(1.10)--08章 轴机械传动系统设计与实践.pdf

轴导学 导导 学学 导导 学学p 轴的功用和分类p 轴上零件的定位p 轴的结构设计及计算导导 学学 导导 学学讲课目录CONTENTS 轴轴的概述轴的结构设计轴的计算工程应用案例1.学习目标p 轴的功用、分类p 轴的材料p 轴的设计准则、轴的结构设计p 轴的计算导导 学学 导导 学学2.重 点p 轴的分类p 轴上零件的定位p 轴的结构设计导导 学学凸轮调节圆锥齿轮周转轮系输出轴转速机构 导导 学学3.难 点p 根据轴的受载类型进行轴的分类p 根据轴上零件进行轴的结构设计导导 学学 导导 学学 导导 学学4.实践与实训p 根据轴上零件完成轴的结构设计p 单级减速器轴的测绘导导 学学轴轴概述轴的功用及类型支承旋转零件（齿轮、带轮、链轮、联轴器等），传递运动或动力按照轴线形状不同可以分为：直轴、曲轴、挠性钢丝轴。轴的功用及类型挠性钢丝轴曲轴直轴挠性轴可将旋转运动灵活地传到所需要的位置，常用于振捣器等设备。曲轴常用于往复式机械(如内燃机、空气压缩机等)。轴的功用及类型直轴按照承受载荷不同可以分为：转轴、心轴、传动轴。转轴：机器中最常见的轴。工作时既承受弯矩又传递转矩。转转轴轴轮轮齿齿上上的的作作用用力力在在轴轴上上引引起起弯弯矩矩和和扭扭矩矩轴的功用及类型心轴：用来支承转动零件，只承受弯矩而不传递转矩。按轴转动与否，又可分为转动心轴和固定心轴。M轴的功用及类型传动轴:传递转矩而不承受弯矩，或弯矩很小。变速箱后桥传动轴汽车中连接变速箱与后桥之间的轴轴的功用及类型直轴按照结构形状不同可以分为：光轴和阶梯轴（剖面直径有变化）光轴阶梯轴轴的功用及类型案例分析如图所示的升降机12341传动轴：T2转轴：T+M3转轴：T+M4心轴：MMotor 思考该案例中轴4上的卷筒与齿轮不采用螺栓连接为一体，而是卷筒在轴上也单独固定，按照承受载荷的不同，请思考轴4属于哪种类型。轴的材料轴的常用材料主要是碳素钢和合金钢。轴的毛坯一般多为轧制圆钢和锻件。碳素钢常用30、40、45号钢价价格格便便宜宜，对对应应力力集集中中敏敏感感性性小小，为为了了保保证证机机械械性性能能，应应进进行行调调质质或或正正火火处处理理。合金钢 铸 铁40Cr、40CrNi、20Cr、20Cr2Ni4A、38SiMnMo 易易做做成成复复杂杂的的外外形形，价价廉廉，具具有有良良好好的的吸吸振振性性和和耐耐磨磨性性，对对应应力力集集中中敏敏感感性性较较低低，但但铸铸造造品品质质难难控控制制，可可靠靠性性较较差差 QT6003、QT8002球墨铸铁或合金铸铁具具有有较较高高的的机机械械强强度度，较较好好的的热热处处理理性性能能，成成本本高高，因因此此，一一般般用用于于特特殊殊要要求求的的轴轴（重重载载、高高温温、高高速速等等）但但对对应应力力集集中中敏敏感感，设设计计时时需需从从结结构构上上避避免免或或减减小小应应力力集集中中。轴轴的结构设计（一）轴的设计步骤轴的设计包括以下三方面的内容：材料选择轴的结构设计工作能力验算轴上零件要方便装拆、调整轴和轴上零件有准确的工作位置，且牢固可靠轴具有良好的制造工艺性改善轴的受力状态，尽量减少应力集中轴的结构设计（2）拟定轴上零件的装配方案（1）确定轴的基本形式光轴结构简单，易于加工，但是轴上零件比较多的结构，零件安装后容易滑动不好定位，其用途相对单一阶梯轴，其直径从轴端逐渐向中间增加，更便于轴上零件的装拆，因此，我们常将轴设计成阶梯轴确定出轴上零件的装配方向、顺序和相互关系。1.轴上零件要方便装拆、调整 轴的结构设计 如图所示的装配方案：键、齿轮、套筒、滚动轴承、轴承端盖、键、联轴器，依次从轴的右端向左安装，左端装有滚动轴承及其轴承端盖。轴头：轴上安装旋转零件的轴段和 我们通常称为轴端。轴颈：轴上安装轴承的轴段、轴身：键键键键毛毛毡毡密密封封轴轴环环1.轴上零件要方便装拆、调整 为使零件易于安装，轴端应有倒角。45 轴的结构设计2.轴上零件的定位和固定轴与轴上零件要有准确的工作位置零件在轴上的位置牢固可靠定位固定轴向定位固定不能有周向摆动不能有轴向窜动周向定位固定定位固定从结构作用上，往往同一个结构，既起定位作用，又起固定作用。轴的结构设计2.轴上零件的定位和固定 轴上零件的轴向定位和固定轴向定位和固定轴肩和轴环轴轴环环轴轴肩肩阶阶梯梯轴轴上上截截面面变变化化处处叫叫轴轴肩肩轴轴肩肩轴轴肩肩套筒圆螺母或圆螺母+止动垫片弹性挡圈轴端挡圈+螺钉紧定螺钉轴轴端端挡挡圈圈+螺螺钉钉套套筒筒轴的结构设计2.轴上零件的定位和固定为保证零件端面能靠紧定位面1）轴肩圆角半径r 必须小于零件毂孔的圆角半径R或倒角高度C1;2）轴肩高度h 应大于零件毂孔的圆角半径R 或倒角高度C1;hDdbrRrhDdC1轴轴肩肩 轴上零件的轴向定位和固定轴肩和轴环错误 3）为了有足够的强度来承受轴向力，通常取h=(0.07d+3)(0.1d+5)mm。轴环宽度b1.4h。非定位轴肩:h(12)mm。轴的结构设计2.轴上零件的定位和固定 轴上零件的轴向定位和固定轴肩和轴环为能拆卸轴承，应使h。h轴肩优点：结构简单，定位可靠，可承受较大轴向力。轴的结构设计2.轴上零件的定位和固定 轴上零件的轴向定位和固定套筒特点：结构简单,定位可靠,用于零件间距较小场合。轴的结构设计2.轴上零件的定位和固定 轴上零件的轴向定位和固定圆螺母双圆螺母固定 圆螺母+止动垫圈固定 固定可靠,装拆方便,可承受较大轴向力,但螺纹对轴削弱较大.应用：无法采用套筒或套筒太长时。轴的结构设计2.轴上零件的定位和固定 轴上零件的轴向定位和固定轴端挡圈当零件位于轴端时，可用轴端挡圈与轴肩使零件双向固定。挡圈用螺钉紧固在轴端。但需在轴端加工螺纹孔。轴的结构设计2.轴上零件的定位和固定 轴上零件的轴向定位和固定当用套筒、圆螺母、轴端挡圈进行零件的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，要求l轴100mm的轴,有单键槽时,轴径增大3%;有双键槽时,轴径增大7%；直径d100mm的轴,有单键槽时,轴径增大5%7%；有双键槽时,轴径增大10%15%。轴的结构设计5.各轴段直径和长度的确定与标准件配合的轴段，应尽量采用标准直径考虑轴上零件的定位和装拆要求，确定各轴段的径向尺寸从轴端由外向内确定dmin转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙，轴与轴承端盖透盖间要有间隙。(2)各轴段直径的确定各轴段长度与其上相配合零件的宽度相对应,与齿轮、联轴器等零件相配合的轴段长度一般应比轮毂长度短23mm。转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。由内向外确定各段长度。轴的结构设计5.各轴段直径和长度的确定(3)各轴段长度的确定轴轴的强度计算轴的强度计算工作能力验算1.根据轴的受力进行相应的强度校核2.静强度计算3.刚度验算4.振动稳定性计算扭转强度、弯曲强扭转强度、弯曲强度、弯扭复合强度。度、弯扭复合强度。短期过载较大，最大瞬时载荷短期过载较大，最大瞬时载荷临界转速临界转速跨距较大轴跨距较大轴（机床主轴、蜗杆轴等）（机床主轴、蜗杆轴等）轴的工作能力主要取决于强度和刚度，高速轴还要校核振动稳定性轴的强度计算根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法。心轴：只受弯矩按弯曲强度计算心轴、传动轴、转轴传动轴：只受转矩按扭转强度计算转轴：弯矩转矩按弯扭合成强度计算轴的强度计算1.按弯曲强度计算拉压A 受力分析：由MbbbMW 33/320.1MMdd 实心圆轴：W抗弯截面系数注意：弯曲应力的变化性质 对称循环时 取-1为许用应力 脉动循环时 取0为许用应力 静应力时 取为许用应力轴的强度计算1.按弯曲强度计算 转动心轴 弯曲应力性质对称循环滑轮受力方向不变 固定心轴 弯曲应力性质脉动循环滑轮受力方向不变63T9.55 10 0.2PTnWd 633309.55 100.2PPdAnn轴的强度计算2.按扭转强度计算用于：只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算 一般转轴在结构设计时按扭矩初估轴的直径dmin强度条件：扭转切应力，MPa T 轴所受的扭矩，Nmm WT 轴的抗扭截面系数，mm3 n 轴的转速，r/min P 轴传递的功率，kW d 计算截面处轴的直径，mm设计公式：轴的强度计算3.按弯扭合成强度计算 通过结构设计，轴的主要结构尺寸、轴上零件的位置、外载荷及支反力的作用位置等均已确定，这时可按弯扭合成强度进行强度校核或计算轴径与结构设计初步估算的轴径比较大小。用第三强度理论求出危险截面的计算应力ca。强度条件：22ca4 将复杂应力状态下的应力、折合成简单应力状态下的当量弯曲应力ca，再与许用弯曲应力比较。22eMTM当量弯矩：轴的强度计算22cab43.按弯扭合成强度计算3T0.22TTTWdW 一般转轴的b为对称循环变应力，而的循环特性与b不一定相同。为此，对转矩T乘以折合系数。b33/320.1MMdd22cab4()轴的强度计算3.按弯扭合成强度计算轴的弯扭合成强度条件为：2222eca1()()4()2MTMMTWWWW弯曲应力通常为对称循环扭转切应力往往不是对称循环引入折合系数修正强度理论扭转切应力静应力脉动循环变应力对称循环变应力弯曲应力为对称循环变应力 0.3 0.=1轴的强度计算22ca13()0.1MTde31b0.1Md校核公式：设计公式:3.按弯扭合成强度计算轴的强度计算3.按弯扭合成强度计算轴的计算简图力的简化常将轴上的分布载荷简化为作用在轮毂宽度的中点的集中力,图a所示；FF（a）Flaa=(0.20.3)l2F2F（b）轴毂采用过盈配合时，由于轴的弹性变形，载荷分布要向轴的两端集中,图b所示。轴的强度计算3.按弯扭合成强度计算轴的计算简图支承的简化计算中通常可以把轴当做置于铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关。径向接触轴承l3l并列径向接触轴承a角接触向心轴承eBd滑动轴承