资源预览内容
第1页 / 共70页
第2页 / 共70页
第3页 / 共70页
第4页 / 共70页
第5页 / 共70页
第6页 / 共70页
第7页 / 共70页
第8页 / 共70页
第9页 / 共70页
第10页 / 共70页
亲,该文档总共70页,到这儿已超出免费预览范围,如果喜欢就下载吧!
资源描述
第十五章 轴,第一节 轴的功用和分类,第二节 轴的设计,第一节 轴的功用和分类,功用:支承旋转的零件及传递运动和动力。,按承受载荷分,分类:,一、轴的功用和分类,-既承受弯矩又传递扭矩。,按承受载荷分,功用:支承旋转的零件及传递运动和动力。,分类:,-既承受弯矩又传递扭矩,-只受扭矩不承受弯矩(或弯矩很小),一、轴的功用和分类,传动轴: 主要用于传递转矩而不承受弯矩,或所受弯矩很小的轴,例如:汽车中联接变速箱与后桥之间的轴,转轴-既承受弯矩又传递扭矩,按承受载荷分:,传动轴-只传递扭矩,心轴-只承受弯矩而不承受扭矩,固定心轴,火车轮轴,心轴: 用来支承转动零件,只承受弯矩而不传递转矩。,例:自行车的前轮轴,转轴-传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分有,分类:,传动轴-只传递扭矩,按轴线形状分有,一般情况下,直轴做成实心轴,需要减重时做成空心轴,心轴-只承受弯矩而不承受扭矩,一、轴的功用和分类,转轴-既承受弯矩又传递扭矩,按承受载荷分有:,分类:,按轴线形状分有:,传动轴-只传递扭矩,直轴,光轴,阶梯轴,曲轴,心轴-只承受弯矩而不承受扭矩,一、轴的功用和分类,按轴线形状分有:,直轴,曲轴,挠性钢丝轴,按承受载荷分有:,分类:,一、轴的功用和分类,试分析图示巻扬机中各轴所受的载荷,并由此判断各轴的类型。,举例:,P,轴的设计过程:,选择材料,第二节 轴的设计,一、轴的材料和热处理,-最常用45钢。,-多用于有特殊要求的轴。常用40Cr。,轴的常用材料及其主要力学性能见 表151 。,第二节 轴的设计,必须指出:,钢的种类和热处理对其弹性模量E的影响甚小,因此,如欲采用合金钢或通过热处理来提高轴的刚度并无实效。,提高轴的刚度的方法 增大轴的截面面积。,第二节 轴的设计,1. 按扭转强度条件计算,轴的扭转强度条件为:,轴的直径:,式中: T 及 A0 - 查表15-3,-(15-1),-(15-2),二、初步计算轴的直径,轴的直径:,注意:该直径只能作为承受扭矩作用的轴段的 最小直径 dmin!,轴径圆整为标准直径。,(一般是作为轴的外伸端轴头的直径),轴的结构设计,三、轴的结构设计,轴的结构设计具有较大的灵活性和多样性。,轴没有标准的结构形式。设计时必须针对轴的具体情况作具体分析。,定出轴的合理外形和全部的结构尺寸。,2. 轴上零件应便于装拆和调整;,1. 轴和轴上零件要有准确的工作位置;(定位),3. 轴应具有良好的制造工艺性。(即轴应便于加工),轴的结构应满足的基本要求:,图15-8 轴上零件装配与轴的结构示例,三、轴的结构设计,结构设计时,已知的条件有:,轴的装配简图;,轴的转速 n (rpm);,轴传递的功率 P (KW );,传动零件的主要参数和尺寸,设计时可根据装配简图来确定轴上主要零件之间的相互位置关系。,(一) 轴上零件的定位和固定,轴上零件的定位,三、轴的结构设计,1. 轴上零件的轴向定位和固定,轴肩,定位方法:轴肩、套筒、圆螺母、挡圈、轴承端盖。,轴环宽度:b 1.4 h,三、轴的结构设计,结构不合理!,为了便于拆卸,滚动轴承的定位轴肩高度不能超过轴承内圈端面的高度。,特别注意:,轴肩的高度可查手册中轴承的安装尺寸。,三、轴的结构设计,轴和零件上的倒角和圆角尺寸的常用范围见 表15-2,套筒定位结构简单,定位可靠。一般用于轴上两个零件之间的定位,三、轴的结构设计,当两个零件间距离较大时,可采用圆螺母定位。,可承受大的轴向力,但螺纹处有较大的应力集中,会降低轴的疲劳强度,故一般用于固定轴端的零件。,特点:,一般情况下,整个轴的轴向定位也常利用轴承端盖来实现。,轴向力较小时,可采弹性挡圈、紧定螺钉及锁紧挡圈来实现。,轴端的零件常采用轴端挡圈或圆锥面定位。,轴端挡圈,2. 轴上零件的周向固定,目的-限制轴上零件与轴发生相对转动。,周向定位大多采用键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等形式来实现。,三、轴的结构设计,(二) 轴上零件的装配和拆卸,装配方案:轴上零件的装配方向、顺序和相互关系。,三、轴的结构设计,轴上零件的装配方案不同,则轴的结构形状也不相同。,图示减速器输出轴就有两种装配方案。,二级圆锥圆柱齿轮减速器,方案二多了一个用于轴向定位的长套筒,使机器的零件增多,重量增大。故不如方案一合理 。,(三)确定轴的各轴段长度,说明:,轴段直径大小取决于作用在轴上的载荷大小;,三、轴的结构设计,三、轴的结构设计,为使零件的装配方便,减少配合表面的擦伤:,1) 相配合轴段的压入端应制成锥度(图1示),2) 配合段前后采用不同的尺寸公差(图2示),在配合轴段前应采用较小的直径;,为使与轴作过盈配合的零件易于装配:,(四)轴的加工工艺结构,-指轴的结构形式应便于加工和装配轴上的零件,且生产率高,成本低。,在满足使用要求的前提下,轴的结构形式应尽量简化。,一般说,轴的结构越简单,工艺性越好。,三、轴的结构设计,为便于轴上零件的装拆,一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。,装零件的轴端应有倒角 ,,需要磨削的轴端有砂轮越程槽 。,车螺纹的轴端应有退刀槽 ,, 为了加工方便,同一轴上不同轴段的键槽应布置在 轴的同一母线上。,键槽应布置在轴的同一母线上, 为减少刀具种类和提高劳动力生产力:,轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺寸。,(四)轴的加工工艺结构,(五)改善轴的受力情况,Tmax= T1+T2,Tmax = T1,当扭矩由一个传动件输入而由几个传动件输出时,为了减小轴上的载荷,应将输入轮布置在中间。,合理,不合理,1. 合理布置轴上零件以减少轴的载荷,为减少轴所受的弯矩:,传动件应尽量靠近轴承,,尽量不采用悬臂的支承形式,,尽量缩短支承跨距及悬臂长度。,2. 改进轴上零件的结构以减小轴的载荷,A图中大齿轮和卷筒联成一体,转矩经大齿轮直接传递给卷筒,故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩。图b中轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷相同时,图a结构轴的直径要小。,轴径大,轴径小,三、轴的结构设计,3. 改进轴的结构以减小应力集中的影响,合金钢对应力集中比较敏感,应加以注意。,措施: 1) 用圆角过渡;,2) 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽;,3)为增大轴肩处的圆角半径,可采用内凹圆角或 过渡肩环。,三、轴的结构设计,轮毂上开卸载槽 应力集中系数可减少1525%,4)在轮毂上或轴上开卸载槽或加大配合部分的直径 可以减小过盈配合处的局部应力;,5 ) 用盘铣刀加工的键槽比键槽铣刀产生的应力集中小;,6 ) 尽可能避免在轴上受载较大的区段切制螺纹。,4.改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度,1)表面愈粗糙 疲劳强度愈低;减小表面粗糙度;,轴的表面粗糙度和强化处理方法会对轴的疲劳强度产生影响,通过碾压、喷丸等强化处理时可使轴的表面产生预压应力,从而提高轴的抗疲劳能力。,三、轴的结构设计,四、轴的强度校核,通常是在初步完成结构设计后进行校核计算,计算准则是满足轴的强度或刚度要求,必要时还应校核轴的振动稳定性。,(一)轴的合成弯矩和扭矩,传动轴-按扭转强度条件计算,转 轴-按弯扭合成强度条件计算,心 轴-按弯曲强度条件计算,减速器中齿轮轴的受力为典型的弯扭合成。,在完成单级减速器草图设计后,外载荷与支撑反力的位置即可确定,从而可进行受力分析。,1. 按弯扭合成强度条件计算,步骤如下:,1) 作出轴的计算简图, 轴的支承简化,通常把轴当作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。,可按教材中图1523来确定。,1) 作出轴的计算简图, 轴的支承简化, 轴的载荷简化,分布载荷简化为集中力,其作用点取在载荷分布段的中点。,作用在轴上的扭矩,从传动件轮毂宽度的中点算起。,1. 按弯扭合成强度条件计算,1) 作出轴的计算简图, 轴的支承简化, 轴的载荷简化,作计算简图时:,水平面受力及弯矩图,铅垂面受力及弯矩图,总弯矩 M 图,扭矩图,2) 作出弯矩图和扭矩图,1) 作出轴的计算简图,(二)组合变形概念和轴的当量弯矩,按第三强度理论,计算应力,M,-对称循环变应力,,T,-常不是对称循环变应力。,引入折合系数,0.3 -转矩不变;,0.6 -转矩脉动变化;,1 -轴频繁正反转。,折合系数:=,弯曲应力:,扭切应力:,代入式(15-4),,W-轴的抗弯截面系数,见表15-4,则轴的弯扭合成强度条件为,(15-5),(三)当量弯矩的修正和强度校核公式,综上所述,可得轴的强度校核公式为:,考虑到弯矩作用下产生的弯曲正应力(为对称循环)与扭矩作用下产生的扭转切应力的应力性质不同,所以在计算当量弯矩时,应修正为:,定位轴肩 h=(0.070.1)d,,d1-2=d+2h=55+2(0.07 55)=55+7.7=62.7mm,则:取d1-2=62mm,或 63mm,例题1,轴环宽度b1.4h=8.4,取b=12mm,进行轴的结构设计时,要将轴的结构设计要求和轴承装置设计要求结合起来,避免片面化。, 轴的外伸端必须考虑密封问题, 轴承的润滑问题(油或脂), 调整垫片调整轴承的游隙, 箱体的加工面与非加工面要分开。,注意:,试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构,并画出正确的结构图。,例题2:, 两轴承应当正装;, 端盖与轴间应有间隙并加密封圈;, 精加工面过长,应设一非定位轴肩,以便轴承的安装;, 轴段过长,套筒抵不住齿轮;, 右端轴承应有定位轴肩;, 处应加调整垫片;, 套筒过高,不便拆缷轴承,此轴系有以下四方面的错误结构:,1. 转动件与静止件接触, 轴与端盖,2. 轴上零件未定位、固定, 套筒顶不住齿轮, 联轴器未定位, 联轴器周向及轴向皆未固定。, 套筒与轴承外圈, 卡圈无用。,例题3:分析齿轮轴系上的错误结构。轴承采用脂润滑。,3. 工艺不合理, 精加面过长,且装拆轴承不便。, 联轴器孔未打通。, 箱体端面加工面与非加工面没有分开。, 台肩过高,无法拆卸轴承。, 键过长,套筒无法装入。, 无垫片,无法调整轴承游隙。, 无密封。,4. 润滑与密封的问题, 齿轮油润滑,轴承脂润滑而无挡油环。,试指出图中结构不合理的地方,并予以改正。,轴的结构改错问题通常从以下几个方面考虑: 轴与轴上零件是否用键作周向固定,若轴上有多个零件时,其键槽是否在同一母线。 轮毂长度是否略大于安装轴段的长度。 轴上零件的两端轴上定位如何? 轴承的类型选择和组合是否合理?特别是采用角接触球轴承或圆锥滚子轴承时,应检查是否为成对使用,其内外圈传力点处是否设置有传力件。 轴承的内、外圈厚度是否高出与之相接触的定位轴肩或定位套筒的高度。 轴伸透盖处有无密封及间隙。 轴承的游隙如何调节? 整个轴系相对于箱体轴向位置是否可调?,轴的结构设计原则: 1、轴的结构应力求简单合理,有利于轴上零件的装拆、固定 和调整。 2、轴上零件应定位准确、固定可靠。 3、轴的结构有利于提高轴的强度和刚度。 4、具有良好的润滑和密封条件。 5、具有较好的结构工艺性和经济性 (1.用辅助零件代替轴上不必要的台阶。2.为了便于装配,减少应力集中,应取相同的倒角、圆角尺寸。3.取相同的越程槽、退刀槽。4.取相同的键槽尺寸且布置在轴的同一母线上。5.各段轴的尺寸尽量取标准值(减少刀具数目,便于测量)。6.规定合理的加工精度和表面粗糙度。),
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号