第十五章轴.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十五章 轴,明确轴的功用和分类方法,会根据工况条件正确选材及确定热处理方法,明确工作能力要求，会对其进行必要的计算,掌握轴系的结构设计,要 求,重 点,轴系的结构设计,难 点,轴系的结构设计,一功用,二分类,按轴线分：,直轴、曲轴、软轴,光轴,阶梯轴,空心轴,15-1 概述,1.支撑轴上零件,2.传递运动、动力,3.确定并保持轴上零件的轴向位置,按轴的工作频率分：,刚性轴、挠性轴,按受载分,：,心轴（静、动）、,传动轴、转轴,传动轴：扭矩,T,转轴：,T+M,心轴:弯矩,M,1.结构设计：,合理地选材及适当的热处理；,考虑轴上零件的安装、定位、加工工艺因,素，合理地确定轴的结构形式和尺寸。,2.承载能力的计算：,（轴相当于梁且工作时多数要转动）,静强度,疲劳强度,刚度,振动稳定性,三.轴设计的主要内容,四.轴的,失效形式和,设计准则：,1.失效形式,因,强度不足发生断裂,失稳（刚度不够）,静,强度、疲劳断裂,对一般机械：,保证足够的强度，合理的结构，良好,的工艺性。,对于刚度为主的轴：,设计准则是刚度，即由刚度来确,定主要尺寸，验算强度。,对于高速轴或受周期性变载荷作用的轴：,须进行振动,稳定性计算。,2.设计准则,五.轴的材料,对轴材料的要求：,强度、刚度、耐磨性,及良好的加工工,艺性。,材料：,常用碳素钢、合金钢。经调质或正火处理（加工量大、便于切削）。存在局部磨损情况下，可采用局部硬化方法。,普通碳素钢,如,Q235A、Q275,等，用于不重要的场合。,优质碳素钢,如35、45、50等。,1.碳素钢：,特 点,45钢使用最广泛,强度、刚度、塑性和韧性等综合机械性能好,应力集中敏感性小,热处理后提高耐磨性、疲劳强度,2.合金钢,对应力集中敏感性较大,强度和淬火性比碳素钢好,价格比碳素钢贵,低碳,合金钢,如20,C,r,、,20CrMnTi,等，可渗碳淬火,中碳,合金钢,如40,C,r,、1C,r,18N,i,9Ti、40M,n,B,等,一般应用于有特殊要求的场合；如要求轴的重量轻，尺寸小而受力大；强度、耐磨性要求高；高温、腐蚀介质下工作等。,特 点,注意,1）,各种钢材、热处理前后其弹性模量差别不大，,因此要提高刚度不能用合金钢或通过热处理,的方法获得。,2）,合金钢对应力集中敏感性高，设计时必须从结构,上采取措施，减轻应力集中，并降低表面粗糙度。,3.,高强度的铸铁和球铁：,以铁代钢,对应力集中敏感性较小,吸振性、耐磨性好,可以做成复杂形状,价廉,冲击韧性低、质量不易控制,毛坯,圆钢棒料,尺寸小的轴,锻造毛坯,尺寸较大或为提高轴的强度,焊接毛坯,大件锻造困难,铸造毛坯,形状复杂的轴、空心轴等,特 点,常用材料见,P355,表15-1,152 轴的,结构设计,一.概述：,1.目的,使轴各部分具有合理的,形状,和,尺寸,2.轴,的,结构设计应考虑的因素：,便于装拆（装配工艺性）、调整。,定位准确、固定可靠（工作时轴上零件有位置要求）。,便于制造（制造工艺性），结构力求简单。,受力合理，有利于提高强度、刚度（材尽其用）。,（并通过结构设计提高这些方面的性能）,影响轴的结构设计的因素较多，其结构设计具有较大的灵活性、多样性，没有一个统一的标准。,程序：,考虑装拆,定位固定方法与结构,兼顾受力与制造,安装轮毂的轴段,安装轴承的轴段,轴颈,轴身,联接轴颈和轴头的轴段,轴头,轴=轴头+轴身+轴颈,3.轴的构成：,续,构成,续,装配,返直径确定,二.拟定轴上零件的装配方案：,一般设计成中间大、两端小的,阶梯形状,，,目的是：,满足轴上零件的定位和固定,区别不同精度、粗糙度、配合等,便于轴上零件的装拆,从承载观点,中间受弯矩大,轴,上,零件的装配方向、顺序和相互关系，从而确定各段轴径。不同的装配方案，轴的结构形式就不同。设计时多种方案分析比较，择优。,三.轴上零件的定位和固定：,定位,-使轴上的零件保持准确的工作位置，防止轴上零,件受力时发生轴向或周向的相对运动。,轴向定位,周向定位,轴向定位的方法,轴肩定位,：多用于轴向力较大的场合,套筒定位,：多用于两个零件之间的定位。,圆螺母定位,：,可承受大的轴向力，一般用于轴端零,件的固定。（注意：防松结构）,轴端挡圈,：,用于轴端零件的固定。,其它,：用于较小轴向力的场合。如：,弹性挡圈,、紧,定螺钉、锁紧挡圈、圆锥面定位等。,轴承端盖定位,：一般也用于整个轴系的轴向定位,方法：键、花键、销、紧定螺钉、过盈配合、成型联接等。,2.,周向定位,：,1.轴向定位,轴肩与轴环套筒,轴向定位,圆螺母,轴端挡圈,轴向定位,端盖,轴向定位,轴向定位,弹性挡圈,紧定螺钉,销,圆锥面,平键、花键,紧定螺钉,销,过盈配合,成形联接,零件的周向固定,注意：与标件配合的轴径不能任意取。,尽可能结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配和调整空间。,五制造、装配工艺性考虑,四.轴的各段直径及各段长度的确定,：,2.,直径相近的轴段，其过渡,圆角、倒角、键槽、退刀槽,等,结构尺寸尽量统一,，,以减少刀具数量和换刀时间。,退刀槽,越程槽,1.必要的工艺结构（退刀槽、越程槽）：,已标准化，尺寸尽量一致,3.不同轴段的各键槽方向应一致。,4.与零件过盈配合的轴端应有导向锥面。,除了要考虑强度、定位、安装等因素外，从降低成本而言，阶梯的数量越少越好，多加工一个接阶梯，就多一次对刀，多调整更换一次量具，相应应力集中源也增多，不利于提高轴的疲劳强度。总之在保证使用的条件下，力求结构简单。,1.合理的部置轴上零件以减小轴的载荷：,尽可能减小跨距和悬臂长度（尽可能不用悬臂支撑形式）；,2.改进轴上零件的结构以减小轴上的载荷：,3.减小应力集中（尤其合金钢）圆角过度、卸载,4.改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度：,4.精度合理：,5.阶梯的数量：,六提高轴的强度的措施：,粗糙度,表面强化处理,传动零件尽可能靠近轴承。,153 轴的强度计算,计算准则,：,满足轴的强度、刚度要求，对高速轴还应验算,其振动稳定性。,方法：,初步完成结构设计后，再进行效核计算。,一.轴的强度效核计算,对传动轴，按扭转强度计算；,对心轴，按弯曲强度计算；,对转轴，按弯扭合成强度条件计算。必要时还应按疲,劳强度条件 进行精确计算；,对瞬时过载很大的轴，还应效核其静强度。以免塑性,变形过大。,该方法适用于只承受扭矩的传动轴，亦可对转轴进行近似计算。,对于转轴,由轴的结构而定,转矩,弯矩,(跨距？力作用点？),解决办法：,用降低 来考虑 的影响,见,P362,表15-3,*,设计式：,抗弯,截面模量,仅考虑 的强度条件,为轴传递的功率，,Kw,对于实心圆轴 的强度条件为：,为轴的转速,r/min,轴的直径，,mm,1.按扭转强度计算(初算轴径),对于空心圆轴：,空心圆轴的内径,注意,d100mm：,开有一个键槽时，增大3%；,有两个键槽时，增大7%；,d,100mm：,开有一个键槽时，增大5,7%；,有两个键槽时，增大10,15%。,2.,轴上开有键槽时，应增大轴径,3.,该直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径,d,min,。,亦可按经验公式来估算轴径，一般减速机中：,高速轴,电机直径,中心距,各级低速轴,1.,是由轴的材料和承载情况确定的系数，,取值,轴结构简图,水平弯矩图,转矩图,当量弯矩图,垂直面受力简图,垂直弯矩图,合成弯矩图,1）已知：,轴上零件的位置，支撑位置,载的大小、方向、性质。,2）计算步骤：,2.按弯扭合成强度计算,（一般轴）,：,材料力学第三强度理论，同时承受 和 的某一截面强度条件为：,对于直径,d,的实心轴,水平面受力简图,当量弯矩,和 在转轴上产生的,应力性质,可能不同。,产生的弯曲应力,对称循环变应力,产生的扭剪应力 为：,大小和方向不变,大小经常变化,大小和方向经常变化,静应力,脉动循环变应力,对称循环变应力,将 转化为对称循环变化来考虑,折算系数,（）,o,t,t,（）,o,t,（）,t,o,轴的应力分为三类,转轴的强度计算,校核式：,危险截面,最大处,较大且 较小处,见,P355,表15-1,按弯扭合成强度计算应用场合：,注 意,1.对转轴：,按弯扭合成只考虑了循环特性的差异，没考虑,应力集中等因素的影响，只是粗略的计算，对,重要轴应作精确计算。,2.对心轴：,转动心轴：,固定心轴：,考虑启动、停车等的影响，弯矩视脉动循环,受弯曲、扭剪应力复合作用的强度条件:,计算安全系数,受弯矩的安全系数,受扭矩的安全系数,许用安全系数,P366,3.按安全系数校核计算(重要轴),目的：,确定变应力情况下轴的安全度。,已知：,轴的外形、尺寸、作用在轴上的载荷。,确定危险截面,短时严重过载场合,4.静强度安全系数计算：,提高轴的强度的常用措施,增大轴径；,改变材料及热处理；,改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度,改进轴的结构设计,二刚度计算,：扭转、弯曲,三.轴,的,振动稳定性计算：,外力频率与轴的自振频率相等时，发生共振。产生共振时轴的转速称为,临界转速。,工作转速低于第一阶临界转速的轴称为,刚性轴,；超过第一阶临界转速的轴称为,扰性轴,。,对刚性轴应使,对扰性轴应使,1.轴,系的,改错,轴系例题,2.轴系结构设计改错,11,1,2,3,4、5,6、7,8,9,10,11,12,11,12,13,轴系结构设计改错,3.,轴系设计,例题,作业：,END,题-29,作业集（2）38,返回,返回,返回,返回,轴 的 构 成,轴=轴头+轴身+轴颈,联接轴颈和轴头的轴段,安装轮毂的轴段,安装轴承的轴段,轴颈,轴头,轴身,返,构成,轴系装配过程,轴,1装轴承,2装端盖,3装密封圈,4装密封圈压板,5装键,机座,6将轴系置于机座上,7盖上机盖,8拧上端盖螺钉,9拧上密封圈压板螺钉,10装带轮、档圈和螺钉,11装刀具零件组,