第12章軸的設(shè)計(jì)xin

第三篇軸系零部件設(shè)計(jì)第十二章軸的設(shè)計(jì)重點(diǎn)內(nèi)容軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12§12-1

概述1.軸的功用及分類3.軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容2.軸的材料23軸的功用及分類支承回轉(zhuǎn)件一、功用3軸的功用及分類支承回轉(zhuǎn)件傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。一、功用4§12-1

概述1、分類轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)軸心軸承載情況轉(zhuǎn)矩+彎矩轉(zhuǎn)矩彎矩功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。5轉(zhuǎn)軸既傳遞轉(zhuǎn)矩（T）又承受彎矩（M）6轉(zhuǎn)軸既傳遞轉(zhuǎn)矩（T）又承受彎矩（M）7

轉(zhuǎn)軸Ⅰ軸Ⅱ軸電動(dòng)機(jī)齒輪帶式輸送機(jī)TFr89發(fā)動(dòng)機(jī)后橋傳動(dòng)軸

只傳遞轉(zhuǎn)矩，不受彎矩M=0，T≠0傳動(dòng)軸9心軸

只承受彎矩（M），不傳遞轉(zhuǎn)矩（T=0）2.轉(zhuǎn)動(dòng)心軸：軸轉(zhuǎn)動(dòng)1.固定心軸：軸固定10前輪輪轂固定心軸前叉自行車前輪軸火車輪軸車廂重力支撐反力轉(zhuǎn)動(dòng)心軸11分析：根據(jù)承載情況下列各軸分別為哪種類型？0軸：Ⅰ軸：Ⅴ軸：Ⅱ軸：Ⅲ軸：Ⅳ軸：傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)軸心軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸心軸12類型2.按軸的形狀分為直軸光軸階梯軸曲軸直軸13類型2.按軸的形狀分為曲軸直軸直軸143.特殊用途的軸撓性軟軸動(dòng)力源被驅(qū)動(dòng)裝置接頭接頭鋼絲軟軸空心軸15軸線形狀直軸曲軸直徑光軸階梯軸裝拆和定位空心空心軸實(shí)心軸剛度撓性軸剛性軸16二、軸的設(shè)計(jì)步驟1.選擇材料(表12-1)根據(jù)不同的工作狀況3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形狀+尺寸4.強(qiáng)度驗(yàn)算）(精確)彎-扭復(fù)合強(qiáng)度2.估算基本直徑按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算按經(jīng)驗(yàn)公式估算17軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容失效形式變形過大振動(dòng)折斷塑性變形設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：1.合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—定位、固定、裝拆及調(diào)整2.可靠的工作能力—足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性疲勞破壞18三、軸的材料1).材料要求1)足夠的疲勞強(qiáng)度2)較小的應(yīng)力集中3)良好的加工工藝性2).常用材料優(yōu)質(zhì)中碳鋼:45鋼a)一般情況調(diào)質(zhì)處理19b)受力小或不重要普通碳素鋼:Q235,Q275c)強(qiáng)度高、尺寸小或特殊要求低碳合金鋼:20Cr，20CrMnTi中碳合金鋼:40Cr，40CrNi滲碳淬火表面淬火d)結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜高強(qiáng)度鑄鐵或球墨鑄鐵20設(shè)計(jì)目標(biāo)：軸的設(shè)計(jì)

使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸。F等強(qiáng)度階梯軸21§12-2

軸徑的初步估算1、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件估算軸徑（基本直徑）只考慮轉(zhuǎn)矩的影響。降低許用扭剪應(yīng)力→考慮彎矩的影響T-軸的轉(zhuǎn)矩WT-軸的抗扭剖面系數(shù)22材料[T]CQ235、2012～20158～134Q275、3520～30134～1174530～40117～10640Cr,35SiMn,20CrMnTi40～52106～97常用材料的[T]和C值軸徑估算公式：23注意事項(xiàng)1.表中已考慮了彎矩對(duì)軸的影響。2.當(dāng)彎矩較大時(shí)，C取大值。3.當(dāng)用Q235，Q275及35SiMn時(shí)，C取較大值。4.若有一個(gè)鍵槽，d應(yīng)增大5%；有兩個(gè)鍵槽，應(yīng)增大10%，最后圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。材料[T]CQ235、2012～20158～134Q275、3520～30134～1174530～40117～10640Cr,35SiMn,20CrMnTi40～52106～97242、按經(jīng)驗(yàn)公式估算軸徑(一般減速器)1)

高速軸的最小軸徑按與其相聯(lián)的電動(dòng)機(jī)軸徑

D估算:2)

低速軸的最小直徑按同級(jí)齒輪中心距a

估算:25選擇材料估算軸徑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)確定尺寸校核強(qiáng)度設(shè)計(jì)步驟擬定方案§12-3

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)26擬定方案27Ⅰ軸Ⅱ軸

電動(dòng)機(jī)齒輪

帶式輸送機(jī)28軸端擋圈帶輪軸承蓋套筒齒輪滾動(dòng)軸承典型階梯軸29階梯軸各部分的名稱典型軸系的結(jié)構(gòu)軸頭30軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階梯軸各部分的名稱典型軸系的結(jié)構(gòu)軸頸31軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階梯軸各部分的名稱典型軸系的結(jié)構(gòu)軸身32軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階梯軸各部分的名稱軸肩33軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階梯軸各部分的名稱軸環(huán)34§12-3

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、內(nèi)容主要尺寸形狀尺寸細(xì)節(jié)尺寸＋352、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)依據(jù)具備良好結(jié)構(gòu)工藝性；滿足軸上零件的定位和固定要求；具備足夠的強(qiáng)度和剛度。36制造、安裝、加工工藝性要求1）階梯軸便于軸上零件的定位和拆裝37制造、安裝、加工工藝性要求2）結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單，相鄰軸段直徑相差不宜過大，以選擇合適的圓鋼，減少切削用量。510～()mm定位軸肩23～()mm非位軸肩38制造、安裝、加工工藝性要求3）同一軸上倒角、圓角半徑、退刀槽同尺寸。倒角39制造、安裝、加工工藝性要求3）同一軸上倒角、圓角半徑、退刀槽寬同尺寸。軸肩40制造、安裝、加工工藝性要求4）磨削加工留越程槽41制造、安裝、加工工藝性要求4）磨削加工留越程槽越程槽42制造、安裝、加工工藝性要求4）磨削加工留越程槽、切削螺紋應(yīng)留退刀槽d1d243制造、安裝、加工工藝性要求磨削加工留越程槽、切削螺紋應(yīng)留退刀槽44制造、安裝、加工工藝要求5）固定不同零件的各鍵槽應(yīng)布置在同一母線上6）為便于加工和檢驗(yàn)，軸徑應(yīng)圓整；軸頸應(yīng)等于軸承內(nèi)徑；螺紋應(yīng)符合螺紋標(biāo)準(zhǔn)45制造、安裝、加工工藝要求7）為便于裝配，軸端應(yīng)倒角；倒角46制造、安裝、加工工藝要求7）為便于裝配，軸端應(yīng)倒角；過盈配合零件裝入端應(yīng)加工導(dǎo)向錐面。47軸上零件的定位a.軸向定位1)目的保證軸上零件準(zhǔn)確的工作位置。彈性擋圈套筒軸端擋圈圓錐面圓螺母緊定螺釘定位方法2)方法軸肩與軸環(huán)48軸肩與軸環(huán)RC軸肩軸環(huán)rrd2d349特點(diǎn)簡(jiǎn)單可靠；承受大軸向力應(yīng)力集中；不利加工設(shè)計(jì)要點(diǎn)r<R或C<h軸肩與軸環(huán)應(yīng)用廣泛h=(0.07~0.1)db=1.4h50

套筒特點(diǎn)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、定位可靠、不削弱強(qiáng)度；近距離零件間的相對(duì)固定；不宜用于高速轉(zhuǎn)軸。51

套筒應(yīng)用不宜用于高速轉(zhuǎn)軸。設(shè)計(jì)要點(diǎn)間隙配合，尺寸靈活高度低于軸承內(nèi)圈52軸端擋圈特點(diǎn)工作可靠，承受較大軸向載荷。應(yīng)用止動(dòng)墊圈防松廣泛用于軸端設(shè)計(jì)要點(diǎn)5354b.周向固定1)目的保證軸上零件與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，傳遞轉(zhuǎn)矩花鍵聯(lián)接平鍵聯(lián)接2)方法過盈配合聯(lián)接銷釘聯(lián)接5556提高軸的強(qiáng)度和剛度a.減小應(yīng)力集中1)增大過渡圓角半徑2)避免開設(shè)橫孔、切口和凹槽b.改善軸的表面質(zhì)量1)合理選擇表面粗糙度2)采用表面強(qiáng)化處理c.改善軸的受力狀況57a).減小應(yīng)力集中1)增大過渡圓角半徑；2)避免開設(shè)橫孔、切口和凹槽；3)增加卸載槽、增大軸徑等可減小過盈配合的局部應(yīng)力。軸上開卸載槽增大軸的直徑轂端開卸載槽58b).改善軸的表面質(zhì)量1)表面愈粗糙疲勞強(qiáng)度愈低提高表面粗糙度；2)采用表面強(qiáng)化處理▲表面高頻淬火；▲表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)處理；▲碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理。通過碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理時(shí)可使軸的表面產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，從而提高軸的疲勞能力。59c).改善軸的受力狀況改進(jìn)零件的結(jié)構(gòu)減小軸的載荷軸強(qiáng)度和剛度FlFl/4Fl/8Fl/4l/4l/21、合理地布置軸上的荷載602、合理地軸上支撐位置aalqlq0.0214ql2ql2/2c).改善軸的受力狀況61各軸段尺寸的確定1.直徑的確定2.長(zhǎng)度的確定62軸各部分尺寸的確定1.直徑的確定1）

基本直徑的確定按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件估算d1基本直徑：最細(xì)的63軸各部分尺寸的確定1.直徑的確定2）

直徑d2d2d2=

d1+(5~10)mm64軸各部分尺寸的確定1.直徑的確定2）

直徑d2d3d2=

d1+(5~10)mm3）

直徑d3d3

=軸承內(nèi)徑d3=

d2+(2~3)mm65軸各部分尺寸的確定1.直徑的確定2）

直徑d2d4d2=

d1+(5~10)mm3）

直徑d3d3

=軸承內(nèi)徑d3=

d2+(2~3)mm4）

直徑d4d4=

d3+(2~3)mm一鍵增大(3-5)%66軸各部分尺寸的確定1.直徑的確定2）

直徑d2d5d2=

d1+(5~10)mm3）直徑d3d3

=軸承內(nèi)徑d3=

d2+(2~3)mm4）直徑d4d4=

d3+(2~3)mm5）直徑d5d5=

d4+(5~10)mm一鍵增大(3-5)%d5=

d4+2h或67軸各部分尺寸的確定1.直徑的確定2）直徑d2d7d2=

d1+(5~10)mm3）直徑d3d3

=軸承內(nèi)徑d3=

d2+(2~3)mm4）直徑d4d4=

d3+(2~3)mm5）直徑d5d5=

d4+(5~10)mm一鍵增大(3-5)%6.直徑d7d7=

d3d5=

d4+2h或68軸各部分尺寸的確定1.直徑的確定2）直徑d2d6d2=

d1+(5~10)mm3）直徑d3d3

=軸承內(nèi)徑d3=

d2+(2~3)mm4）直徑d4d4=

d3+(2~3)mm5）直徑d5d5=

d4+(5~10)mm一鍵增大(3-5)%6.直徑d7d6=d7+(5~10)mm7.直徑d6d7=

d3d5=

d4+2h或692.長(zhǎng)度的確定1）L1L1=L-(2~3)mmL7LL’Lld+(2~3)△1emBc1c2+δ△3Bz△2Bc軸各部分尺寸的確定

L1

L2

L3L4L5L6受限于軸端零件聯(lián)軸器：或間接計(jì)算帶輪：L1=Bd-(2~3)mm702.長(zhǎng)度的確定2）L2L7LL’Lld+(2~3)△1△1=Lld-L’L2=m+e+△1emBc1c2+δ△3Bz△2Bc軸各部分尺寸的確定

L1

L2

L3L4L5L6方便調(diào)整軸承間隙Lld=h+e+sh螺釘擰入深度s螺釘頭厚度712.長(zhǎng)度的確定2）L2L7LL’Lld+(2~3)△1L2=m+e+△1emBc1c2+δB+(3~8)=m+Bz+△3△3Bz△2Bc軸各部分尺寸的確定

L1

L2

L3L4L5L6方便調(diào)整軸承間隙B=c1+c2+δc1、c2查手冊(cè)δ≧8箱體壁厚△3=（5~10）油潤(rùn)滑△3

=（10~20）脂潤(rùn)滑722.長(zhǎng)度的確定3）L3L7LL’Lld+(2~3)△1L3=Bz+△2+△3+(2~3)emBc1c2+δ