第12讲-轴.ppt

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1、第第1212讲讲-轴轴本本 章章 要要 求求 明确轴的功用和分类明确轴的功用和分类 会根据工况条件正确选材及确定热处理方法会根据工况条件正确选材及确定热处理方法 会进行结构设计会进行结构设计 明确工作能力要求，会对其进行必要的计算明确工作能力要求，会对其进行必要的计算一功用一功用1 1 概概 述述支撑定位回转零件及传递运动和动力支撑定位回转零件及传递运动和动力二分类二分类1.1.按照轴线形状：按照轴线形状：直轴、曲轴、软轴直轴、曲轴、软轴二分类二分类2.2.按照承受载荷：按照承受载荷：心轴（受弯）转轴（受扭）传动轴（弯扭）心轴（受弯）转轴（受扭）传动轴（弯扭）1 1 概概 述述三工作能力指标三

2、工作能力指标1.1.足够的静强度足够的静强度2.2.足够的疲劳强度足够的疲劳强度3.3.足够的刚度足够的刚度4.4.振动稳定性振动稳定性 轴一般都具有细长结构，承受弯曲和扭转载荷，相当轴一般都具有细长结构，承受弯曲和扭转载荷，相当于转动的梁，是机器中的受力薄弱环节。工作中应满足：于转动的梁，是机器中的受力薄弱环节。工作中应满足：四材料及热处理四材料及热处理 要求具有良好的综合机械性能要求具有良好的综合机械性能1.1.常用中碳钢、中碳合金钢经调质或正火处理。常用中碳钢、中碳合金钢经调质或正火处理。2.2.存在局部摩擦的部位，可采用局部硬化方法。存在局部摩擦的部位，可采用局部硬化方法。3.3.毛坯

3、锻件优先、圆钢次之；尺寸较大或结构复杂毛坯锻件优先、圆钢次之；尺寸较大或结构复杂者可考虑铸钢、铸铁。者可考虑铸钢、铸铁。4.4.轴的常用材料及其机械性能见教材轴的常用材料及其机械性能见教材P226P226表表11.111.1注意：注意：钢材的种类和热处理对其弹性模量的影响很小，故钢材的种类和热处理对其弹性模量的影响很小，故采用合金钢或通过热处理来提高轴的刚度是无效的。采用合金钢或通过热处理来提高轴的刚度是无效的。五设计中要解决的问题五设计中要解决的问题 正确选择材料及热处理方法正确选择材料及热处理方法 结构设计结构设计 工作能力计算工作能力计算 完成零件工作图（放在课程设计中解决）完成零件工作

4、图（放在课程设计中解决）2 2 结构设计结构设计目的目的 使轴以及轴上所安装的零件处于正确的位置并牢靠地固定使轴以及轴上所安装的零件处于正确的位置并牢靠地固定原则原则 定位准确、固定可靠（轴上零件有位置要求）定位准确、固定可靠（轴上零件有位置要求）便于装拆便于装拆:一般为阶梯轴，中间粗，两端细，便于装配一般为阶梯轴，中间粗，两端细，便于装配 便于制造（加工工艺性）便于制造（加工工艺性）受力合理（工作能力）受力合理（工作能力）顺序顺序-轴系零件装拆方案轴系零件装拆方案-定位固定方法与结构定位固定方法与结构-确定轴的尺寸确定轴的尺寸一装拆的考虑一装拆的考虑考虑轴肩是否定位，装拆是否方便，从而确考虑

5、轴肩是否定位，装拆是否方便，从而确定各段轴径。定各段轴径。2 2 结构设计结构设计轴轴 系系装装 配配过过 程程1装轴承装轴承2套上端盖套上端盖3套上密封圈套上密封圈4套上密封圈压板套上密封圈压板5装键装键6将轴系置于机座上将轴系置于机座上7盖上机盖盖上机盖8拧上端盖螺钉拧上端盖螺钉9拧上密封圈压板螺钉拧上密封圈压板螺钉10装带轮、档圈和螺钉装带轮、档圈和螺钉11装刀具零件组装刀具零件组二定位和固定的考虑二定位和固定的考虑(教材P228有详细论述)2 2 结构设计结构设计 周向周向键联结、花键联结。键联结、花键联结。二定位和固定的考虑二定位和固定的考虑(教材P228有详细论述)轴向轴向轴肩、轴

6、套、圆螺母、挡圈、端盖等轴肩、轴套、圆螺母、挡圈、端盖等 双向固定；轴颈要稍短；轴肩处圆角和倒角。双向固定；轴颈要稍短；轴肩处圆角和倒角。2 2 结构设计结构设计二定位和固定的考虑二定位和固定的考虑(教材P228有详细论述)轴向轴向轴肩、轴套、圆螺母、挡圈、端盖等轴肩、轴套、圆螺母、挡圈、端盖等 双向固定；轴颈要稍短；轴肩处圆角和倒角。双向固定；轴颈要稍短；轴肩处圆角和倒角。2 2 结构设计结构设计二定位和固定的考虑二定位和固定的考虑(教材P228有详细论述)轴向轴向轴肩、轴套、圆螺母、挡圈、端盖等轴肩、轴套、圆螺母、挡圈、端盖等 双向固定；轴颈要稍短；轴肩处圆角和倒角。双向固定；轴颈要稍短；

7、轴肩处圆角和倒角。2 2 结构设计结构设计三制造工艺性考虑三制造工艺性考虑 必要的工艺结构：退刀槽、越程槽、圆角、倒角、装配压紧缝必要的工艺结构：退刀槽、越程槽、圆角、倒角、装配压紧缝2 2 结构设计结构设计 键槽划一键槽划一 （提高加工功效）（提高加工功效）四提高强度的考虑四提高强度的考虑 减小应力集中减小应力集中 圆角过渡、卸载圆角过渡、卸载2 2 结构设计结构设计四提高强度的考虑四提高强度的考虑 载荷分布合理载荷分布合理2 2 结构设计结构设计四提高强度的考虑四提高强度的考虑 载荷分布合理载荷分布合理2 2 结构设计结构设计四提高强度的考虑四提高强度的考虑 载荷分布合理载荷分布合理2 2

8、 结构设计结构设计2 2 结构设计结构设计五五.注意几个具体问题注意几个具体问题1.1.各各段段配配合合直直径径d d应应符符合合标标准准尺尺寸寸(GB282281)(GB282281)，而而与与滚滚动动轴轴承承、联联轴轴器器、油油封封等等标标准准件件配配合合的的轴轴径径(如如图图中中轴轴的的、段段)，应应符符合合标标准准件件的的内径系列。内径系列。2.2.注意两种不同台阶的设计：一种台阶是定位用的注意两种不同台阶的设计：一种台阶是定位用的(如图中如图中轴的轴的段、段、段、段、段段)，这种台阶过低，定位，这种台阶过低，定位作用差；过高，径向尺寸和应力集中增大，一般高度作用差；过高，径向尺寸和应

9、力集中增大，一般高度h h(2(23)C3)C或或R(CR(C、R R分别为零件倒角和圆角半径尺寸分别为零件倒角和圆角半径尺寸)。另一种台阶。另一种台阶是为了装配容易通过是为了装配容易通过(如图中轴的如图中轴的 、段段)，这，这种台阶高度很小，一般在直径方向上只差种台阶高度很小，一般在直径方向上只差1 13mm3mm即可。即可。3 3 与轴上零件与轴上零件(如齿轮如齿轮)相配合的轴段长度相配合的轴段长度l，要比轴上零件的，要比轴上零件的宽度尺寸宽度尺寸B B短短2 23mm3mm，这样才能把轴上零件固定住。，这样才能把轴上零件固定住。(4)(4)轴的过渡圆角半径轴的过渡圆角半径r r要比相配要

10、比相配合的零件的倒角合的零件的倒角C C或圆角半径或圆角半径R R小，小，这样零件端面才能紧贴轴的台肩，这样零件端面才能紧贴轴的台肩，起到定位作用。起到定位作用。5 5为制造方便，同一根轴上的圆角半径、倒角尺寸、中心孔尺为制造方便，同一根轴上的圆角半径、倒角尺寸、中心孔尺寸等应尽量一致，几个平键槽的对称线均应处于同一直线上寸等应尽量一致，几个平键槽的对称线均应处于同一直线上,便于加工。便于加工。6 6 轴上应尽量避免开横孔，若无法避轴上应尽量避免开横孔，若无法避免时应将孔端倒角，或用滚珠辗压棱免时应将孔端倒角，或用滚珠辗压棱边，并要尽量提高孔的表面粗糙度等边，并要尽量提高孔的表面粗糙度等级级(

11、见图见图)。2.2.轴上零件未定位和固定：轴上零件未定位和固定：1.1.转动件与静止件接触：转动件与静止件接触：结构改错结构改错 图所示为一用滚动轴承支图所示为一用滚动轴承支承的齿轮轴轴系结构图，承的齿轮轴轴系结构图，现要求分析图上的错误结现要求分析图上的错误结构并改正之。轴承采用油构并改正之。轴承采用油脂润滑，齿轮用油润滑。脂润滑，齿轮用油润滑。解解:此轴系有以下四方面的此轴系有以下四方面的 错误结构：错误结构：如轴承端盖与轴如轴承端盖与轴 图中标号为图中标号为1 1、1414处处、套筒与轴承外圈、套筒与轴承外圈22处处 相接触相接触 如套筒顶不住齿轮如套筒顶不住齿轮 图中标号为图中标号为3

12、 3处处；联轴器未定位；联轴器未定位44处处；联轴器周向及轴向未固定联轴器周向及轴向未固定 图中标号为图中标号为5 5、4 4处处；卡圈无用；卡圈无用66处处；结构改错结构改错 图所示为一用滚动轴承支图所示为一用滚动轴承支承的齿轮轴轴系结构图，承的齿轮轴轴系结构图，现要求分析图上的错误结现要求分析图上的错误结构并改正之。轴承采用油构并改正之。轴承采用油脂润滑，齿轮用油润滑。脂润滑，齿轮用油润滑。解解:此轴系有以下四方面的此轴系有以下四方面的 错误结构：错误结构：3.3.工艺不合理工艺不合理 调整调整:如无垫片，无法调整轴承游隙如无垫片，无法调整轴承游隙 图中标号为图中标号为9 9、1212处处

13、；安装安装:如轴肩过高，无法拆卸轴承如轴肩过高，无法拆卸轴承 图中标号为图中标号为1010、1313处处；键过长，套筒无法装入键过长，套筒无法装入1111处处；加工加工:如精加工面过长且装拆轴承不便如精加工面过长且装拆轴承不便 图中标号为图中标号为7 7处处；联轴器未打通联轴器未打通88处处；箱体端面加工面和非加工面；箱体端面加工面和非加工面 没分开没分开99、1212处处；结构改错结构改错 图所示为一用滚动轴承支图所示为一用滚动轴承支承的齿轮轴轴系结构图，承的齿轮轴轴系结构图，现要求分析图上的错误结现要求分析图上的错误结构并改正之。轴承采用油构并改正之。轴承采用油脂润滑，齿轮用油润滑。脂润滑

14、，齿轮用油润滑。解解:此轴系有以下四方面的此轴系有以下四方面的 错误结构：错误结构：4.4.润滑与密封的问题润滑与密封的问题:齿轮油润滑、轴承脂润滑无档油圈；外伸轴端无密封设施齿轮油润滑、轴承脂润滑无档油圈；外伸轴端无密封设施 图上标号为图上标号为1 1、1414处处 等。等。结束此轴系结构错误从四个方面考虑：此轴系结构错误从四个方面考虑：1.1.转动件与静止件干涉；转动件与静止件干涉；2.2.轴上零件的定位和固定；轴上零件的定位和固定；3.3.工艺不合理：加工、安装、调整工艺不合理：加工、安装、调整 4.4.润滑与密封的问题；润滑与密封的问题；试分析图所示试分析图所示齿轮轴系结构齿轮轴系结构

15、的错误的错误,并改正。并改正。图中轴承用脂图中轴承用脂润滑润滑,齿齿轮用油润滑。轮用油润滑。1.轴上零件的固定与定位方面轴上零件的固定与定位方面：联轴器轴向未定位，周向未固定；联轴器轴向未定位，周向未固定；齿轮周向未固定；齿轮周向未固定；套筒对齿轮的轴向固定不可靠。套筒对齿轮的轴向固定不可靠。2.转动件与静止件的关系方面转动件与静止件的关系方面：联轴器与轴承盖接触联轴器与轴承盖接触；轴与轴承透盖接触轴与轴承透盖接触。试分析图所示齿轮轴系结构的错误,并改正。图中轴承用脂润滑,齿轮用油润滑。该齿轮轴系结构存在以下几方面错误：3.零件的结构工艺性方面零件的结构工艺性方面：箱体两端面与轴承盖接触处无凸

16、台，箱体两端面与轴承盖接触处无凸台，使端面加工面积过大；使端面加工面积过大；轴承盖外端面加工面积过大轴承盖外端面加工面积过大；轴的两端均伸出过长，增加了加工和装配长度。轴的两端均伸出过长，增加了加工和装配长度。试分析图所示齿轮轴系结构的错误,并改正。图中轴承用脂润滑,齿轮用油润滑。该齿轮轴系结构存在以下几方面错误：4.装拆与调整方面装拆与调整方面 轴上还缺台阶，轴承装配不方便；轴上还缺台阶，轴承装配不方便；套筒过高，轴承无法拆卸；套筒过高，轴承无法拆卸；箱体两端面与轴承盖间缺少调整垫片，箱体两端面与轴承盖间缺少调整垫片，无法调整轴承间隙。无法调整轴承间隙。试分析图所示试分析图所示齿轮轴系结构齿

17、轮轴系结构的错误的错误,并改正。并改正。图中轴承用脂图中轴承用脂润滑润滑,齿齿轮用油润滑。轮用油润滑。该齿轮轴系结构存在以下几方面错误：5.润滑与密封方面：润滑与密封方面：轴与轴承透盖间缺密封措施；轴与轴承透盖间缺密封措施；缺挡油环。缺挡油环。结构改正前后的比较：结构改正前后的比较：3 3 轴的强度计算轴的强度计算 进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法。况，采取相应的计算方法。强度计算有三种方法：强度计算有三种方法：一一.按扭转强度条件计算按扭转强度条件计算二二.按弯扭合成强度条件计算按弯扭合成强度条件计算三

18、三.按疲劳强度条件计算（又称安全系数校核计算按疲劳强度条件计算（又称安全系数校核计算)。用于重要的轴进行校核强度用。用于重要的轴进行校核强度用。适用于：适用于：A.传动轴和不重要轴；传动轴和不重要轴；B.估算轴径；估算轴径；适用于一般轴的计算适用于一般轴的计算轴轴的的三三种种强强度度计计算算方方法法及及特特点点4 4 轴的刚度计算与振动计算轴的刚度计算与振动计算 必要时才进行轴的刚度计算和振动计算一.一.轴的刚度计算轴的刚度计算二二.轴的振动计算轴的振动计算轴的设计步骤轴的设计步骤 1 先估算出轴径；先估算出轴径；2 进行轴的初步结构设计进行轴的初步结构设计 3 进行轴的强度、刚度校核计算；进

19、行轴的强度、刚度校核计算；画受力图、计算支座反力、扭矩图、弯矩图、校核强画受力图、计算支座反力、扭矩图、弯矩图、校核强 度和刚度。度和刚度。4 最后细化轴的结构；最后细化轴的结构；转速较高的轴，需校核其振动稳定性。转速较高的轴，需校核其振动稳定性。轴的设计过程应遵循结构设计与强度校核计算交替进行，轴的设计过程应遵循结构设计与强度校核计算交替进行，逐步完善的。逐步完善的。轴系设计例题轴系设计例题轴轴设设计计流流程程图图返返 回回转轴：既受转轴：既受M M，又受，又受T T只受只受T T，不受，不受M(M(或或M M很小很小)心轴：只受心轴：只受M M，不受，不受 T T受变应力受变应力受静应力受

20、静应力支承支承受弯矩受弯矩M M作用作用 传递运动和动力传递运动和动力受扭矩受扭矩T T作用作用 轴上零件的周向固定及定位轴上零件的周向固定及定位 轴上零件的轴向定位及固定轴上零件的轴向定位及固定返返 回回砂轮越程槽砂轮越程槽螺纹退刀槽螺纹退刀槽轴肩圆角轴肩圆角 轴上零件的合理布置，目的是减小轴的轴上零件的合理布置，目的是减小轴的M和和J，提高轴的强，提高轴的强度和减轻重量。度和减轻重量。避免轴受弯矩过大，避免轴受弯矩过大，该结构轴为传动轴，该结构轴为传动轴，只受只受T，而，而M由机座由机座承受。承受。返返 回回 轴的应力不仅取决于轴所承受的载荷，而且也与轴的应力不仅取决于轴所承受的载荷，而且

21、也与轴的工作条件和运转情况有关，因工作条件和运转情轴的工作条件和运转情况有关，因工作条件和运转情况的不同也会使轴的应力状态发生变化：况的不同也会使轴的应力状态发生变化：类型类型运转情况运转情况应应 力力 状状 态态转轴转轴单向转动单向转动对称循环弯曲应力和脉动循环扭转剪应力对称循环弯曲应力和脉动循环扭转剪应力双向转动双向转动对称循环弯曲应力和对称循环扭转剪应力对称循环弯曲应力和对称循环扭转剪应力心轴心轴固定心轴固定心轴弯曲应力为静应力或脉动循环应力弯曲应力为静应力或脉动循环应力转动心轴转动心轴对称循环弯曲应力对称循环弯曲应力传动传动轴轴单向转动单向转动脉动循环扭转剪应力脉动循环扭转剪应力双向转

22、动双向转动对称循环扭转剪应力对称循环扭转剪应力 进进行行轴轴的的结结构构设设计计时时，要要注注意意几几个个具具体体问问题题：(以以单单级级斜斜齿圆柱齿轮减速器输出轴为例齿圆柱齿轮减速器输出轴为例)1.1.各各段段配配合合直直径径d d应应符符合合标标准准尺尺寸寸(GB282281)(GB282281)，而而与与滚滚动动轴轴承承、联联轴轴器器、油油封封等等标标准准件件配配合合的的轴轴径径(如如图图中中轴轴的的、段段)，应应符符合合标标准准件件的的内内径径系列。系列。2.2.注意两种不同台阶的设计：一种台阶是定位用的注意两种不同台阶的设计：一种台阶是定位用的(如图中轴如图中轴的的段、段、段、段、段

23、段)，这种台阶过低，定位作，这种台阶过低，定位作用差；过高，径向尺寸和应力集中增大，一般高度用差；过高，径向尺寸和应力集中增大，一般高度h h(2(23)C3)C或或R(CR(C、R R分别为零件倒角和圆角半径尺寸分别为零件倒角和圆角半径尺寸)。另一种台阶是为。另一种台阶是为了装配容易通过了装配容易通过(如图中轴的如图中轴的 、段段)，这种台，这种台阶高度很小，一般在直径方向上只差阶高度很小，一般在直径方向上只差1 13mm3mm即可。即可。3 3 与轴上零件与轴上零件(如齿轮如齿轮)相配合的轴段长度相配合的轴段长度l，要比轴上零件的，要比轴上零件的宽度尺寸宽度尺寸B B短短2 23mm3mm

24、，这样才能把轴上零件固定住。，这样才能把轴上零件固定住。(4)(4)轴的过渡圆角半径轴的过渡圆角半径r r要比相配要比相配合的零件的倒角合的零件的倒角C C或圆角半径或圆角半径R R小，小，这样零件端面才能紧贴轴的台肩，这样零件端面才能紧贴轴的台肩，起到定位作用。起到定位作用。5 5为制造方便，同一根轴上的圆角半径、倒角尺寸、中心孔尺为制造方便，同一根轴上的圆角半径、倒角尺寸、中心孔尺寸等应尽量一致，几个平键槽的对称线均应处于同一直线上寸等应尽量一致，几个平键槽的对称线均应处于同一直线上,便于加工。便于加工。6 6 轴上应尽量避免开横孔，若无法避轴上应尽量避免开横孔，若无法避免时应将孔端倒角，或用滚珠辗压棱免时应将孔端倒角，或用滚珠辗压棱边，并要尽量提高孔的表面粗糙度等边，并要尽量提高孔的表面粗糙度等级级(见图见图)。返回返回结束结束