第15章轴结构设计课件

零件：轴、轴毂联结零件（键、花键、销）内容：受力，设计中考虑的问题，结构上 如何实现轴系零部件设计Shafts and associated parts复习：机械零件的载荷 Loads on the machine elements载荷过程分类（Load classification）1)静载荷或变化过程十分缓慢（Static load）2)始终不变，如重力（Sustained load）3)周期性动载荷（Cyclic load）4)冲击载荷（Impact load）载荷形式分类(Types):法向力(Normal)、剪切力(shear force)、弯矩(bending moment)和转矩/扭矩(torque)轴向力F：拉（压）应力 Axial load:tensile(compressive)stress横向力V：剪切应力 Transverse load:shear stress弯矩M：拉（压）应力 Bending moment:tensile(compressive)stress扭矩T：扭转剪切应力 Torque:torsional shear stress载荷与应力及其循环特性循环特性r其中：r=1r=0r=-1第十五章 轴（Shaft）1 15 5.1.1 概述概述功用：支撑传动件、传递动力和运动两级直齿圆柱齿轮减速器蜗杆传动轮系1 15 5.1.1.1.1 轴的分类轴的分类转转 轴轴:心心 轴轴:传动轴传动轴:工作时既承受弯矩M又承受转矩T只承受弯矩M，不传递转矩T或转矩很小传递转矩T而不承受弯矩M转动心轴固定心轴按载荷分类转轴减速器的轴心轴转动心轴与固定心轴传动轴汽车的传动轴直直轴轴:曲轴曲轴:软轴软轴:轴线是直线轴线是平行线轴线可大幅度改变按轴线分类实心实心轴轴:空心轴空心轴:常用在航空、导弹、航天领域。为什么？按轴芯分类轴的材料主要采用常用的优质碳素钢有36、46、45、和56钢，其中45钢应用最多碳素钢合金钢常用的合金钢有26Cr、46Cr、35SiMn和35CrMo等15.1.2 轴的材料及热处理 热处理 1）中碳钢：调质或者淬火 2）低碳钢：渗碳后淬火 3）重要的轴：深冷尺寸稳定、或高温回火1.合金钢对应力集中敏感。2.在一般工作温度下（低于200），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此相同尺寸的碳钢和合金钢的刚度相差不多。注意：即不能靠选合金钢来提高轴的刚度。15.1.3 轴的设计（Shaft design）轴的设计主要解决两个方面的问题：设计计算：保证危险截面不发生预期的失效 结构设计：保证工艺性、装配性、维护性能等 轴的设计流程（Shaft design procedure）1)初定轴径：2)结构设计:画草图,确定轴的各段尺寸,3)得到轴的跨距和力的作用点;3)进行校核计算。转轴设计程序框图轴的设计分三步进行:已知条件选择轴的材料初算轴径结构设计计算弯矩转矩校核计算完善设计修改直径不满足15.2 轴的结构设计轴主要有轴颈、轴头、轴身组成。轴颈轴上被支承的部分。轴头安装轮毂的部分。轴身联接轴颈和轴头的部分。15.2.1 轴颈、轴头、轴身注意：轴颈和轴头的直径应按规范圆整取标准值，特别是安装滚动轴承的轴颈必须按照轴承的孔径选取。轴身的形状和尺寸主要按轴颈和轴头的结构决定。设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。设计要求：1)轴应便于加工，轴上零件应便于装拆 （制造安装要求）（制造安装要求）2)轴和轴上零件应有正确而可靠的工作位置 （定位固定要求）（定位固定要求）3)轴的受力合理，尽量减少应力集中等以减速器的低速轴减速器的低速轴为例加以说明减速器低速轴结构图设计：陈德淑装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应有退刀槽。车螺纹的轴端应有退刀槽。设计：陈德淑 为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。渐向中间增大的阶梯状。零件的安装次序1 15 5.2.2.2.2 制造安装要求制造安装要求倒角倒角制造要求：台阶数尽可能少；多个键槽最好同线 必要的退刀槽和越程槽安装要求：台阶；倒角；圆角；15.2.3 固定要求1、轴上零件的轴向固定方法(1)轴肩固定错误(2)套筒固定(3)圆螺母固定错误(4)轴端挡圈特别注意：特别注意：选用套筒、圆螺母、轴端挡圈作轴向固定时，应选用套筒、圆螺母、轴端挡圈作轴向固定时，应把装零件的轴段长度设计得比轮毂短把装零件的轴段长度设计得比轮毂短2-3mm2-3mm，以确保套筒、，以确保套筒、圆螺母、轴端挡圈能靠紧轴上零件端面。圆螺母、轴端挡圈能靠紧轴上零件端面。(5)弹性挡圈(6)紧定螺钉2、轴上零件的周向固定为了传递运动和转矩,或因需要,轴上零件还需有周向固定：键、花键、销、型面等齿轮受轴向力时，向右是通过4、5间的轴肩，并由6、7间的轴肩顶在滚动轴承的内圈上；向左则通过套筒顶在滚动轴承的内圈上。带轮的轴向固定是靠1、2间的轴肩和轴端当圈。15.3 轴的强度校核计算15.3.1 轴的计算简图轴的受力和支点的简化15.3.2 按弯扭合成强度计算强度条件式:第三强度理论15.3.3 轴的安全系数校核计算1、轴的疲劳强度安全系数的校核计算危险剖面危险剖面是指发生破坏可能性最大的截面:（1）M、T较大（2）尺寸较小或突变（3）应力集中 当难以确定时，校核所有可能的危险截面校核危险剖面疲劳强度安全系数的公式为弯曲应力的循环特性:扭剪应力的循环特性:改错P1982、静强度的安全系数校核计算静强度安全系数条件:15.6 提高轴的强度的措施1、合理布置传动零件的位置，使轴段受载合理2、合理设计轴上零件的结构，减小载荷幅值F1F1F1F1F12F1F13、减小应力集中，采用轴肩过渡结构过渡肩环内凹圆角改错配合轴段上的卸载槽轮毂上的卸载槽4、提高轴的表面质量提高轴的疲劳强度:表面强化碾压碾压、喷丸喷丸、表面淬火表面淬火等