機(jī)械設(shè)計(jì)軸PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì) 軸軸直軸直軸幾何軸線在同一幾何軸線在同一條直線上的軸條直線上的軸鋼絲軟軸（鋼絲軟軸（flexible shaft）由多組鋼絲分由多組鋼絲分層卷繞而成，層卷繞而成，有良好的撓性有良好的撓性第1頁(yè)/共34頁(yè)心軸（心軸（mandrel） 按傳遞載荷分按傳遞載荷分只承受彎矩不只承受彎矩不受扭矩的軸受扭矩的軸第2頁(yè)/共34頁(yè)傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸(transmission shaft)主要受扭矩或主要受扭矩或彎矩很小的軸彎矩很小的軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸既受彎矩又既受彎矩又受扭矩的軸受扭矩的軸第3頁(yè)/共34頁(yè)光軸（光軸（plain shaft）階梯軸（階梯軸（stepped shaft）空心軸（空心軸

2、（hollow shaft）實(shí)心軸（實(shí)心軸（solid shaft） 從加工工藝上考慮，最好做成直軸，但軸從加工工藝上考慮，最好做成直軸，但軸上零件不好固定；上零件不好固定； 從受力角度考慮，最好是等強(qiáng)度的拋物線從受力角度考慮，最好是等強(qiáng)度的拋物線回轉(zhuǎn)體，但不好加工，零件也不好固定；回轉(zhuǎn)體，但不好加工，零件也不好固定； 所以，軸都做成階梯軸。所以，軸都做成階梯軸。 按軸的外形分按軸的外形分形狀簡(jiǎn)單形狀簡(jiǎn)單，加工方，加工方便，軸上便，軸上零件裝配零件裝配定位困難定位困難能滿足定位能滿足定位和裝配方便和裝配方便的需要的需要第4頁(yè)/共34頁(yè)2. 軸的材料軸的材料 碳素鋼碳素鋼常用常用30、40、45

3、號(hào)鋼號(hào)鋼 合金鋼合金鋼40Cr、40CrNi、20Cr、38SiMnMo價(jià)格便宜，對(duì)應(yīng)力集中敏感性小，為了保證價(jià)格便宜，對(duì)應(yīng)力集中敏感性小，為了保證機(jī)械性能，應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。機(jī)械性能，應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，更好的淬火性能，所具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，更好的淬火性能，所以，在傳遞大功率、減輕重量、提高軸頸耐以，在傳遞大功率、減輕重量、提高軸頸耐磨性時(shí)采用。磨性時(shí)采用。第5頁(yè)/共34頁(yè)強(qiáng)度和剛度計(jì)算；強(qiáng)度和剛度計(jì)算；振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算 ；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3. 軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 鑄鐵鑄鐵QT6003、QT8002 選擇軸的材料和熱處理方式時(shí)，主要考慮

4、強(qiáng)度選擇軸的材料和熱處理方式時(shí)，主要考慮強(qiáng)度和耐磨性，而不是軸的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度。和耐磨性，而不是軸的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度。 易做成復(fù)雜的外形，價(jià)廉，具有良好的吸振易做成復(fù)雜的外形，價(jià)廉，具有良好的吸振性和耐磨性，對(duì)應(yīng)力集中敏感性較低，但鑄性和耐磨性，對(duì)應(yīng)力集中敏感性較低，但鑄造品質(zhì)難控制，可靠性較差造品質(zhì)難控制，可靠性較差 第6頁(yè)/共34頁(yè)第7頁(yè)/共34頁(yè)軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上零件的類型、尺寸、數(shù)量；軸上零件的類型、尺寸、數(shù)量； 軸上載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布；軸上載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布； 軸承的類型、尺寸和布置；軸承的類型、尺寸和布置；軸的毛坯和加工工

5、藝；軸的毛坯和加工工藝；軸上零件的裝配方案。軸上零件的裝配方案。1. 影響軸結(jié)構(gòu)的因素影響軸結(jié)構(gòu)的因素第8頁(yè)/共34頁(yè)一一端端裝裝配配兩兩端端裝裝配配第9頁(yè)/共34頁(yè)第10頁(yè)/共34頁(yè)軸與軸承配合的部分軸與軸承配合的部分軸頸（軸頸（neck of shaft）軸頭（軸頭（axle-neck）3. 軸各段的名稱軸各段的名稱軸肩（軸肩（shaft shoulder） 軸身軸身軸和回轉(zhuǎn)零件的配合部分軸和回轉(zhuǎn)零件的配合部分軸的直徑變化所軸的直徑變化所形成的階梯處形成的階梯處聯(lián)接軸頸和聯(lián)接軸頸和軸頭的部分軸頭的部分第11頁(yè)/共34頁(yè) 擬定軸上零件的裝配方案擬定軸上零件的裝配方案選方案時(shí)，應(yīng)盡量減少軸上零

6、件的個(gè)數(shù)、軸選方案時(shí)，應(yīng)盡量減少軸上零件的個(gè)數(shù)、軸自重，有好的加工工藝性和合理的受力自重，有好的加工工藝性和合理的受力 4. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 確定軸的基本直徑和各段長(zhǎng)度確定軸的基本直徑和各段長(zhǎng)度2 . 01095534TTdnP 3033434min 2 . 010955 2 . 010955nPAnPnPdTT n軸的轉(zhuǎn)速（軸的轉(zhuǎn)速（rmin）P軸傳遞的功率（軸傳遞的功率（kW） 許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力（許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力（MPa）A0系數(shù)，查表系數(shù)，查表153T 第12頁(yè)/共34頁(yè)對(duì)空心軸：對(duì)空心軸：d100mm時(shí)：時(shí)： 單鍵槽增大單鍵槽增大3%，雙鍵槽增大，雙鍵槽增大7%；d100

7、mm時(shí)：時(shí)： 單鍵槽增大單鍵槽增大57%，雙鍵槽增大，雙鍵槽增大1015%340min)1( nPAd空心軸內(nèi)外徑比系數(shù)空心軸內(nèi)外徑比系數(shù) 6 60 05 50 0.1 ，一般，一般dd第13頁(yè)/共34頁(yè)定位軸肩的高度定位軸肩的高度h(0.070.1)d 非定位軸肩高度非定位軸肩高度為為12mm第14頁(yè)/共34頁(yè) 套筒定位套筒定位用于兩個(gè)零件之間的定位，不易用于較大距用于兩個(gè)零件之間的定位，不易用于較大距離兩零件之間的軸向定位，不易用于高速旋離兩零件之間的軸向定位，不易用于高速旋轉(zhuǎn)之處轉(zhuǎn)之處套筒套筒軸長(zhǎng)比輪轂寬度軸長(zhǎng)比輪轂寬度短短23mm第15頁(yè)/共34頁(yè)可以承受較大的軸向力，可以承受較大的軸

8、向力，適用于軸端零件的定位適用于軸端零件的定位可承受大的軸向力，有應(yīng)力集中可承受大的軸向力，有應(yīng)力集中，用于軸端零件的定位。，用于軸端零件的定位。第16頁(yè)/共34頁(yè)用于整個(gè)軸的軸向定位用于整個(gè)軸的軸向定位軸承端蓋軸承端蓋(透蓋透蓋)軸軸承承端端蓋蓋(悶悶蓋蓋)第17頁(yè)/共34頁(yè) 彈性檔圈定位彈性檔圈定位 緊定螺釘定位緊定螺釘定位 鎖緊檔圈定位鎖緊檔圈定位只只能能承承受受不不大大的的軸軸向向力力第18頁(yè)/共34頁(yè)適用于有沖擊載適用于有沖擊載荷和同心度要求荷和同心度要求較高的場(chǎng)合較高的場(chǎng)合鍵、花鍵、過(guò)盈配合、緊定螺釘鍵、花鍵、過(guò)盈配合、緊定螺釘圓錐面定位圓錐面定位軸上零件的周向定位軸上零件的周向定

9、位第19頁(yè)/共34頁(yè)5. 軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)工藝性盡量增大過(guò)渡圓角半徑，軸上各處的圓角半盡量增大過(guò)渡圓角半徑，軸上各處的圓角半徑應(yīng)盡可能統(tǒng)一徑應(yīng)盡可能統(tǒng)一為便于裝配零件，應(yīng)去毛為便于裝配零件，應(yīng)去毛刺，軸端制出刺，軸端制出45倒角倒角進(jìn)行磨削加工要進(jìn)行磨削加工要有砂輪越程槽有砂輪越程槽要車制螺紋，需要車制螺紋，需要退刀槽要退刀槽鍵槽應(yīng)置于同一直線上鍵槽應(yīng)置于同一直線上第20頁(yè)/共34頁(yè)三、軸的計(jì)算三、軸的計(jì)算1. 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算 畫出扭矩圖（畫出扭矩圖（T） 水平力水平力FNH和和MH MH 和和MV的合成的合成22VHMMM

10、 計(jì)算彎矩計(jì)算彎矩22)( TMMca 垂直力垂直力FNV和和MV第21頁(yè)/共34頁(yè)22)( TMMca 考慮扭矩和彎矩作用性質(zhì)差異的系數(shù)考慮扭矩和彎矩作用性質(zhì)差異的系數(shù)按扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力性質(zhì)?。喊磁まD(zhuǎn)切應(yīng)力性質(zhì)?。红o應(yīng)力，靜應(yīng)力，脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力，對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力， 0.3 0.6 1 強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核)(122 WTMWMcaca第22頁(yè)/共34頁(yè) 軸承支點(diǎn)位置的確定軸承支點(diǎn)位置的確定滾動(dòng)軸承：寬度的中點(diǎn)；滾動(dòng)軸承：寬度的中點(diǎn)；取取值值滑滑動(dòng)動(dòng)軸軸承承按按dBBedB5 . 0 時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)1 1dedB5 . 0 時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)1 1B)35. 025. 0(但但不不少少于于Be

11、5 . 0 調(diào)調(diào)心心軸軸承承，第23頁(yè)/共34頁(yè) 按疲勞強(qiáng)度精確校核按疲勞強(qiáng)度精確校核只有法向應(yīng)力時(shí)只有法向應(yīng)力時(shí)SSSSSSca 22 SKSma 1只有扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力時(shí)只有扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力時(shí)SKSma 1第24頁(yè)/共34頁(yè) 安全系數(shù)安全系數(shù)材料均勻、載荷與應(yīng)力計(jì)算精確時(shí)，材料均勻、載荷與應(yīng)力計(jì)算精確時(shí)，S1.31.5材料不夠均勻、計(jì)算精度較低時(shí)，材料不夠均勻、計(jì)算精度較低時(shí)，S1.51.8材料均勻性和計(jì)算精度很低，或軸的直材料均勻性和計(jì)算精度很低，或軸的直徑徑d200mm時(shí)，時(shí)，S1.82.5第25頁(yè)/共34頁(yè) 不滿足要求時(shí)可采取的措施不滿足要求時(shí)可采取的措施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上降低應(yīng)力集中的影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上降

12、低應(yīng)力集中的影響增大過(guò)渡圓角半徑；增大過(guò)渡圓角半徑；不在受載區(qū)加工螺紋；不在受載區(qū)加工螺紋；放松軸與零件的配合。放松軸與零件的配合。第26頁(yè)/共34頁(yè)采用能強(qiáng)化機(jī)械性能的工藝方法采用能強(qiáng)化機(jī)械性能的工藝方法減小表面粗糙度減小表面粗糙度表面強(qiáng)化處理表面強(qiáng)化處理表面碾壓、噴丸處理表面碾壓、噴丸處理表面高頻淬火表面高頻淬火滲碳滲碳氰化氰化氮化氮化用高強(qiáng)度材料，或加大軸的直徑。用高強(qiáng)度材料，或加大軸的直徑。 按靜強(qiáng)度校核按靜強(qiáng)度校核適用于瞬時(shí)過(guò)載很大，或應(yīng)力適用于瞬時(shí)過(guò)載很大，或應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性較為嚴(yán)重的軸循環(huán)不對(duì)稱性較為嚴(yán)重的軸 強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件SSSSSScaSSSSSS 22 第27頁(yè)/共34頁(yè)

13、SS按屈服強(qiáng)度的設(shè)計(jì)安全系數(shù)按屈服強(qiáng)度的設(shè)計(jì)安全系數(shù)高塑性材料軸高塑性材料軸4 . 12 . 1)6 . 0( SB， s s中塑性材料軸中塑性材料軸8 . 14 . 1)8 . 06 . 0( SB， s s低塑性材料軸，低塑性材料軸，S1.82鑄造軸，鑄造軸，S23SSca危險(xiǎn)截面靜強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)危險(xiǎn)截面靜強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)第28頁(yè)/共34頁(yè)只考慮彎矩和軸向力時(shí)的安全系數(shù)只考慮彎矩和軸向力時(shí)的安全系數(shù) SS)(maxmaxAFWMSSS 材料的抗彎屈服極限材料的抗彎屈服極限S Mmax軸危險(xiǎn)截面上的最大彎矩軸危險(xiǎn)截面上的最大彎矩Fmax軸危險(xiǎn)截面上的最大軸向力軸危險(xiǎn)截面上的最大軸向力A

14、軸的危險(xiǎn)截面的面積軸的危險(xiǎn)截面的面積W危險(xiǎn)截面的抗彎截面系數(shù)危險(xiǎn)截面的抗彎截面系數(shù)第29頁(yè)/共34頁(yè)TSSWTSmax 只考慮扭矩時(shí)的安全系數(shù)只考慮扭矩時(shí)的安全系數(shù) SS材料的抗扭屈服極限材料的抗扭屈服極限S SS )62. 055. 0( Tmax軸危險(xiǎn)截面上的最大扭矩軸危險(xiǎn)截面上的最大扭矩WT危險(xiǎn)截面的抗扭截面系數(shù)危險(xiǎn)截面的抗扭截面系數(shù)第30頁(yè)/共34頁(yè)2. 軸的剛度校核計(jì)算軸的剛度校核計(jì)算 軸的彎曲剛度校核軸的彎曲剛度校核414 ziiivdlLdyy li階梯軸第階梯軸第i 段的長(zhǎng)度段的長(zhǎng)度di階梯軸第階梯軸第i 段的直徑段的直徑L階梯軸的計(jì)算長(zhǎng)度階梯軸的計(jì)算長(zhǎng)度z階梯軸計(jì)算長(zhǎng)度內(nèi)的軸段數(shù)階梯軸計(jì)算長(zhǎng)度內(nèi)的軸段數(shù)y軸的允許撓度，查表軸的允許撓度，查表155載荷作用于兩支承之間時(shí)，載荷作用于兩支承之間時(shí)，Ll（支承跨矩）（支承跨矩）載荷作用于懸臂端時(shí)，載荷作用于懸臂端時(shí)，Ll+K （懸臂長(zhǎng)度）（懸臂長(zhǎng)度） 軸的允許偏轉(zhuǎn)角，查表軸的允許偏轉(zhuǎn)角，查表155 第31頁(yè)/共34頁(yè) 軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核光軸：光軸：1073. 54 PGIT階梯軸：階梯軸：11073. 514 ziPiiiIlTLGT軸所受的扭矩軸所受的扭矩G軸材料的剪切彈性模量軸材料的剪切彈性模量 鋼材：鋼材：G8.1104IP軸截面的