武漢理工機械設(shè)計考研課件

1、研制：侯玉英第八章 軸的設(shè)計 8 1 概 述 82 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 83 軸的強度計算 一.軸的功用：1.支承作回轉(zhuǎn)運動的零件（齒輪、蝸輪、帶輪、鏈輪等）；3.受彎矩，抵抗變形，保證 軸上零件正常工作。2.傳遞運動和動力； 8 1 概 述本章主要內(nèi)容1.軸的分類及材料選擇（保證軸的強度、剛度要求）；2.軸的正確結(jié)構(gòu)設(shè)計（軸上零件定位準確、固定可靠、裝拆方便，軸加工工藝性好；重點3.軸的強度計算；4.軸系設(shè)計實例分析。光 軸階梯軸空心軸曲軸直軸按軸的形狀二. 軸的分類轉(zhuǎn)軸既受彎矩，又受轉(zhuǎn)矩的軸，如齒輪減速 中裝齒輪的軸。按軸工作時受載情況心軸只受彎矩M的軸，如滑輪軸、自行車前 輪軸傳動軸只受扭矩T

2、，或少量彎矩（軸自重引 起）如汽車雙萬向聯(lián)軸器的中間軸 固定心軸轉(zhuǎn)動心軸傳 動 軸萬向聯(lián)軸器的中間軸轉(zhuǎn) 軸 特殊用途的軸如鋼絲軟軸接頭驅(qū)動裝置 鋼絲軟軸（外層為護套）動力源設(shè)備設(shè)備接頭二.軸的材料及選擇 對軸材料要求：軸的強度和剛度足夠；材料的熱處理性能和加工工藝性好；材料來源廣，價格適中。碳鋼普通碳素鋼：Q235,Q255-用于不重要，輕載的軸；優(yōu)質(zhì)碳素鋼：35，40，45號- 廉物廣，應(yīng)用較廣泛；合金鋼中碳合金鋼：40cr等-強度高，價貴用于重要軸低碳合金鋼：20crMnTi-表面滲碳淬火后，表面硬度高 芯部韌性好，適用于沖擊載荷較大的場合。球墨鑄鐵-宜用于制造形狀復(fù)雜的軸軸常用材料滾動軸

3、承齒輪滾動軸承鍵槽半聯(lián)軸器軸頸軸身軸頭軸頸軸身軸頭軸承蓋軸承蓋一. 軸系結(jié)構(gòu)分析 82 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計目的合理確定軸的外部形狀和全部尺寸二.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的主要因素4.有利于提高軸的強度和剛度（軸的受 力合理、應(yīng)力集中）。3.良好的加工工藝性；2.便于軸上零件的裝拆和調(diào)整；1.保證軸上零件的定位和固定可靠；一）零件軸向固定的目的三. 零件軸向固定防止零件沿軸向竄動，確保零件軸向準確位置。特點：定位可靠，能承受較大的軸向載荷，用于各類零件的軸 向定位和固定軸肩軸環(huán)二）常用軸向固定1.軸肩（或軸環(huán)）過渡圓角r定位高度h由組成注意事項：1）軸的過渡圓角半徑r 應(yīng)小于軸上零件的倒角C 或

4、圓角半徑R；2）軸肩軸 環(huán)高度h定位軸肩：高度hC(或R) ,通常取h=(23)C或(2 3)R或h=0.07d+(23) mm滾動軸承： 按軸承型號查標準非定位軸肩：為使零件裝拆方便，取h=(12)mm3）軸環(huán)寬度b b1.4h 10 mmrRhdDhcrDdb 2套筒-常用于兩個距離相近的零件之間，起定位荷固定的作用。套筒與軸之間配合較松，不宜用于轉(zhuǎn)速較高的軸上。套筒注意：輪轂寬度B 軸頭長度l，取l = B -（23）mmBl3軸端擋圈-常與軸肩或錐面聯(lián)合使用，固定零件 穩(wěn)定可靠，能承受較大的軸向力：注意：輪轂寬度B軸頭長度l ，取l = B- （23）mm軸肩B軸端擋圈止動墊片止動銷l

5、止動墊片止動銷軸端擋圈螺釘螺釘4圓錐面-裝拆方便，宜用于高速、重載及零件對中性 要求高的場合。錐面軸端擋圈螺釘止動墊片5圓螺母與止動墊圈-固定可靠，可承受較大的軸 向力，但需切制螺紋和退刀槽，會削弱軸的強度。 注意：零件寬度B 軸長度l ，取l = B-（23）mmlB止動墊圈圓螺母止動墊圈 6彈性擋圈-結(jié)構(gòu)簡單，但在軸上需切槽，會引起 應(yīng)力集中，一般用于軸向力不大的零件的軸向固定。彈性擋圈Bl注意：零件寬度B 軸長度l ，取l = B-（23）mm7緊定螺釘-結(jié)構(gòu)簡單，可兼作周向固定，傳遞不大的 力或力矩，不宜用于高速。緊定螺釘三. 軸的結(jié)構(gòu)工藝性便于加工、測量、維修及軸上零件的拆裝一）軸的

6、加工工藝性要求 1. 不同軸段的鍵槽，應(yīng)布置軸的同一母線上，以減少鍵槽加工 時的裝卡次數(shù)；a. 正確結(jié)構(gòu)b.不正確結(jié)構(gòu)2. 需磨制軸段時，應(yīng)留砂輪越程槽；需車制螺紋的軸段，應(yīng) 留螺紋退刀槽。砂輪越程槽螺紋退刀槽3. 相近直徑軸段的過渡圓角、鍵槽、越程槽、退刀槽尺寸盡 量統(tǒng)一.0.8二）軸上零件裝配工藝性要求與零件過盈配合的軸端應(yīng)加工出導(dǎo)向錐面。a）倒角b）導(dǎo)向錐面軸的配合直徑應(yīng)圓整為標準值軸端應(yīng)有cX45的倒角五. 提高軸強度、剛度的措施一）合理布置軸上零件，改善軸的受力情況1. 使彎矩分布合理把軸、轂配合分成兩段，減小最大彎 矩值。不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)FF2.使轉(zhuǎn)矩合理分配不合理的布置合理布置

7、輸出輪輸入輪T1T3T4T2T1T2T3T4輸出輪輸出輪輸入輪1Tmax= T2 + T3 + T4Tmax= T3 + T43. 改進軸上零件結(jié)構(gòu)減輕軸的載荷卷筒軸既受彎又受扭卷筒軸只受彎矩卷筒螺栓卷筒齒輪軸承軸承齒輪齒輪齒輪二）減小軸的應(yīng)力集中軸的剖面變化處、軸轂配合面的邊緣鍵槽 根部等會產(chǎn)生應(yīng)力集中。 b）過盈配合處的應(yīng)力集中 軸的應(yīng)力集中發(fā)生的位置a）截面尺寸變化處 的應(yīng)力集中b）過盈配合處的應(yīng)力集中c）小孔處的應(yīng)力集中a）截面尺寸變化處的應(yīng)力集中c）小孔處的應(yīng)力集中減小力集中的措施當過渡圓角半徑受限制時用凹切圓角、過渡肩環(huán)對于過盈配合的軸段，在軸上或輪轂上開減載槽凹切圓角過渡肩環(huán)減載

8、槽 83 軸的強度計算 一.按扭轉(zhuǎn)強度計算適用于傳動軸、轉(zhuǎn)軸初算扭轉(zhuǎn)強度條件：軸的扭剪應(yīng)力（MPa）；軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（Nmm）；TWT 軸的抗扭剖面系數(shù)（mm3），對于實心圓軸，P軸傳遞的功率（KW）；軸的許用扭剪應(yīng)力（MPa）；式中：對于實心圓軸： C與軸的材料有關(guān)的系數(shù)，查表12-2。計算說明：1）求得的d為受扭部分的最小直徑，通常為軸端；2）該軸段有鍵槽適當加大直徑，單鍵槽增大5%。雙鍵槽增大10%，將所計算的直徑圓整為標準值即：單鍵槽雙鍵槽設(shè)計計算式： 3）軸的最小 直徑dmin 應(yīng)根據(jù)W軸的抗彎剖面系數(shù)（mm3）轉(zhuǎn)動心軸：=-1 b = -1M不變： b= +1 bM變化： b = 0

9、 b b 許用彎應(yīng)力彎曲強度條件：對于實心圓軸，WT=d3/32 d3/10查表12 - 1固定心軸二 按彎曲強度計算用于心軸強度計算 材 料熱處理毛坯直徑/mm硬度/HBS主 要 機 械 性 能類別牌號強度極限b屈服極限S彎曲疲勞極限-1剪切疲勞極限-1=1許用彎應(yīng)力 +1b=0許用彎應(yīng)力 0b=-1許用彎應(yīng)力 -1b表8-1 軸的常用材料及主要機械性能24511869碳素鋼45正火1001702176003002751401969354調(diào)質(zhì)2002172556503603001552169859合金鋼40Cr調(diào)質(zhì)100100 300241 286750550350200241 2867005503401856503603001552169859碳素鋼45200217255調(diào)質(zhì)b=600 Mpa，s=360 Mpa，-1=300 Mpa，-1 =155 Mpa +1b=216 Mpa， 0b=98 Mpa， -1b=59 Mpa如：45鋼調(diào)質(zhì)，查得：三 按彎、扭合成強度計算 用于轉(zhuǎn)軸強度計算強度計算的前提條件：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計初步完成，支點力點位置 確定，支反力可求。轉(zhuǎn)軸危險截面上的應(yīng)力狀態(tài)彎 應(yīng) 力：扭剪應(yīng)力：轉(zhuǎn)軸危險截面上的應(yīng)力： 稱為計算彎矩或稱為當量彎矩 考慮M、T兩者產(chǎn)生的應(yīng)力循環(huán)特性和不同，通常=1，而一般1，考慮兩者差異的影響，軸彎、扭合成強度條件為：應(yīng)將ca