作回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动课件

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,*,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,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,作回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动.,作回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动.作回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动.16.1.1 轴的分类功用：16.1 概述按形状分：直轴、曲轴和钢丝软轴。分类应用,16.1.1 轴的分类,功用：,16.1 概述,按形状分：直轴、曲轴和钢丝软轴。,分类,应用,16.1.2 轴的材料,Q235Q275钢：,碳素钢,常用45,#,，调质或正火调质，价廉，对应力集中的敏感性较小,合金钢,对应力集中较敏感,具有较高的机械强度，可淬性较好，可以在传递大功率并要求减少质量和提高轴颈耐磨性时采用。,不重要或受力较小的轴及一般传动轴可以使用。,合金铸铁或球墨铸铁,，因其对应力集中敏感性低、可铸性好、吸振性较高。,注意：采用合金钢并不能提高轴的刚度。,轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度。,合理选材料结构设计强度计算轴的刚度计算及振动稳定性计算。,16.1.3 轴设计的主要问题,轴头,装轮毂部分， 尺寸需圆整,轴颈,被支承部分轴段, 轴颈直径轴承内孔径,轴身,联接轴头和轴颈的部分,16.2 轴的结构设计,结构设计合理确定轴的外形和各段尺寸。,16.2.1 轴的组成,轴的结构主要取决于以下因素：,1）轴在机器中的安装位置及形式；,2）轴上安装零件的类型、尺寸、数量及和轴联接,的方法；,3）载荷的性质、大小、方向及分布情况；,4）轴的加工工艺等。,轴无标准的结构形式，须针对不同情况具体分析，,但不论何具体情况，轴的结构应满足：,16.2.2 结构设计应考虑的问题,轴的工作位置由轴承、轴承盖等零件通过组合设,计来保证，零件的工作位置由轴肩、套筒等来定位。,1、轴及轴上的零件应有准确的工作位置；,2、轴上零件要能牢靠的相对固定,（轴向、周 向）；,3、轴上零件要便于装拆、调整；,4、轴的结构要便于加工，尽量 减少应力集中。,设计实例：,例：设计皮带运输机减速器的输出轴. 已知传递功率,=10kW, 转速n,=200 r/min, 齿轮齿宽b=100mm, 齿数z=80, 模数m=5mm, 螺旋角,=9,0,22,，轴端装有联轴器。,轴的结构越简单、装配越方便越合理。,一、拟定轴上零件的装配方案,二、轴上零件的定位和固定,1）轴肩和轴环,优点：定位可靠，可承受较大的轴向力。,定位轴肩 h=210mm,h=(0.07d+3)（0.1d5）,与滚动轴承相配处，h、b见轴承标准. 为定位可靠，须r,a,r(c)a,非定位轴肩a=12 。,（1）零件的轴向定位,正确,错误,错误,正确,要求轴肩高度滚动轴承内圈高度3/4,r,轴,C,孔,a,a,2）套筒,用于两零件间距较小的场合(l50mm）,套筒与轴的配合较松，不宜用于高速旋转处。,优点：,轴的尺寸不需变化，使结构简单,无应力集中，避免削弱轴的强度。,3）轴用圆螺母,一般用于轴端零件的固定,优点：,固定可靠，可承受较大的轴向力；,缺点：,需在轴上切制螺纹，造成较大的应力集中。,4）轴端挡圈,错误,正确,正确,当用套筒、圆螺母、轴端挡圈固定零件时，配合轴段长度应比轮毂短2mm,使零件紧靠定位面，固定可靠。,5）弹性挡圈,适用于轴向力较小零件的轴向固定。,轴用弹性挡圈常固定轴承内圈,孔用弹性挡圈常固定轴承外圈,6）锁紧挡圈,7）楔键、销、紧定螺钉,8）圆锥形轴头,常用于轴端零件的固定,9）轴承端盖,轴承端盖与机座间加垫片，以调整轴的位置,（2）零件的周向定位,1）键,2）花键,3）紧定螺钉、销,5）成形联接,4）过盈联接,据装拆方案、根据轴上零件的定位、固定要求画出轴的结构外形。,方案1:轴承1从左端装拆，其余件从右端装拆。,三、画出轴的结构外形,砂轮越程槽,45,52,55,55,60,75,四、轴的尺寸,1、各轴段直径确定,各轴段的直径和长度的确定,a) 按扭矩估算轴段直径d,min,b) 按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径，经验值 。,注意：与标准零件相配合轴径应取标准值,需开键槽，故将最小轴径增加5%，变为42.525mm。与联轴器内孔径一致。选联轴器,2、各轴段长度,各轴段与其上相配合零件宽度相对应。,转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。,要磨削轴段应有砂轮越程槽，以磨完全程；,切制螺纹轴段应留有螺纹退刀槽,四、 轴的结构工艺性要求,（1）砂轮越程槽和螺纹退刀槽,（2）同一轴上的键槽，应安排在同一条 加工母线上，并尽可能规格相同，以便用同一把刀具铣出。,（4）轴头、轴端、轴颈端部应有倒角，当轴,上开横孔时，孔端应有倒角。,结构尺寸应符合标准，配合表面处的圆角半径及倒角尺寸见手册。,（3）同一轴上各键槽、砂轮越程槽、螺纹退刀,槽、过渡圆角半径、倒角、中心孔相应的尽,量取相同尺寸，以便于加工，减少刀具的换,刀次数。,轴系结构改错,四处错误,正确答案,三处错误,正确答案,两处错误,1.左侧键太长，套筒无法装入,2.多个键应位于同一母线上,方法：,1)按许用切应力计算；,2）按许用弯曲应力计算；,3）安全系数校核计算,16.3 轴的强度计算,16.3.1 按许用切应力计算,用于,1）,只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算,2）,结构设计前按扭矩初估轴的直径d,min,3)不重要的轴。,强度条件：,设计公式：,轴上有键槽时，将轴径加大：,一个键槽：35%；二个键槽：710%。,取标准植或圆整值,适用：1）心轴；2）转轴。,一般在轴的尺寸确定后，知力的大小、方向、作用点，轴承跨距，才能按此方法进行计算。,16.3.2 按许用弯曲应力计算,计算步骤,假设：1）忽略轴及轴上零件自重；2）载荷为集中载荷，作用于啮合齿宽中点； 3）支反力作用点为轴承宽度中点,。,1、建立坐标系，画出轴的空间受力简图；,0,X,Y,Z,2、,作水平面受力图，求水平面支反力：,R,H1,、R,H2,作水平面,弯,矩图 。,水平面弯矩图:,水平面受力图：,3、,作垂直面受力图，求垂直面支反力：,R,V1,、R,V2,，作垂直平面内的弯矩图 。,垂直面受力图:,垂直面弯矩图:,4、作合成弯矩图,5、作扭矩图,6、作当量弯矩图,为将扭矩折算为等效弯矩的折算系数,据转矩性质而定的应力校正系数(若T,变化规律不清楚，一般按脉动循环处理),作出当量弯矩图后，针对某些危险截面,作强度校核。对实心圆轴：,（16.4）,7、校核危险截面轴的强度,16.3.3 安全系数校核计算,1、疲劳强度校核,(1) 同上1）5）绘出轴的弯矩图、转矩图；,(2) 选择危险截面， 据M(,m, ,a,),T(,m, ,a,);,求复合安全系数S,目的：校核轴对塑性变形的抵抗能力,2 .静强度校核,（16.7）,(5) 分别求出M、T作用下的安全系数,(3）选轴的材料，求,（4）求（K,),D,、（K,）,D,(6)求复合安全系数,若刚度不足，受载后产生过大的变形，直接影响,轴上零件正常工作，从而影响机器的性能。如，,电机轴产生过大挠度，会改变定子、转子间隙，,影响电机性能；齿轮轴转角过大，会使载荷沿齿,向分布不均匀，导致偏载。,16.4 轴的刚度计算,刚度计算即：计算变形量许用变形量,根据力学公式计算。,条件：,16.5 轴的临界转速,轴的共振,轴的转速达到一定值时，运转便不稳定而发生显著的反复变形，这种现象叫轴的振动。,临界转速,发生显著的反复变形的转速。,引起共振时的转速。,刚性轴：,挠性轴：,轴的工作转速应避开临界转速：,一、改进轴的结构，减少应力集中,16.6 提高轴的强度、刚度和减轻轴的重量的措施,二、合理布置轴上零件以减少轴的载荷,三、改进轴上零件的结构，减小轴的载荷,四、选择受力方式以减小轴的载荷，改善轴的强度和刚度,五、改进表面质量提高轴的疲劳强度,16.1 轴 的 分 类,T,一、按受载情况分,1）,转轴,既受弯矩又受转矩的轴(图a）,-如减速器中的轴,2）,传动轴,主要受转矩，不受弯矩或弯矩很小的轴(图b)-如汽车发动机与后桥之间的轴,3）,心轴,只受弯矩而不受转矩的轴（图c）。,图,图,心轴根据其工作时是否转动，又可分为：（1）,固定心轴,-如自行车的前轮轴；（2）,转动心轴,-如铁路机车轮轴,图,二、按轴线形状分,1、,曲轴,各轴段轴线不在同一直线上,-如内燃机中的曲轴,2、,直轴,各轴段轴线为同一直线。,直轴按外形不同又可分为：,1）,光轴,：形状简单，应力集中少，但轴上零件不易装配和定位。常用于心轴和传动轴,，但轴上零件不易装配和定位。常用于心轴和传动轴。,曲轴,图,2）,阶梯轴：,特点与光轴相反，常用于转轴。,3、,钢丝软轴,由几层紧贴在一起的钢丝绳构成，具有良好挠性，可弯曲绕过各种零部件将回转运动灵活地远距离传递（图d ）-如手持动力机械、里程表和遥控装置传动。,直轴,1.了解轴的类型、特点、应用；轴的材料及选用；,2.了解轴的疲劳强度校核计算（安全系数法），轴的刚度计算，轴的振动及稳定性的概念；,3.复习轴毂联接；,4.掌握轴的扭转强度和弯扭组合强度计算；,5.掌握轴的结构设计及提高轴的强度的措施。,基本要求,返回,返回,重点：,轴的结构设计；轴的强度计算方法；,轴毂联接.,难点：,轴的结构设计；轴的疲劳强度校核计算.,16.1 概述,16.2 轴的结构设计,16.3 轴的强度计算,16.4 轴的刚度计算,16.5 轴的临界转速,16.6 提高轴的强度、刚度和减轻重量的措施,谢谢！,