专用零件，主要用在内燃机一类的活塞式机械中。 轴的实例 轴的类型、要求及设计步骤 二、轴设计应满足的要求及设计步骤 轴设计应满足如下要求： 应具有合理的结构和良好的工艺性，以便于轴上零件的定位和装拆，便于轴的制造； 应具有足够的强度； 应具有足够的刚度； 振动稳定性好，不发生强烈振动和共振。 轴设计的一般步骤 选择轴的材料； 进行轴的结构设计； 校核轴的强度； 校核轴的刚度。 第二节 轴的材料 轴的可能失效形式有：断裂、过大的塑性变形或弹性变形、轴颈磨损（采用滑动轴承时）和强烈振动，其中疲劳断裂是主要的失效形式。 轴对材料的要求是：疲劳强度高，对应力集中的敏感性小，耐磨性好，易于加工和热处理，价格合理。 一、碳素钢 一般机器中的轴常采用35、45、50等优质碳素结构钢。其比合金钢价格便宜，对应力集中敏感性小，一般采用正火或调质处理来改善力学性能。不重要的受力较小的轴，常采用Q235、Q275等碳素结构钢。碳素钢轴的毛坯一般为圆钢或锻件。 二、合金钢 合金钢强度高，耐冲击，但对应力集中敏感且价格贵，多用于重载、高速、冲击较大及有耐腐蚀等特殊要求的重要的轴。 轴的材料 轴常用的合金钢材料有20Cr、20CrMnTi、40Cr、40MnB等，其毛坯一般也为圆钢或锻件，中碳合金钢常采用调质处理，低碳合金钢则常采用渗碳淬火处理。 　　高强度铸铁和球墨铸铁用于制造外形复杂的轴，如曲轴或凸轮轴等，其具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，但是脆性大，不耐冲击。 轴的常用材料及其力学性能表 第三节 轴的结构设计 轴的结构设计目标：确定轴的结构形状和尺寸。 轴的结构设计应满足： 轴上零件相对于轴、轴相对于机座的定位应准确可靠； 轴应具有良好的制造工艺性，轴上零件应便于装拆和调整； 轴的结构应有利于提高轴的强度和刚度 。 一、拟定轴上零件的装配方案 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。在满足设计要求的情况下，轴的结构应力求简单。 以下是带式输送机减速器中高速轴的三个装配方案及分析。 带式输送机传动简图 轴的结构设计 齿轮与轴分开制造，齿轮与带轮均从轴的左端装入，轴段⑤最粗。该方案较常采用。 方案一 轴的结构设计 齿轮与轴分开制造，齿轮从轴的右端装入，带轮从轴的左端装入，轴段⑤最粗。该方案也有采用。 方案二 方案三 轴的结构设计 齿轮与轴一体，结构简单，强度和刚度高，但工艺性较差，轴与齿轮同时失效。适用于轴的直径接近齿根圆直径的情况。 轴的结构设计 二、轴上零件在轴上的定位 （一）轴上零件的周向定位 周向定位的目的是限制轴上零件相对于轴的转动，以传递运动和转矩。通常采用键、花键、销、过盈配合及成型联接等。 （二）轴上零件的轴向定位 轴向定位的目的是限制轴上零件相对于轴的移动，使其准确可靠地处在正确的位置上，以保证机器正常工作。 1）轴肩和轴环定位。结构简单，方便可靠，可承受较大轴向力，最为常用。为了准确定位，轴肩根部圆角应小于轴上零件内孔圆角或倒角尺寸，轴肩高度则应大于轴上零件内孔圆角或倒角尺寸，一般取a=(0.07~0.1)d，d为配合处轴的直径。 2）套筒定位。多用于轴上两个零件之间距离不大，或不便于加工出轴肩的 地方。此时，应保证套筒与被定位零件可靠接触。 轴的结构设计 3）弹性挡圈定位。结构简单，适用于无轴向力或轴向力较小的情况。轴上的沟槽会引起应力集中，削弱轴的强度。 4）圆螺母定位。能承受较大的轴向力，但轴上须加工螺纹，适用于轴向力较大或两零件间距离较大时的定位。 弹性挡圈定位 圆螺母定位 5）圆锥形轴端与压板定位。定位可靠，装拆方便，适用于经常装拆或有冲击的场合。 7）紧定螺钉定位。承受的轴向力较小，不适用于高速。 6）圆柱形轴端与轴端挡圈定位。定位可靠，方便，常用。 轴的结构设计 圆锥形轴端与压板定位 紧定螺钉定位 圆柱形轴端与轴端挡圈定 轴的结构设计 三、确定各轴段的直径和长度 按轴所受的扭矩估算轴的最小轴径dmin。 对于转轴，在轴上