哈工大第十一章 軸(new)

第十一章軸

帶式運(yùn)輸機(jī)

二級(jí)圓柱齒輪減速器

蝸桿傳動(dòng)

輪系工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用返回工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程應(yīng)用按軸線(xiàn)的形狀分：直軸、曲軸、撓性軸11、1概述11.1.1、軸的分類(lèi)直軸曲軸撓性軸按照承受載荷情況轉(zhuǎn)軸：工作時(shí)既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸稱(chēng)為轉(zhuǎn)軸。心軸：用來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件且只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩的軸稱(chēng)為心軸。轉(zhuǎn)動(dòng)心軸、固定心軸傳動(dòng)軸：用來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩的軸稱(chēng)為傳動(dòng)軸。轉(zhuǎn)軸心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸固定心軸傳動(dòng)軸按軸的外部結(jié)構(gòu)形狀分：光軸、階梯軸。按軸的截面形狀分：實(shí)心軸、空心軸。11.1.2軸的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)步驟合理的結(jié)構(gòu)和足夠的強(qiáng)度是軸的設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足的基本要求。軸的設(shè)計(jì)步驟：1）選材2）估算軸的直徑3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4）軸的強(qiáng)度校核5）必要時(shí)作剛度和穩(wěn)定性校核11.1.3軸的材料軸的材料主要采用1碳素鋼:常用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼有30、40、45、和50鋼，其中45鋼應(yīng)用最多。優(yōu)質(zhì)碳素鋼具有較高的綜合機(jī)械性能，常用于比較重要或承載較大的軸。2合金鋼:常用的合金鋼有20Cr、40Cr、35SiMn和35CrMo等合金鋼具有較高的綜合力學(xué)性能和較好的熱處理性能，常用于重要、承載大而尺寸受限或有較高耐磨性、防腐性要求的軸。3球墨鑄鐵：適于制造成形軸，它價(jià)廉、強(qiáng)度較高、良好的耐磨性、吸振性和易切性以及對(duì)應(yīng)力集中敏感性較低。11.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求是：1、滿(mǎn)足使用要求：

ａ、周向固定；ｂ、軸向固定。2、良好的結(jié)構(gòu)工藝性：

ａ、加工工藝性；ｂ、裝配工藝性。3、提高軸的疲勞強(qiáng)度：

ａ、改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)形狀；ｂ、改善軸的表面狀態(tài)。以減速器的低速軸為例加以說(shuō)明11.2.1滿(mǎn)足使用的要求

為實(shí)現(xiàn)軸的功能，必須保證軸上零件有準(zhǔn)確的工作位置，要求軸上零件沿周向和軸向固定。1、周向固定鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接成形聯(lián)接彈性環(huán)聯(lián)接銷(xiāo)聯(lián)接過(guò)盈配合聯(lián)接２、軸向固定方法（１）軸肩(2)、套筒固定(3)、圓螺母固定(4)、軸端擋圈(5)、彈性擋圈(6)、緊定螺釘（7）錐面

裝拆方便，可兼作周向固定。宜用于高速、沖擊及對(duì)中性要求高的場(chǎng)合。只用于軸端。常與軸端擋圈聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)零件的雙向固定。

11.2.2良好的結(jié)構(gòu)工藝性1、加工工藝性：退刀槽、越程槽以及鍵槽的布置等。2、裝配工藝性

ａ、合理的階梯軸直徑；ｂ、軸端導(dǎo)角；ｃ、滿(mǎn)足軸承裝拆要求等。過(guò)渡肩環(huán)軸肩過(guò)渡結(jié)構(gòu)內(nèi)凹圓角11.2.3提高軸的疲勞強(qiáng)度1改善軸的結(jié)構(gòu)形狀減小應(yīng)力集中配合軸段上的卸載槽輪轂上的卸載槽軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的徑向尺寸確定1.箱體內(nèi)壁位置的確定H=10~15mmA=b+2HA應(yīng)圓整軸的軸向尺寸確定2.軸承座端面位置的確定C=δ+C1+C2+(5~10)mmδ--箱體壁厚C1、C2--螺栓扳手空間B=A+2C3.軸承在軸承座孔中位置的確定Δ

值盡量小減小支點(diǎn)距離油潤(rùn)滑時(shí)Δ=(3~8)mm脂潤(rùn)滑時(shí)Δ=(10~15)mm4.軸的外伸長(zhǎng)度的確定(1)當(dāng)軸端安裝彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器時(shí)K值由聯(lián)軸器的型號(hào)確定(2)當(dāng)使用凸緣式軸承蓋時(shí)K值由聯(lián)接螺栓長(zhǎng)度確定(3)當(dāng)軸承蓋與軸端零件都不需拆卸時(shí),一般取K=5mm~8mm減速器低速軸結(jié)構(gòu)圖11.3軸的計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算主要有三種方法：１、按許用切應(yīng)力計(jì)算；２、按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算；３、安全系數(shù)校核計(jì)算。

11.3.1軸的強(qiáng)度計(jì)算一、按許用切應(yīng)力計(jì)算適用于只承受轉(zhuǎn)矩的軸的精確計(jì)算，也可用于既受彎矩又受扭矩的軸的近似計(jì)算。對(duì)于只傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的圓截面軸，其強(qiáng)度條件為：對(duì)于既傳遞轉(zhuǎn)矩又承受彎矩的軸，設(shè)計(jì)公式C值見(jiàn)表11.4單鍵增大3%,雙鍵增大7%二、按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算危險(xiǎn)截面上的當(dāng)量彎矩：強(qiáng)度條件：按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算軸徑的一般步驟如下：（1）畫(huà)出軸的空間受力簡(jiǎn)圖（2）將外載荷分解到水平面和垂直面內(nèi)。（3）作垂直面彎矩MV圖和水平面彎矩MH圖；（4）作合成彎矩M圖，（5）作轉(zhuǎn)矩T圖；（6）彎矩合成，作當(dāng)量彎矩Me圖（7）計(jì)算危險(xiǎn)截面軸徑；按許用安全系數(shù)校核軸的疲勞強(qiáng)度是考慮軸上變應(yīng)力的循環(huán)特性、應(yīng)力集中、表面質(zhì)量及尺寸因素等對(duì)軸疲勞強(qiáng)度影響的精確校核方法斜齒輪減速器低速軸設(shè)計(jì)11.4軸轂連接軸轂連接：用來(lái)實(shí)現(xiàn)軸、轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩的連接。常用軸轂連接的類(lèi)型：

鍵連接、花鍵連接、銷(xiāo)連接、成型連接和過(guò)盈連接。11.4.1鍵聯(lián)接11.4鍵聯(lián)接鍵主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩。有些類(lèi)型的鍵還可實(shí)現(xiàn)軸上零件的周向固定或周向移動(dòng)。1.平鍵聯(lián)接平鍵的兩側(cè)是工作面，上表面與輪轂鍵槽底面間有間隙常用的平鍵有普通平鍵和導(dǎo)向平鍵。（1）普通平鍵1、類(lèi)型：A型（圓頭)、B型（方頭）、C型（單圓頭）。2、軸上鍵槽加工方法：指狀銑刀（A、C型）或盤(pán)銑刀（B型）。3、轂上鍵槽加工方法：插削或拉削。普通平鍵連接屬于靜連接

普通平鍵連接

（2）導(dǎo)向平鍵連接導(dǎo)向平鍵連接屬于動(dòng)連接

導(dǎo)向平鍵實(shí)例2.半圓鍵連接特點(diǎn)：鍵的側(cè)面為工作面，鍵的上表面與轂槽底面間有間隙。適于輕載、錐形軸端的連接。3.楔鍵聯(lián)接特點(diǎn)：楔鍵的上下面分別與轂和軸上的鍵槽的底面貼合，為工作面，靠摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩。楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭楔鍵

4、平鍵聯(lián)接的尺寸選擇和強(qiáng)度校核

鍵的材料及尺寸選擇：鍵的材料：抗拉強(qiáng)度不低于600MPa鋼材。尺寸選擇：鍵的截面尺寸根據(jù)鍵所在軸徑d由標(biāo)準(zhǔn)中查取。鍵長(zhǎng)L根據(jù)輪轂的寬度確定，但應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)系列。平鍵聯(lián)接的失效形式：

工作面的壓潰和鍵的剪斷。強(qiáng)度計(jì)算：對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)材料的標(biāo)準(zhǔn)連接，通常只校驗(yàn)擠壓強(qiáng)度

鍵的強(qiáng)度校驗(yàn)

假設(shè)：鍵的側(cè)面的作用力沿鍵的工作長(zhǎng)度和高度均勻分布。擠壓強(qiáng)度條件為：11.4.2花鍵聯(lián)接軸和輪轂周向均布的多個(gè)鍵齒構(gòu)成的聯(lián)接稱(chēng)為花鍵聯(lián)接。比平鍵聯(lián)接具有承載能力高，對(duì)軸削弱程度?。X淺、應(yīng)力集中?。?，定心好和導(dǎo)向性能好。矩形花鍵聯(lián)接漸開(kāi)線(xiàn)花鍵11.4.3銷(xiāo)聯(lián)接11.4.4成型聯(lián)接柱形面錐形面11.3.2軸的剛度計(jì)算簡(jiǎn)介設(shè)計(jì)時(shí)的軸的剛度條件為

11.3.3軸的振動(dòng)穩(wěn)定性概念軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)便不穩(wěn)定而發(fā)生顯著的反復(fù)變形，這種現(xiàn)象叫軸的振動(dòng)。若軸所受的外力頻率與軸的自振頻率一致時(shí),運(yùn)轉(zhuǎn)便不穩(wěn)定而發(fā)生顯著的振動(dòng),這種現(xiàn)象稱(chēng)為軸的共振。產(chǎn)生共振時(shí)軸的轉(zhuǎn)速稱(chēng)為臨界轉(zhuǎn)速。軸的臨界轉(zhuǎn)速可以有許多個(gè),一階、二階、三階……剛性軸:工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速的軸。撓性軸:超過(guò)一階臨界轉(zhuǎn)速的軸。軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)圖中有一處錯(cuò)誤，請(qǐng)改正。錯(cuò)誤原因r>c使得軸上零件與軸肩的配合不夠緊密。軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)圖中有四處錯(cuò)誤，請(qǐng)改正。錯(cuò)誤原因1.軸肩太高，滾動(dòng)軸承無(wú)法拆卸。2.軸上未留退刀槽，不便于螺紋加工。3.圓螺母無(wú)法裝入。軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)圖中有三處錯(cuò)誤，請(qǐng)改正。錯(cuò)誤原因3.滾動(dòng)軸承內(nèi)圈