機械設(shè)計基礎(chǔ)軸【共74張課件】

1概述一、軸的功用二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸支承旋轉(zhuǎn)零件傳遞運動和力帶式運輸機減速器電動機同時承受彎矩和扭矩2一、軸的功用概述二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸支承傳動零件傳遞運動和力心軸固定心軸只承受彎矩前輪輪轂固定心軸前叉自行車前輪軸3一、軸的功用概述二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸支承傳動零件傳遞運動和力心軸固定心軸

轉(zhuǎn)動心軸只承受彎矩火車輪軸轉(zhuǎn)動心軸4一、軸的功用概述二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸支承傳動零件傳遞運動和力心軸固定心軸轉(zhuǎn)動心軸傳動軸發(fā)動機后橋只承受扭矩5一、軸的功用概述二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸支承傳動零件傳遞運動和力心軸固定心軸轉(zhuǎn)動心軸傳動軸按軸線形狀分直軸6一、軸的功用概述二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸支承傳動零件傳遞運動和力心軸固定心軸轉(zhuǎn)動心軸傳動軸按軸線形狀分直軸曲軸7一、軸的功用概述二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸支承傳動零件傳遞運動和力心軸固定心軸轉(zhuǎn)動心軸傳動軸按軸線形狀分直軸曲軸鋼絲軟軸（撓性軸）8轉(zhuǎn)軸：同時承受彎矩和扭矩心軸：只受彎矩，不受扭矩固定心軸轉(zhuǎn)動心軸傳動軸：主要受扭矩，不受彎矩或彎矩很小概述載荷運轉(zhuǎn)情況應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)軸彎曲扭轉(zhuǎn)單向彎曲：對稱扭轉(zhuǎn)：脈動雙向彎曲：對稱扭轉(zhuǎn)：對稱心軸彎曲固定靜應(yīng)力或脈動轉(zhuǎn)動對稱傳動軸扭轉(zhuǎn)單向脈動雙向?qū)ΨQ各種軸的受力9內(nèi)容工作能力的設(shè)計強度-----保證安全使用剛度-----保證工作精度振動穩(wěn)定性-----保證高速軸正常工作結(jié)構(gòu)設(shè)計特點邊計算、邊畫圖、邊修改---“三邊”設(shè)計方法概述三、軸設(shè)計的內(nèi)容、特點10選擇材料初算軸徑結(jié)構(gòu)設(shè)計強度、剛度計算確定軸的結(jié)構(gòu)尺寸、繪圖NY四、軸的設(shè)計步驟概述11一般用途的軸：優(yōu)質(zhì)中碳鋼--30、40、45、50次要的軸：Q235、Q255、Q275重要的軸：合金鋼耐磨性要求高：12CrNi、20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼，軸頸滲碳淬火高速重載：40Cr、40CrNi、35CrMo等合金鋼，表面淬火、調(diào)質(zhì)形狀復(fù)雜的軸：QT600、ZG45注意：200°以下的碳鋼、合金鋼E值相差不大概述五、軸的材料12軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計一、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容與要求內(nèi)容：確定軸的外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸要求：軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的定位軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整軸應(yīng)具有良好的制造工藝性結(jié)構(gòu)上要有利于提高軸的強度、剛度，盡量減少應(yīng)力集中有利于節(jié)省材料、減輕重量13軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計典型軸系結(jié)構(gòu)齒輪軸承蓋軸端擋圈套筒滾動軸承聯(lián)軸器14軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計擬定軸上零件裝配方案軸上零件的定位各段軸直徑和長度的確定提高軸的強度和剛度的措施軸的結(jié)構(gòu)工藝性二、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計15軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（一）擬定軸上零件裝配方案16軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計17軸肩或軸環(huán)套筒彈性擋圈圓螺母加止動墊圈、雙圓螺母緊定螺釘、鎖緊擋圈、銷釘軸端擋圈圓錐面（二）軸上零件的定位----軸向定位軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計18軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1）軸肩、軸環(huán)軸肩軸環(huán)19結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠，可承受較大軸向力特點軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計各段軸直徑和長度的確定(4)齒輪上的鍵槽沒打通，既無法加工也無法裝配。作周向固定,但加工較困難(3)齒輪兩側(cè)都是軸環(huán)，無法安裝到位剛度-----保證工作精度確定軸的結(jié)構(gòu)尺寸、繪圖(2)軸與右端蓋之間不能接觸，應(yīng)有間隙，并有密封措施將軸上的分布載荷簡化為集中力，作用在輪轂寬度的中點；結(jié)構(gòu)分析題：指出下圖中軸系的結(jié)構(gòu)錯誤，并改正改進軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中剛度-----保證工作精度有配合要求的軸段注意配合零件的要求，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑；1．軸上零件的定位和固定方面軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整結(jié)構(gòu)分析題：指出下圖中軸系的結(jié)構(gòu)錯誤，并改正20軸肩的尺寸要求:r<C

或

r<RDdrRDdCr或h≈(0.07~0.1)dCDdrDdrRb（與滾動軸承相配合處的h和b值，見軸承標(biāo)準(zhǔn)）一般，定位軸肩：h(3~5）mm非定位軸肩：h(0.5~1)mm軸環(huán)寬度：b1.4hhh軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計21軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計2）套筒22特點結(jié)構(gòu)簡單,定位可靠,用于零件間距較小場合,軸轉(zhuǎn)速較高時不易選用軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計23特點結(jié)構(gòu)簡單,只能承受很小的軸向力軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計3）彈性擋圈24固定可靠,裝拆方便,可承受較大軸向力,但螺紋對軸削弱較大.4）圓螺母加止動墊片軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計255）雙圓螺母軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計26適用于軸向力很小,轉(zhuǎn)速很低或為防止零件偶然沿軸向滑動的場合,亦可用于周向固定6）緊定螺釘鎖緊擋圈軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計27軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計28適用于固定軸端零件特點7）軸端擋圈軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計29軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計30

能消除軸與輪轂間的徑向間隙,裝拆較方便,對中性好,可兼作周向固定,但加工較困難8）圓錐面軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計31鍵花鍵銷過盈聯(lián)接成型聯(lián)接（二）軸上零件的定位---周向定位軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計32特點裝拆方便，互換性好，但對軸強度有削弱軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1）鍵33特點精度要求較高，定心性好，拆裝方便，但制造需用專用設(shè)備和工具。2）花鍵軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計34圓柱銷圓錐銷只能傳遞較小扭矩,互換性好,拆裝方便,但對軸強度削弱較大.3）銷軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計35軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計36有配合要求的軸段注意配合零件的要求，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑；與標(biāo)準(zhǔn)件配合的軸段采用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值，例如：滾動軸承、聯(lián)軸器、密封裝置，應(yīng)滿足裝配尺寸要求。非標(biāo)準(zhǔn)軸段：定位軸肩h

(3~5)mm非定位軸肩h

(0.5~1)mm（三）各軸段直徑的確定軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計37便于裝拆軸上零件安裝時，所經(jīng)過軸上各段直徑應(yīng)小于安裝零件輪轂直徑，以便于裝拆。滾動軸承定位軸肩高度必須低于內(nèi)圈端面高度，以便于拆卸，具體尺寸由標(biāo)準(zhǔn)查出。38便于裝拆39主要根據(jù)：軸上零件的軸向尺寸相鄰零件之間的距離軸上零件的裝拆和軸向固定一般:輪轂長度L=(1.5~2)d轂比軸長2~3mm（四）各軸段長度的確定軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計Ld2~3mm40軸肩直徑較小的一邊需磨削或車削螺紋時，須留出砂輪越程槽、退刀槽；（五）軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計

軸端應(yīng)制出45o的倒角；砂輪越程槽退刀槽45

41

一根軸上的圓角盡可能統(tǒng)一，退刀槽、越程槽、倒角盡量取同樣尺寸；

不同軸段的鍵槽寛度盡可能一致，并布置在同一母線上；軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計

軸段的階梯數(shù)量要盡可能少。42Tmax=T1Tmax=T2T3T2T1T2T1T3合理不合理軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（六）提高軸的強度和剛度的措施1.合理布置傳動零件位置，以減小軸上載荷輸入T1輸出T2輸出T3輸入T1輸出T3輸出T243軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.改進軸上零件結(jié)構(gòu)，以減小軸上載荷QQ合理不合理44軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理不合理453.改進軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中軸結(jié)構(gòu)要盡量避免突然變化，增大過渡圓角半徑，可采用

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計r內(nèi)凹圓角隔離環(huán)46軸與輪轂為過盈配合時，配合邊緣會產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，為了減小應(yīng)力集中，可在軸或轂上開卸荷槽，或加大配合部分直徑。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計47盤銑刀比端銑刀加工的鍵槽在過渡處產(chǎn)生的應(yīng)力集中??；漸開線花鍵比矩形花鍵在齒根處的應(yīng)力集中小，設(shè)計時要適當(dāng)考慮。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計端銑刀盤銑刀4.改進軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強度表面強化處理，方法有：表面高頻淬火等熱處理；表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)熱處理；輾壓、噴丸等強化處理；合理減小軸的表面及圓角處的加工粗糙度值。48

軸的計算按扭轉(zhuǎn)強度條件計算傳動軸初估轉(zhuǎn)軸直徑----結(jié)構(gòu)設(shè)計----校核次要的轉(zhuǎn)軸估算，再降低許用應(yīng)力按彎扭合成強度計算安全系數(shù)法校核計算一、軸的強度校核計算二、軸的剛度校核計算49---設(shè)計公式1.按扭轉(zhuǎn)強度條件計算

軸的計算一、軸的強度校核計算軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為：為了計及鍵槽對軸的削弱，可按以下方式修正軸徑有一個鍵槽有兩個鍵槽軸徑d＞100mm軸徑增大3%軸徑增大7%軸徑d≤100mm軸徑增大5%～7%軸徑增大10%～15%查表15-350

作出軸的計算簡圖（即力學(xué)模型），求支承反力2.按彎扭合成強度條件計算

軸的計算軸的載荷簡化將軸上的分布載荷簡化為集中力，作用在輪轂寬度的中點；軸轂采用過盈配合時，由于軸的彈性變形，載荷分布要向軸的兩端集中；作用在軸上的扭矩從傳動件輪轂寬度中點算起；忽略軸上零件的自重及軸承中的摩擦力。51

軸的計算FFFlaa=(0.2~0.3)l將軸上的分布載荷簡化為集中力，作用在輪轂寬度的中點；軸轂采用過盈配合時，由于軸的彈性變形，載荷分布要向軸的兩端集中；52軸的支承簡化

軸的計算lee與軸承的寬徑比有關(guān)53軸的計算FtFaFtFrFH2FH1MHFrFaMV1BACDFV2MHFV1’FV1MV2M1M2MVTTFV1’FV1FH1FV2FH2M=水平面受力圖水平面彎矩圖垂直面受力圖垂直面彎矩圖合成彎矩圖扭矩圖TT

作出軸的計算簡圖

畫出垂直面受力圖及彎矩圖MV

畫出水平面受力圖及彎矩圖MH

畫出合成彎矩圖M

畫出扭矩圖T55

校核軸的強度

軸的計算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力靜應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力

≈0.3

≈0.６

=1a為考慮彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力循環(huán)特性不同時的折合系數(shù)。式中[σ-1]為對稱循環(huán)變應(yīng)力時軸的許用彎曲應(yīng)力（可查表15-1）；56

1變形量的描述：撓度y、轉(zhuǎn)角

、扭角

設(shè)計要求：

y

≤[y]

≤[

]

≤[

]

2lTTl

二、軸的剛度校核計算

軸的計算yFF’F”57y過大,則:齒輪軸：偏載，破壞齒輪嚙合機床主軸：加工誤差增大電機軸：改變轉(zhuǎn)子、定子間間隙，性能降低

過大，則：滾動軸承：內(nèi)外圈偏斜，壽命降低滑動軸承：邊緣接觸

過大，則：凸輪軸：改變內(nèi)燃機配氣時間過大變形對零件的影響

軸的計算58一、軸結(jié)構(gòu)設(shè)計問題專題

軸系結(jié)構(gòu)分析例題各段配合直徑直應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸(GB2822—81)，而與滾動軸承、聯(lián)軸器、油封等標(biāo)準(zhǔn)件配合的軸徑(如圖中軸的①②③⑦段)，應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)件的內(nèi)徑系列。59

軸系結(jié)構(gòu)分析例題注意兩種不同臺階的設(shè)計：一種臺階是定位用的(如圖中軸的①~②段、④~⑤段、⑥~⑦段)，這種臺階過低，定位作用差；過高，徑向尺寸和應(yīng)力集中增大，一般高度A＝(2~3)C或R(C、R分別為零件倒角和圓角半徑尺寸)。另一種臺階是為了裝配容易通過(如圖中軸的②~③、③~④)．這種臺階高度很小，一般在直徑方向上只差l~3mm即可。60

軸系結(jié)構(gòu)分析例題

與軸上零件(如齒輪)相配合的軸段長度L，要比軸上零件的寬度尺寸B短2~3mm(見圖）

軸的過渡圓角半徑r要比相配合的零件的倒角c或圓角半徑R小，這樣零件端面才能緊貼軸的臺肩，起到定位作用。

為制造方便，同一根軸上的圓角半徑、倒角尺寸、中心孔尺寸等應(yīng)盡量一致，幾個平鍵槽的對稱線均應(yīng)處于同一直線上。61

軸系結(jié)構(gòu)分析例題二、軸設(shè)計中常見錯誤

1．軸上零件的定位和固定方面3124需要軸向定位的零件沒有軸向定位措施．軸頭沒有比與之配合的輪轂短鍵的尺寸或位置不合理，超出了輪轂長度，使其他零件無法安裝到位軸頭處沒有鍵聯(lián)接（周向定位）62

軸系結(jié)構(gòu)分析例題

2．軸上零件裝拆方便方面3．加工工藝性方面一根軸上有兩處鍵聯(lián)接，而鍵槽不在軸的同一母線上1(I)軸肩高度或套簡厚度過大，超過軸承內(nèi)圈高度使軸承拆卸困難2(2)軸承處沒有工藝軸肩，使軸承裝拆路線過長，裝拆困難．3(3)軸頭處鍵的位置沒有靠近輪轂裝入端，使得輪轂裝入困難63

軸系結(jié)構(gòu)分析例題結(jié)構(gòu)分析題：指出下圖中軸系的結(jié)構(gòu)錯誤，并改正1234567(7)軸上有兩個鍵，但兩個鍵槽不在同一母線上．(6)因軸肩過高，兩個軸承拆卸困難(4)齒輪上的鍵槽沒打通，既無法加工也無法裝配。(3)齒輪兩側(cè)都是軸環(huán)，無法安裝到位(5)右軸承的右側(cè)軸上應(yīng)有工藝軸肩，軸承裝拆路線長(精加工面長)，裝拆困難(2)軸與右端蓋之間不能接觸，應(yīng)有間隙，并有密封措施(1)軸右端的帶輪不能通過套筒利用軸承端蓋軸向定位，轉(zhuǎn)動零件與固定零件不能接觸．64

軸系結(jié)構(gòu)分析例題場合,亦可用于周向固定不同軸段的鍵槽寛度盡可能一致，并布置在同一母線上；定位軸肩h(3~5)mm合理減小軸的表面及圓角處的加工粗糙度值。固定可靠,裝拆方便,可承受較大軸向力,但螺紋對軸削弱較大.與軸上零件(如齒輪)相配合的軸段長度L，要比軸上零件的寬度尺寸B短2~3mm(見圖）6）緊定螺釘鎖緊擋圈凸輪軸：改變內(nèi)燃機配氣時間凸輪軸：改變內(nèi)燃機配氣時間結(jié)構(gòu)分析題：指出下圖中軸系的結(jié)構(gòu)錯誤，并改正結(jié)構(gòu)上要有利于提高軸的強度、剛度，盡量減少應(yīng)力集中將軸上的分布載荷簡化為集中力，作用在輪轂寬度的中點；各段軸直徑和長度的確定次要的軸：Q235、Q255、Q275內(nèi)容：確定軸的外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸65

軸系結(jié)構(gòu)分析例題試分析下圖所示軸系結(jié)構(gòu)中的錯誤，并加以改進。圖中齒輪用油潤滑，軸承用脂潤滑。66

軸系結(jié)構(gòu)分析例題67一、軸的功用概述二、軸的分類按承載情況分轉(zhuǎn)軸支承傳動零件傳遞運動和力心軸固定心軸轉(zhuǎn)動心軸傳動軸按軸線形狀分直軸曲軸鋼絲軟軸（撓性軸）非定位軸肩h(0.（二）軸上零件的定位----軸向定位軸肩直徑較小的一邊需磨削或車削螺紋時，須留出砂輪越程槽、退刀槽；隙,裝拆較方便,對中性好,可兼(5)右軸承的右側(cè)軸上應(yīng)有工藝軸肩，軸承裝拆路線長(精加工面長)，裝拆困難一、軸結(jié)構(gòu)設(shè)計問題專題彎曲：對稱扭轉(zhuǎn)：脈動結(jié)構(gòu)分析題：指出下圖中軸系的結(jié)構(gòu)錯誤