軸5軸的功用和類型.pptVIP

第15章 軸,15-1 軸的功用和類型,15-2 軸的材料,15-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),15-4 軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì),15-5 軸的剛度設(shè)計(jì),.,15-1 軸的功用和類型,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。,類型,轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩。,按承受載荷分有：,分類：,按軸的形狀分有：,15-1 軸的功用和類型,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。,類型,轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩。,按承受載荷分有：,分類：,按軸的形狀分有：,傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩,.,15-1 軸的功用和類型,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。,類型,轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩,按承受載荷分有：,分類：,按軸的形狀分有：,傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩,心軸-只承受彎矩,固定心軸,火車輪軸,15-1 軸的功用和類型,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。,類型,轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩,按承受載荷分有：,分類：,按軸的形狀分有：,傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩,心軸-只承受彎矩,直軸,15-1 軸的功用和類型,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。,類型,轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩,按承受載荷分有：,分類：,按軸的形狀分有：,傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩,心軸-只承受彎矩,直軸,曲軸,.,15-1 軸的功用和類型,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。,類型,轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩,按承受載荷分有：,分類：,按軸的形狀分有：,傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩,心軸-只承受彎矩,直軸,曲軸,撓性鋼絲軸,設(shè)計(jì)任務(wù)：選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)、確 定尺寸等,種類,碳素鋼：35、45、50、Q235,軸的毛坯:一般用圓鋼或鍛件，有時(shí)也用鑄鋼或球墨鑄鐵。,15-2 軸的材料,合金鋼: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等,用途：碳素結(jié)構(gòu)鋼因具有較好的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用較多，尤其是45鋼應(yīng)用最廣。合金鋼具有較高的力學(xué)性能，但價(jià)格較貴，多用于有特殊要求的軸。,如用球墨鑄鐵制造曲軸和凸輪軸，具有成本低廉、吸振性較好、對應(yīng)力集中的敏感較低、強(qiáng)度較好等優(yōu)點(diǎn)。,為了改善力學(xué)性能,.,設(shè)計(jì)任務(wù)：使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸。,15-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)要求：,1.軸應(yīng)便于制造，軸上零件要易于裝拆；(制造安裝),2.軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置；(定位),3.各零件要牢固而可靠地相對固定；(固定),4.改善應(yīng)力狀況，減小應(yīng)力集中。,.,裝零件的軸端應(yīng)有倒角，需要磨削的軸端有砂輪越程槽，車螺紋的軸端應(yīng)有退刀槽。,為便于軸上零件的裝拆，一般軸都做成從軸端逐漸向中間增大的階梯狀。零件的安裝次序,一、制造安裝要求,.,零件的軸向定位由軸肩或套筒來實(shí)現(xiàn)。,二、軸上零件的定位,4、5間的軸肩使齒輪在軸上定位，1、2間的軸肩使帶輪定位，6、7間的軸肩使右端滾動(dòng)軸承定位。,軸肩-階梯軸上截面變化之處。起軸向定位作用。,.,.,軸向固定由軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈來實(shí)現(xiàn)。,三、軸上零件的固定,齒輪受軸向力時(shí)，向右是通過4、5間的軸肩，并由6、7間的軸肩頂在滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈上；向左則通過套筒頂在滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈上。帶輪的軸向固定是靠1、2間的軸肩和軸端當(dāng)圈。,雙向固定,.,.,.,.,無法采用套筒或套筒太長時(shí)，可采用雙圓螺母加以固定。,軸肩的尺寸要求:,r C1 或 r R,b1.4h(與滾動(dòng)軸承相配合處的h和b值,見軸承標(biāo)準(zhǔn)),軸端擋圈,h(0.07d+3)(0.1d+5)mm,裝在軸端上的零件往往采用軸端擋圈固定。,.,.,.,.,軸向力較小時(shí)，可采彈性擋圈或緊定螺釘來實(shí)現(xiàn)。,周向固定大多采用鍵、花鍵、或過盈配合等聯(lián)接形式來實(shí)現(xiàn)。,為了加工方便，鍵槽應(yīng)設(shè)計(jì)成同一加工直線上，且緊可能采用同一規(guī)格的鍵槽截面尺寸。,鍵槽應(yīng)設(shè)計(jì)成同一加工直線,.,.,.,四、改善軸的受力狀況，減小應(yīng)力集中,Tmax= T1+T2,Tmax = T1,1.改善受力狀況,合理,不合理,.,.,.,.,2.減小應(yīng)力集中,合金鋼對應(yīng)力集中比較敏感，應(yīng)加以注意。,應(yīng)力集中出現(xiàn)在截面突然發(fā)生變化的。,措施： 1. 用圓角過渡；,2. 盡量避免在軸上開橫孔、切口或凹槽;,3. 重要結(jié)構(gòu)可增加卸載槽B、過渡肩環(huán)、凹切圓角、 增大圓角半徑。也可以減小過盈配合處的局部應(yīng)力。,15-4 軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì),一、 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算,軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)軸的承載情況，采用相應(yīng)的計(jì)算方法，常用方法有兩種。,對于只傳遞扭轉(zhuǎn)的圓截面軸，強(qiáng)度條件為：,設(shè)計(jì)公式為：,對于既傳遞扭轉(zhuǎn)又傳遞彎矩的軸，可按上式初步估算軸的直徑。,計(jì)算結(jié)果為：最小直徑！,解釋各符號(hào)的意義及單位,應(yīng)圓整為：標(biāo)準(zhǔn)直徑！,.,.,減速器中齒輪軸的受力為典型的彎扭合成。,在完成單級(jí)減速器草圖設(shè)計(jì)后，外載荷與支撐反力的位置即可確定，從而可進(jìn)行受力分析。,因b和的循環(huán)特性不同， 折合后得：,二、 按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算,對于一般鋼制軸，可用第三強(qiáng)度理論（最大切應(yīng)力理論）求出危險(xiǎn)截面的當(dāng)量應(yīng)力。,強(qiáng)度條件為：,彎曲應(yīng)力：,扭切應(yīng)力：,代入得：,W-抗彎截面系數(shù)； WT -抗扭截面系數(shù)；,-折合系數(shù),Me-當(dāng)量彎矩,折合系數(shù)取值：=,0.3 -轉(zhuǎn)矩不變；,0.6 -脈動(dòng)變化；,1 -頻繁正反轉(zhuǎn)。,靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力,設(shè)計(jì)公式：,折合系數(shù)取值：=,0.3 -轉(zhuǎn)矩不變；,0.6 -脈動(dòng)變化；,1 -頻繁正反轉(zhuǎn)。,設(shè)計(jì)公式：,脈動(dòng)循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力,折合系數(shù)取值：=,0.3 -轉(zhuǎn)矩不變；,0.6 -脈動(dòng)變化；,1 -頻繁正反轉(zhuǎn)。,設(shè)計(jì)公式：,對稱循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力,.,對2點(diǎn)取矩,舉例：計(jì)算某減速器輸出軸危險(xiǎn)截面的直徑。已知作用在齒輪上的圓周力Ft=17400N, 徑向力， Fr=6140N, 軸向力Fa=2860N,齒輪分度圓直徑d2=146 mm,作用在軸右端帶輪上外力F=4500N（方向未定）, L=193 mm, K=206 mm,解：1) 求垂直面的支反力和軸向力,=Fa,.,2) 求水平面的支反力,3) 求F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力,4) 繪制垂直面的彎矩圖,5) 繪制水平面的彎矩圖,.,6) 求F力產(chǎn)生的彎矩圖,7) 繪制合成彎矩圖,a-a 截面F力產(chǎn)生的彎矩為：,.,8) 求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩,9)求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩,扭切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取折合系數(shù): =0.6,求考慮到鍵槽對軸的削弱，將d值增大4%，故得：,10)計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑,選45鋼，調(diào)質(zhì)，b =650 MPa, -1b =60 MPa,符合直徑系列。,按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算軸徑的一般步驟：,1. 將外載荷分解到水平面和垂直面。求垂直面支撐反力FV和水平面支撐反力FH ;,2. 作垂直彎矩MV圖和彎矩MH圖 ;,3. 作合成彎矩M圖；,4. 作轉(zhuǎn)矩T圖；,5. 彎扭合成，作當(dāng)量彎矩Me圖；,6. 計(jì)算危險(xiǎn)截面軸徑:,1. 若危險(xiǎn)截面上有鍵槽，則應(yīng)加大4%,2. 若計(jì)算結(jié)果大于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步估計(jì)的軸徑，則強(qiáng)度不夠，應(yīng)修改設(shè)計(jì)；,3. 若計(jì)算結(jié)果小于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步估計(jì)的軸徑，且相 不大，一般以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軸徑為準(zhǔn)。,對于一般剛軸，按上述方法設(shè)計(jì)即可。對于重要的軸，還必須用安全系數(shù)法作精確校核計(jì)算。,說明：,.,.,15-5 軸的剛度設(shè)計(jì)解釋何為剛度,彎矩 彎曲變形,扭矩 扭轉(zhuǎn)變形,若剛度不夠?qū)е螺S的變形過大，就會(huì)影響其正常工作。,變形量的描述：,撓度 y