高職機械設計基礎軸課件

1、1,第14章 軸,14.1軸的類型、功用和常用材料 14.2軸的設計步驟,高職機械設計基礎軸,2,目的要求:了解轉軸、心軸和傳動軸及其他類型的軸的基本功能; 掌握階梯軸的結構，軸上零件的固定。軸向固定和周向固定的方法，軸的工藝性，提高軸疲勞強度。 教學重點:轉軸、階梯軸；零件在軸上的軸向固定和軸向固定的方法。 教學難點:轉軸和傳動軸的區(qū)分；軸肩高度的選擇和確定。,高職機械設計基礎軸,3,一、軸的用途與分類,1、功用：1）支承回轉零件；2）傳遞運動和動力,2、分類：,按承載情況分：,轉軸扭矩和彎矩,心軸只受彎矩,傳動軸主要受扭矩,14-1 軸的類型、功用和常用材料,例：齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪,按

2、軸線情況分：,直軸,光軸,階梯軸,曲軸,撓性鋼絲軸,外形,高職機械設計基礎軸,4,轉軸：機器中最常見的軸，通常簡稱為軸。工作時既承受彎矩又承受轉矩。,例：減速器中的軸,高職機械設計基礎軸,5,傳動軸：主要用于傳遞轉矩而不承受彎矩，或所承受 的彎矩很小的軸。例：汽車中連接變速箱與后橋之 間的軸。,高職機械設計基礎軸,6,心軸：用來支承轉動零件， 只承受彎矩而不傳遞轉矩。,高職機械設計基礎軸,7,直軸,光 軸,階 梯 軸,中心線為一直線的軸稱為直軸,在軸的全長上直徑都相等的直軸稱為光軸,各段直徑不等的直軸稱為階梯軸,高職機械設計基礎軸,8,曲軸,中心線為折線的軸稱為曲軸。 它主要用在需要將回轉運動

3、與往復直線運動相互轉換的機械中。,高職機械設計基礎軸,9,軟 軸,把旋轉運動靈活地傳到任何位置的鋼絲軟軸稱為撓性軟軸,它由多組鋼絲分層卷繞而成, 其特點是具有良好的撓性。 它常用于醫(yī)療器械和小型機具等移動設備上。,高職機械設計基礎軸,10,二. 軸的材料,軸的常用材料是碳鋼和合金鋼。,軸的材料種類很多，選擇時應主要考慮如下因素：1.軸的強度、剛度及耐磨性要求；2.軸的熱處理方法及機加工工藝性的要求；3.軸的材料來源和經(jīng)濟性等。,碳鋼比合金鋼價格低廉，對應力集中的敏感性低，可通過熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好，故應用最廣，一般用途的軸，多用中碳鋼，尤其是45號鋼，對于不重要或受力較小的軸也可

4、用Q235A等普通碳素鋼。 合金鋼具有比碳鋼更好的機械性能和淬火性能，但對應力集中比較敏感，且價格較貴，多用于對強度和耐磨性有特殊要求的軸。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳處理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金鋼，有良好的高溫機械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下工作的軸。,高職機械設計基礎軸,11,值得注意的是：由于常溫下合金鋼與碳素鋼的彈性模量相差不多，因此當其他條件相同時，如想通過選用合金鋼來提高軸的剛度是難以實現(xiàn)的。球墨鑄鐵和高強度鑄鐵因其具有良好的工藝性，不需要鍛壓設備，吸振性好，對應力集中的敏感性低，近年來被廣泛應用于制造結構形狀復雜的曲軸等。

5、只是鑄件質量難于控制。軸的毛坯多用軋制的圓鋼或鍛鋼。,高職機械設計基礎軸,12,14.2 軸的設計步驟,設計軸的一般步驟為：,1）選材;,2）按扭轉強度估算軸的最小直徑;,3）設計軸的結構，繪出軸的結構草圖;,4）按彎扭合成進行軸的強度校核；,確定軸上零件的位置和固定方法； 確定各軸段直徑、長度。,一般按一般選23個危險截面進行校核。 若危險截面強度不夠，則必須重新修改軸的結構。,5）繪制軸的工作圖。,高職機械設計基礎軸,13,高職機械設計基礎軸,14,高職機械設計基礎軸,15,軸結構設計的基本要求：, 軸和軸上零件要有準確的工作位置。, 軸上零件應有可靠的相對固定。, 軸應具有良好的制造工藝

6、性和安裝工藝性等。, 形狀和尺寸應有利于避免應力集中。, 軸各部分的直徑和長度尺寸要合理。,高職機械設計基礎軸,16,14.2.1 軸上零件的定位和固定,1. 軸上零件的軸向定位和固定,軸與軸上零件要有準確的工作位置,周向定位固定,不能有周向擺動,軸向定位固定,不能有軸向竄動,定位,軸與軸上零件要有準確的工作位置,固定,零件在軸上的位置牢固可靠,零件在軸上的軸向定位要準確、可靠。因此，必須使零件具有確定的安裝位置，以保證其承受軸向力作用時不會產生軸向位移。零件在軸上的軸向定位方法，主要取決于它所承受軸向力的大小。,高職機械設計基礎軸,17,多用于固定裝在軸端的零件, 一般采用細牙螺紋。 為防止

7、圓螺母松脫, 可采用加止動墊圈或用雙圓螺母,（1）圓螺母,高職機械設計基礎軸,18,（2） 套 筒,在軸的中部, 當兩個零件間距離較小時, 常采用套筒作相對固定。使用套筒可簡化軸的結構, 避免在軸上制出螺紋、 環(huán)形槽等, 能有效地提高軸的疲勞強度, 但增加了一些重量, 故套筒不應太長。 且因套筒與軸的配合較松, 所以也不宜用于高速軸。,高職機械設計基礎軸,19,（3） 軸肩和軸環(huán),階梯軸上常采用軸肩或軸環(huán)定位。 軸肩或軸環(huán)是階梯軸上截面變化的部分, 由定位面和過渡圓角組成。 軸肩結構簡單, 能承受較大的軸向力, 應用較多。,r軸R孔或r軸C孔,軸肩高度滾動軸承內圈高度,軸肩或軸環(huán)的高度h必須大

8、于 R孔或 C孔,高職機械設計基礎軸,20,錯誤,正確,高職機械設計基礎軸,21,擋圈通常與軸肩聯(lián)合使用定位, 常用的有螺釘鎖緊擋圈、 彈性擋圈和軸端擋圈三種。,（4）擋 圈,螺釘鎖緊擋圈用緊定螺釘固定在軸上, 若在軸上零件兩側各用一個鎖緊擋圈時, 可任意調整軸上零件的位置, 裝拆方便。但緊定螺釘不能承受大的軸向力, 且釘端會引起軸應力集中。,高職機械設計基礎軸,22,彈性擋圈這種固定方法簡單, 但承受軸向力小, 且軸上需設溝槽, 也會因應力集中而削弱軸的強度。,高職機械設計基礎軸,23,軸端擋圈(又稱壓板)常用于軸端零件的固定, 如圖中的聯(lián)軸器就是利用軸端擋圈和螺母將零件壓緊在軸肩上的。這種

9、固定方法工作可靠, 應用頗廣。,高職機械設計基礎軸,24,2、軸上零件的周向定位與固定,1) 平鍵,3）花鍵,平鍵對中性好，用于較高精度，高速及受沖擊或交變載荷作用的場合。,2）半圓鍵,多用于錐型軸軸端，對軸的削弱大，適用于輕載。,承載工作能力強，定心精度高，導向性好，制造成本高。,高職機械設計基礎軸,25,4）緊定螺釘,14）過盈配合,5）銷,只能有較小的軸向力，對結構簡單也可做軸向固定。,用于受力不大的場合，可作安全銷使用。,對中性好，適用于不常拆卸的部件。,高職機械設計基礎軸,26,軸的形狀要力求簡單，階梯軸的級數(shù)應盡可能少，軸上各段的鍵槽、圓角半徑、倒角、中心孔等尺寸應盡可能統(tǒng)一，以利

10、于加工和檢驗,軸上需磨削的軸段應設計出砂輪越程槽，需車制螺紋的軸段應有退刀槽,當軸上有多處鍵槽時，應使各鍵槽位于軸的同一母線上,為使軸便于裝配，軸端應有倒角,對于階梯軸常設計成兩端小中間大的形狀，以便于零件從兩端裝拆,軸的結構設計應使各零件在裝配時盡量不接觸其他零件的配合表面，軸肩高度不能妨礙零件的拆卸,14.2.2 軸結構的工藝性,1）軸肩圓角r和倒角高度C,2）軸端倒角,3）砂輪越程槽,4）螺紋退刀槽,5）多個鍵槽,高職機械設計基礎軸,28,14.2.3 減小應力集中，提高軸的疲勞強度,（1）合理布置軸上零件，減小軸的載荷。,高職機械設計基礎軸,29,（2）改善軸上零件的結構，減小軸上的載荷。,高職機械設計基礎軸,30,（3）改進軸的結構，減小應力集中,（4）改進軸的表面硬度，提高軸的疲勞強度,軸系結構改錯,四處錯誤,正確答案,三處錯誤,正確答案,兩處錯誤,1.左側鍵太長，套筒無法裝入 2.多個鍵應位于同一母線上,高職機械設計基礎軸,33,請完成如圖所示的軸系設計。,請選擇齒輪的裝配方向,高職機械設計基礎軸,34,1、各軸段直徑確定,軸上螺紋及花鍵部