軸的類型應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計以及工作能力的校核課件

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1.主要內(nèi)容

軸的類型、應(yīng)用、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及工作能力的校核2.重點、難點提示

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及工作能力的校核。軸是機器中的重要零件之一，應(yīng)用很廣。因為它是一個非標準零件，所以軸的設(shè)計工作非常重要。本章知識導(dǎo)讀211.1概述

做回轉(zhuǎn)運動的傳動零件，如圖所示減速器示意圖中的齒輪、聯(lián)軸器等，都是安裝在軸上，并通過軸實現(xiàn)傳動。因此，軸的主要功用就是支承零件并傳遞運動和動力。11.1.1軸的作用軸的分類軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運動和動力。一、按照承受載荷的不同，軸可分為：

轉(zhuǎn)軸─同時承受彎矩和扭矩的軸，如減速器的軸。

心軸─只承受彎矩的軸，如火車車輪軸。

傳動軸─只承受扭矩的軸，如汽車的傳動軸。

4傳動軸1端接變速器，2端接后橋齒輪系傳動軸5心軸6轉(zhuǎn)動軸7同時承受彎矩和轉(zhuǎn)矩作用的軸稱為轉(zhuǎn)軸，如圖所示的輸入軸Ⅰ和輸出軸Ⅱ

只承受轉(zhuǎn)矩作用的軸稱為傳動軸，如圖的電動機軸11.1.2軸的類型8

只承受彎矩作用的軸稱為心軸，如圖所示的火車輪軸。92.按結(jié)構(gòu)形狀分

軸有實心軸、空心軸（車床的主軸）、曲軸、撓性鋼絲軸和直軸。直軸又可分為截面相等的光軸和截面分段變化的階梯軸

工程中最常見的是同時承受彎矩和轉(zhuǎn)矩作用的階梯軸曲軸階梯軸撓性鋼絲軸光軸1011

1.軸的設(shè)計要求（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計要求軸應(yīng)具有合理的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。（2）工作能力要求軸應(yīng)具有足夠的疲勞強度，對于某些特殊用途的軸，還應(yīng)有剛度、振動穩(wěn)定性等方面的要求11.1.3軸設(shè)計的要求和步驟對軸的結(jié)構(gòu)基本要求：1、軸和軸上的零件有準確定位和固定。2、軸上零件便于調(diào)整和裝拆；3、有良好的制造工藝性；4、形狀、尺寸應(yīng)盡量減小應(yīng)力集中；5、為了便于軸上零件的裝拆，將軸制成階梯軸。2.軸的設(shè)計步驟為轉(zhuǎn)軸設(shè)計程序框圖，其他類型軸的設(shè)計步驟與此類似，其中結(jié)構(gòu)設(shè)計與驗算工作能力往往是交叉進行的，也是最重要的兩步

轉(zhuǎn)軸設(shè)計程序框圖

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長期承受交變應(yīng)力作用下的疲勞破壞是軸的主要失效形式因此，軸的材料要求具有較好的強度、韌性，與軸上零件有相對滑動的部位還應(yīng)具有較好的耐磨性（1）碳素鋼工程中廣泛采用35、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素鋼對于輕載和不重要的軸也可采用Q235、Q275等普通碳素鋼

（2）合金鋼常用于高溫、高速、重載以及結(jié)構(gòu)要求緊湊的軸，有較高的力學(xué)性能，但價格較貴，對應(yīng)力集中敏感，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須盡量減少應(yīng)力集中（3）球墨鑄鐵耐磨、價格低，但可靠性較差，一般用于形狀復(fù)雜的軸11.2軸的材料15

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要取決于軸在機器中的安裝位置及形式，軸上零件的定位、固定以及聯(lián)接方法，軸所承受的載荷，軸的加工工藝以及裝配工藝要求等如果軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，可能會影響軸的工作能力，增加軸的制造成本或軸上零件裝配的困難。因此軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是軸設(shè)計中的重要內(nèi)容11.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1611.3.1軸的結(jié)構(gòu)及各部分名稱

171.軸上零件的軸向定位、固定和周向固定軸肩和軸環(huán)

(1)軸向固定

軸上零件的軸向定位主要靠軸肩和軸環(huán)或套筒來完成。

為了保證軸上零件靠緊定位面，軸肩處的圓角半徑R必須小于零件內(nèi)孔的圓角R1或倒角C1

軸肩高度一般取h=（0.07～0.1）d，軸環(huán)寬度b≈1.4h11.3.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計中重點解決的問題18軸上零件的軸向固定就是不允許軸上零件沿軸向竄動。

常用的軸向固定措施還有:軸的一端可采用軸端擋圈，如圖（a）、套筒過長可采用圓螺母，如圖（b）、受載較小時可采用彈性擋圈，如圖（c）、緊定螺釘如圖（d）所示和銷釘?shù)裙潭ā＃?）.周向固定

為了傳遞運動和轉(zhuǎn)矩，防止軸上零件與軸作相對轉(zhuǎn)動，軸上零件的周向固定必須可靠。常用的周向固定方法有鍵、花鍵、銷和過盈配合等聯(lián)接。20212.制造工藝和裝配工藝要求

制造工藝要求是指軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能便于加工，節(jié)約加工成本。軸的形狀要力求簡單，階梯軸的級數(shù)應(yīng)盡可能少，軸上各段的圓角半徑、倒角等尺寸應(yīng)盡可能統(tǒng)一，以利于加工和檢驗軸上需磨削的軸段應(yīng)設(shè)計出砂輪越程槽，需車制螺紋的軸段應(yīng)有退刀槽當軸上有多處鍵槽時，應(yīng)使各鍵槽位于軸的同一母線上為使軸便于裝配，軸端應(yīng)有倒角、中心孔。對于階梯軸常設(shè)計成兩端小中間大的形狀，以便于零件從兩端裝拆軸肩高度不能妨礙零件的拆卸243.標準尺寸要求

軸上的零件多數(shù)都是標準零件，如滾動軸承、聯(lián)軸器、圓螺母等，因此與標準零件配合處的軸段尺寸必須符合標準零件的標準尺寸系列4.提高軸的疲勞強度

加大軸肩處的過渡圓角半徑和減小軸肩高度，就可以減少應(yīng)力集中，從而提高軸的疲勞強度。提高軸的表面質(zhì)量、合理分布載荷等也可以提高軸的疲勞強度25題11-11分析下圖錯誤如圖所示，共有6處錯誤。（1）軸肩高度超過軸承內(nèi)圈高度，軸承無法拆卸；（2）鍵過長，無法裝配；（3）軸頭長度太長（輪轂長度過短），輪轂定位不準確；（4）套筒高度超過軸承內(nèi)圈高度，軸承無法拆卸；（5）軸承處直徑和套筒處直徑一樣，導(dǎo)致裝配和加工難度增加;（6）沒有密封裝置，導(dǎo)致潤滑劑流失。29如圖所示，共有7處錯誤。（1）軸肩高度超過軸承內(nèi)圈高度，軸承無法拆卸；（2）軸頭長度太長（輪轂長度過短），輪轂定位不準確；（3）鍵過長，無法裝配；（4）套筒高度超過軸承內(nèi)圈高度，軸承無法拆卸；（5）沒有退導(dǎo)槽，螺母無法擰緊，軸承定位不可靠；（6）半聯(lián)軸器沒有定位。（7）軸過長。軸的設(shè)計步驟

1、按扭轉(zhuǎn)強度初步估算最小軸徑。

2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（確定軸各段的直徑和長度）

3、按彎扭合成強度校核軸的強度

11.4軸的工作能力計算設(shè)計如圖所示斜齒輪減速器輸出軸。已知：輸出功率P=15KW，轉(zhuǎn)速n=280r/min,齒輪直徑d=320mm,所受的作用力Ft=3197N,Fr=1200N,Fa=812N.齒輪的輪轂寬度為80mm。32

軸的強度驗算方法有:按抗扭強度條件估算轉(zhuǎn)軸的最小直徑和驗算傳動軸的強度按抗彎扭合成強度條件驗算轉(zhuǎn)軸的強度。必要時，還要進行安全系數(shù)的驗算對于圓截面?zhèn)鲃虞S，其抗扭強度條件為11.4.1按抗扭強度計算實心軸的直徑為：

為了減少鍵槽對軸的削弱，可按以下方式修正軸徑有一個鍵槽有兩個鍵槽軸徑d＞100mm軸徑增大3%軸徑增大7%軸徑d≤100mm軸徑增大5%～7%軸徑增大10%～15%343511.4.2按抗彎扭合成強度計算

在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，要驗算其強度，對于一般鋼制的轉(zhuǎn)軸，按第三強度理論校核抗彎扭合成強度.危險截面強度校核：建立力學(xué)模型:

按彎扭合成的理論進行軸危險截面的強度校核。通常把軸當作置于鉸鏈支座上的梁計算步驟計算步驟（1）畫出軸的空間力系圖。將軸上作用力分解為水平面分力和垂直面分力，并求出水平面和垂直面的支點反力。（2）分別作出水平面的彎矩圖和垂直面上的彎矩圖（3）計算出合成彎矩繪出合成彎矩圖（4）作出轉(zhuǎn)矩（T）圖（5）計算當量彎矩，繪出當量彎矩圖（6）校核危險截面的強度。38394041（1）安裝時，要嚴格按照軸上零件的先后順序進行，注意保證安裝精度（2）安裝結(jié)束后，要嚴格檢查軸在機器中的位置以及軸上零件的位置，并將其調(diào)整到最佳工作位置，同時軸承的游隙也要按工作要求進行調(diào)整（3）在工作中，盡量使軸避免承受過量載荷和沖擊載荷，并保證潤滑，從而保證軸的疲勞強度11.5軸的使用與維護

軸若使用不當，沒有良好的維護，就會影響其正常工作，甚至產(chǎn)生意外損壞，降低軸的使用壽命。因此，軸的正確使用和良好的維護，對軸的正常工作及保證軸的疲勞壽命有著很重要的意義11.5.1軸的使用42

（1）認真檢查軸和軸上零件的完好程度，若發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時維修或更換