機械行業(yè)軸管理知識設(shè)計基礎(chǔ)

第14章軸§14-1軸的功用和類型§14-2軸的材料§14-3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計§14-4軸的強度設(shè)計§14-5軸的剛度設(shè)計帶傳動和鏈傳動都是通過中間撓性件傳遞運動和動力的，適用于兩軸中心距較大的場合。與齒輪傳動相比，它們具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉等優(yōu)點。設(shè)計：潘存云§14-1軸的功用和類型功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：帶式運輸機減速器電動機轉(zhuǎn)軸§14-1軸的功用和類型功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩發(fā)動機后橋傳動軸設(shè)計：潘存云§14-1軸的功用和類型功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩前輪輪轂固定心軸火車輪軸車廂重力前叉自行車前輪軸支撐反力轉(zhuǎn)動心軸§14-1軸的功用和類型功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸§14-1軸的功用和類型功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸曲軸設(shè)計：潘存云本章只研究直軸§14-1軸的功用和類型功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸曲軸撓性鋼絲軸設(shè)計任務(wù)：選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度和剛度設(shè)計、確定尺寸等種類碳素鋼：35、45、50、Q235軸的毛坯:一般用圓鋼或鍛件，有時也用鑄鋼或球墨鑄鐵?！?4-2軸的材料合金鋼:20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等用途：碳素結(jié)構(gòu)鋼因具有較好的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用較多，尤其是45鋼應(yīng)用最廣。合金鋼具有較高的力學(xué)性能，但價格較貴，多用于有特殊要求的軸。如用球墨鑄鐵制造曲軸和凸輪軸，具有成本低廉、吸振性較好、對應(yīng)力集中的敏感較低、強度較好等優(yōu)點。為了改善力學(xué)性能正火或調(diào)質(zhì)處理。表

軸的常用材料及其主要力學(xué)性能材料及熱處理毛坯直徑mm硬度HBS強度極限σb

屈服極限σs

MPa彎曲疲勞極限σ-1應(yīng)用說明Q235440240200用于不重要或載荷不大的軸35正火520270250有較好的塑性和適當(dāng)?shù)膹姸龋捎糜谝话闱S、轉(zhuǎn)軸?！?00149~187設(shè)計：潘存云設(shè)計任務(wù)：使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸?！?4-3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計要求：1.軸應(yīng)便于制造，軸上零件要易于裝拆；(制造安裝)2.軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置；3.各零件要牢固而可靠地相對固定；4.改善應(yīng)力狀況，減小應(yīng)力集中。軸端擋圈帶輪軸承蓋套筒齒輪滾動軸承設(shè)計：潘存云典型軸系結(jié)構(gòu)(固定)

(定位)

設(shè)計：潘存云裝零件的軸端應(yīng)有倒角，需要磨削的軸端有砂輪越程槽，車螺紋的軸端應(yīng)有退刀槽。④設(shè)計：潘存云

為便于軸上零件的裝拆，一般軸都做成從軸端逐漸向中間增大的階梯狀。零件的安裝次序一、制造安裝要求②③⑥⑦①⑤①倒角取值見P119設(shè)計計：：潘潘存存云云零件件的的軸向向定定位位由軸軸肩肩或或套套筒筒來來實實現(xiàn)現(xiàn)。。二、、軸軸上上零零件件的的定定位位4、5間的的軸軸肩肩使使齒齒輪輪在在軸軸上上定定位位，，1、2間的的軸軸肩肩使使帶帶輪輪定定位位，，6、7間的的軸軸肩肩使使右右端端滾滾動動軸軸承承定定位位。。設(shè)計：潘存云軸肩肩----階梯梯軸軸上上截截面面變變化化之之處處。。起軸軸向向定定位位作作用用。。軸肩套筒1~21~2設(shè)計計：：潘潘存存云云設(shè)計計：：潘潘存存云云軸向向固固定定由軸軸肩肩、、套套筒筒、、螺螺母母或或軸軸端端擋擋圈圈來來實實現(xiàn)現(xiàn)。。三、、軸軸上上零零件件的的固固定定齒輪輪受受軸軸向向力力時時，，向向右右是是通通過過4、5間的的軸軸肩肩，，并并由由6、7間的的軸軸肩肩頂頂在在滾滾動動軸軸承承的的內(nèi)內(nèi)圈圈上上；；向向左左則則通通過過套套筒筒頂頂在在滾滾動動軸軸承承的的內(nèi)內(nèi)圈圈上上。。帶帶輪輪的的軸軸向向固固定定是是靠靠1、2間的的軸軸肩肩和和軸軸端端當(dāng)當(dāng)圈圈。。雙向向固固定定設(shè)計計：：潘潘存存云云設(shè)計計：：潘潘存存云云設(shè)計計：：潘潘存存云云設(shè)計計：：潘潘存存云云無法法采采用用套套筒筒或或套套筒筒太太長長時時，，可可采采用用雙圓圓螺螺母母加以以固固定定。。軸肩肩的的尺尺寸寸要要求求:r<C1或r<Rb≈≈1.4h(與滾滾動動軸軸承承相相配配合合處處的的h和b值,見軸軸承承標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn))DdrR軸端端擋擋圈圈雙圓螺母DdC1rh≈≈(0.07d+3)~(0.1d+5)mm裝在在軸軸端端上上的的零零件件往往往往采采用用軸端端擋擋圈圈固定定。。C1DdrDdrRhhb設(shè)計計：：潘潘存存云云設(shè)計計：：潘潘存存云云設(shè)計計：：潘潘存存云云設(shè)計計：：潘潘存存云云軸向向力力較較小小時時，，可采采彈彈性性擋擋圈圈或或緊緊定定螺螺釘釘來來實實現(xiàn)現(xiàn)。。周向向固固定定大多多采采用用鍵鍵、、花花鍵鍵、、或或過過盈盈配配合合等等聯(lián)聯(lián)接接形形式式來來實實現(xiàn)現(xiàn)。。為了加工工方便，，鍵槽應(yīng)應(yīng)設(shè)計成成同一加加工直線線上，且且緊可能能采用同同一規(guī)格格的鍵槽槽截面尺尺寸。鍵槽應(yīng)設(shè)設(shè)計成同同一加工工直線設(shè)計：潘潘存云設(shè)計：潘潘存云設(shè)計：潘潘存云TTTTTQ方案b四、改善善軸的受受力狀況況，減小小應(yīng)力集集中圖示為起起重機卷卷筒兩種種布置方方案。A圖中大齒齒輪和卷卷筒聯(lián)成成一體，，轉(zhuǎn)距經(jīng)經(jīng)大齒輪輪直接傳傳遞給卷卷筒，故故卷筒軸軸只受彎彎矩而不不傳遞扭扭矩。圖圖b中軸同時時受彎矩矩和扭矩矩作用。。故載荷荷相同時時，圖a結(jié)構(gòu)軸的的直徑要要小。輸出輸出輸入Tmax=T1+T2Tmax=T11.改善受力力狀況當(dāng)軸上有有兩處動動力輸出出時，為為了減小小軸上的的載荷，，應(yīng)將輸輸入輪布布置在中中間。T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理TTQ方案a輸出輸出輸入FtFt設(shè)計：潘潘存云設(shè)計：潘潘存云設(shè)計：潘潘存云設(shè)計：潘潘存云Rdd/430?2.減小應(yīng)力力集中合金鋼對對應(yīng)力集集中比較較敏感，，應(yīng)加以以注意。。應(yīng)力集中中出現(xiàn)在在截面突突然發(fā)生生變化的的。措施：1.用圓角過過渡；2.盡量避免免在軸上上開橫孔孔、切口口或凹槽槽;3.重要結(jié)構(gòu)構(gòu)可增加加卸載槽槽B、過渡肩肩環(huán)、凹凹切圓角角、增大圓角角半徑。。也可以以減小過過盈配合合處的局局部應(yīng)力力。過渡肩環(huán)r凹切圓角B卸載槽也可以在輪轂上增加卸載槽B位置d/4§14-4軸的強度度設(shè)計一、按按扭扭轉(zhuǎn)強度度計算軸的強度度設(shè)計應(yīng)應(yīng)根據(jù)軸軸的承載載情況，，采用相相應(yīng)的計計算方法法，常用用方法有有兩種。。對于只傳傳遞扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的圓截截面軸，，強度條條件為：：設(shè)計公式式為：對于既傳傳遞扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)又傳遞遞彎矩的的軸，可可按上式式初步估估算軸的的直徑。。計算結(jié)果果為：最小直徑徑！解釋各符符號的意意義及單單位軸的材料A3,20354540Cr,35SiMn[τ](N/mm)12~2020~3030~4040~52C160~135135~118118~107107~92表

常用材料的[τ]值和C值注:

當(dāng)作用在軸上的彎矩比傳遞的轉(zhuǎn)矩小或只傳遞轉(zhuǎn)矩時,C取較小值;

否則取較大值應(yīng)圓整為為：標(biāo)準(zhǔn)直徑徑！指出下列列軸系結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計中的錯錯誤，繪繪出正確確的結(jié)構(gòu)設(shè)計計圖。(采用脂潤潤滑)指出結(jié)構(gòu)構(gòu)錯誤7處以上；；正確如如圖所示示。設(shè)計：潘潘存云設(shè)計：潘潘存云減速器中中齒輪軸軸的受力力為典型型的彎扭扭合成。。在完成單單級減速速器草圖圖設(shè)計后后，外載載荷與支支撐反力力的位置置即可確確定，從從而可進進行受力力分析。。因σb和τ的循環(huán)特特性不同同，折合后得得：二、按按彎彎扭合成成強度計計算對于一般般鋼制軸軸，可用用第三強強度理論論（最大大切應(yīng)力力理論））求出危危險截面面的當(dāng)量量應(yīng)力。。強度條件件為：l1l彎曲應(yīng)力力：扭切應(yīng)力力：代入得：：W------抗彎截面面系數(shù)；；WT----抗扭截面面系數(shù)；；α----折合系數(shù)數(shù)Me---當(dāng)量彎矩矩材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]40013070405001707545600200955570023011065800270130759003001408010003301509050012070404001005030表

軸的許用彎曲應(yīng)力碳素鋼合金鋼鑄鋼折合系數(shù)數(shù)取值：：α=0.3----轉(zhuǎn)矩不變變；0.6----脈動變化化；1----頻繁正反反轉(zhuǎn)。靜應(yīng)力狀狀態(tài)下的的許用彎彎曲應(yīng)力力設(shè)計公式式：折合系數(shù)數(shù)取值：：α=0.3----轉(zhuǎn)矩不變變；0.6----脈動變化化；1----頻繁正反反轉(zhuǎn)。設(shè)計公式式：材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]40013070405001707545600200955570023011065800270130759003001408010003301509050012070404001005030表

軸的許用彎曲應(yīng)力碳素鋼合金鋼鑄鋼脈動循環(huán)環(huán)狀態(tài)下下的許用用彎曲應(yīng)應(yīng)力折合系數(shù)數(shù)取值：：α=0.3----轉(zhuǎn)矩不變變；0.6----脈動變化化；1----頻繁正反反轉(zhuǎn)。設(shè)計公式式：材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]40013070405001707545600200955570023011065800270130759003001408010003301509050012070404001005030表

軸的許用彎曲應(yīng)力碳素鋼合金鋼鑄鋼對稱循環(huán)環(huán)狀態(tài)下下的許用用彎曲應(yīng)應(yīng)力設(shè)計：潘潘存云對2點取矩舉例：計算某減減速器輸輸出軸危危險截面面的直徑徑。已知知作用在在齒輪上上的圓周周力Ft=17400N,徑向力，，F(xiàn)r=6140N,軸向力Fa=2860N,齒輪分度度圓直徑徑d2=146mm,作用在軸軸右端帶帶輪上外外力F=4500N（方向未未定）,L=193mm,K=206mmL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12解：1)求垂直面面的支反反力和軸軸向力=Fad2aadP231設(shè)計：潘潘存云MavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2F2)求水平面面的支反反力L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F3)求F力在支點點產(chǎn)生的的反力4)繪制垂直直面的彎彎矩圖5)繪制水平平面的彎彎矩圖設(shè)計：潘潘存云MaMavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F6)求F力產(chǎn)生的的彎矩圖圖L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F7)繪制合成成彎矩圖圖考慮F可能與H、V內(nèi)合力共共面a-a截面F力產(chǎn)生的的彎矩為為：MaFM’a設(shè)計：潘潘存云MaMavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F8)求軸傳遞遞的轉(zhuǎn)矩矩L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F9)求危險截截面的當(dāng)當(dāng)量彎矩矩MaFM2M’aT扭切應(yīng)力力為脈動動循環(huán)變變應(yīng)力，，取折合合系數(shù):α=0.6求考慮到到鍵槽對對軸的削削弱，將將d值增大5%，故得：10)計算危險截截面處軸的的直徑選45鋼，調(diào)質(zhì)，，σb=650MPa,[σ-1b]=60MPa符合直徑系系列。按彎扭合成成強度計算算軸徑的一一般步驟：：1.將外載荷分分解到水平平面和垂直直面。求垂垂直面支撐撐反力FV和水平面支支撐反力FH;2.作垂直彎矩矩MV圖和彎矩MH圖;3.作合成彎矩矩M圖；4.作轉(zhuǎn)矩T圖；5.彎扭合成，，作當(dāng)量彎彎矩Me圖；6.計算危險截截面軸徑:1.若危險截面面上有鍵槽槽，則應(yīng)加加大5%2.若計算結(jié)果果大于結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計初步步估計的軸軸徑，則強強度不夠，，應(yīng)修改設(shè)設(shè)計；3.若計算結(jié)果果小于結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計初步步估計的軸軸徑，且相相不大，一般般以結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計的軸徑徑為準(zhǔn)。對于一般剛剛軸，按上上述方法設(shè)設(shè)計即可。。對于重要要的軸，還還必須用