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文檔簡介

第15章軸§15-1概述§15-2軸的結構設計§15-3軸的計算帶傳動和鏈傳動都是通過中間撓性件傳遞運動和動力的,適用于兩軸中心距較大的場合。與齒輪傳動相比,它們具有結構簡單,成本低廉等優(yōu)點?!?5-4軸的設計實例青島科技大學專用潘存云教授研制帶式運輸機減速器電動機轉軸§15-1概述功用:用來支撐旋轉的機械零件,如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉軸---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:一、軸的用途及分類青島科技大學專用潘存云教授研制功用:用來支撐旋轉的機械零件,如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉軸---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:傳動軸---只傳遞扭矩發(fā)動機后橋傳動軸一、軸的用途及分類§15-1概述青島科技大學專用潘存云教授研制功用:用來支撐旋轉的機械零件,如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉軸---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:傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩前輪輪轂固定心軸火車輪軸車廂重力前叉自行車前輪軸支撐反力轉動心軸一、軸的用途及分類§15-1概述青島科技大學專用潘存云教授研制功用:用來支撐旋轉的機械零件,如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有:分類:傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸一、軸的用途及分類§15-1概述光軸階梯軸按軸的形狀分有:一般情況下,直軸做成實心軸,需要減重時做成空心軸青島科技大學專用潘存云教授研制功用:用來支撐旋轉的機械零件,如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉軸---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:傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸一、軸的用途及分類§15-1概述光軸階梯軸曲軸青島科技大學專用潘存云教授研制本章只研究直軸功用:用來支撐旋轉的機械零件,如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉軸---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:傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸一、軸的用途及分類§15-1概述光軸階梯軸曲軸撓性鋼絲軸青島科技大學專用潘存云教授研制設計任務:選材、結構設計、工作能力計算。二、軸設計的主要內容軸的結構設計:根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求,合理地確定軸的結構形式和尺寸。工作能力計算:軸的承載能力驗算指的是軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的驗算。軸的設計過程:N選擇材料結構設計軸的承載能力驗算驗算合格?結束Y青島科技大學專用潘存云教授研制種類碳素鋼:35、45、50、Q235軸的毛坯:一般用圓鋼或鍛件,有時也用鑄鋼或球墨鑄鐵。三、軸的材料合金鋼:20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等用途:碳素結構鋼因具有較好的綜合力學性能,應用較多,尤其是45鋼應用最廣。合金鋼具有較高的力學性能,但價格較貴,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、對應力集中的敏感較低、強度較好等優(yōu)點。為了改善力學性能正火或調質處理。表15-1軸的常用材料及其主要力學性能材料及熱處理毛坯直徑mm硬度HBS強度極限σb

屈服極限σs

MPa彎曲疲勞極限σ-1應用說明Q235440240200用于不重要或載荷不大的軸35正火520270250有較好的塑性和適當?shù)膹姸?,可用于一般曲軸、轉軸。≤100149~187……青島科技大學專用潘存云教授研制表15-1軸的常用材料及其主要力學性能青島科技大學專用潘存云教授研制設計任務:使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸?!?5-2軸的結構設計設計要求:1.軸應便于制造,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.改善應力狀況,減小應力集中。軸端擋圈帶輪軸承蓋套筒齒輪滾動軸承典型軸系結構青島科技大學專用潘存云教授研制一、擬定軸上零件的裝配方案裝配方案:確定軸上零件的裝配方向、順序、和相互關系。青島科技大學專用潘存云教授研制軸上零件的裝配方案不同,則軸的結構形狀也不相同。設計時可擬定幾種裝配方案,進行分析與選擇。圖示減速器輸出軸就有兩種裝配方案。saBcLa圓錐圓柱齒輪二級減速器青島科技大學專用潘存云教授研制方案二需要一個用于軸向定位的長套筒,多了一個零件,加工工藝復雜,且質量較大,故不如方案一合理。青島科技大學專用潘存云教授研制二、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軸承定位。軸肩----階梯軸上截面變化之處。起軸向定位作用。

軸肩套筒定位方法:軸肩、套筒、圓螺母、擋圈、軸承端蓋。青島科技大學專用潘存云教授研制軸向固定由軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈來實現(xiàn)。齒輪受軸向力時,向右是通過4、5間的軸肩,并由6、7間的軸肩頂在滾動軸承的內圈上;向左則通過套筒頂在滾動軸承的內圈上。帶輪的軸向固定是靠1、2間的軸肩和軸端當圈。雙向固定青島科技大學專用潘存云教授研制無法采用套筒或套筒太長時,可采用雙圓螺母加以固定。軸肩的尺寸要求:r<C1或r<Rb≈1.4h(與滾動軸承相配合處的h和b值,見軸承標準)DdrR軸端擋圈雙圓螺母DdC1rh≈(0.07d+3)~(0.1d+5)mm裝在軸端上的零件往往采用軸端擋圈圓錐面定位。hhC1DdrDdrRb青島科技大學專用潘存云教授研制軸向力較小時,可采彈性擋圈或緊定螺釘來實現(xiàn)。周向固定大多采用鍵、花鍵、過盈配合或型面聯(lián)接等形式來實現(xiàn)。為了加工方便,鍵槽應設計成同一加工直線上,且緊可能采用同一規(guī)格的鍵槽截面尺寸。鍵槽應設計成同一加工直線青島科技大學專用潘存云教授研制三、各軸段直徑和長度的確定確定軸段直徑大小的基本原則:最小軸徑dmin的確定:軸段直徑大小取決于作用在軸上的載荷大??;1.按軸所受的扭矩估算軸徑,作為軸的最小軸徑dmin。4.有配合要求的零件要便于裝拆。3.安裝標準件的軸徑,應滿足裝配尺寸要求。2.有配合要求的軸段,應盡量采用標準直徑。T—扭矩,[τT]—許用應力,WT—抗扭截面系數(shù),P—功率,n—轉速,d—計算直徑,A0—材料系數(shù)。青島科技大學專用潘存云教授研制標準直徑應按優(yōu)先數(shù)系選?。篟51.001.602.504.006.3010.00R101.001.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.001.001.121.251.401.601.802.002.242.502.803.153.554.004.505.005.606.307.108.009.0010.001.001.061.121.181.251.321.401.501.601.701.801.902.002.122.242.362.502.652.803.003.153.353.553.754.004.254.504.755.005.305.606.006.306.707.107.508.008.509.009.5010.00R40R20優(yōu)先數(shù)----表中任意一個數(shù)值。大于10的優(yōu)先數(shù),可將表數(shù)值分別乘以10、100、1000。Q275,3540Cr,35SiMn1Cr18Ni9Ti38SiMnMo,3Cr13[τT](N/mm)15~2520~3525~4535~55A0

149~126135~112126~103112~97表15-2常用材料的[τT]值和A0值軸的材料Q235-A3,2045青島科技大學專用潘存云教授研制常用的與軸相配的標準件有滾動軸承、聯(lián)軸器等。配合軸段的直徑應由標準件和配合性質確定。1)裝配軸承與滾動軸承配合段軸徑一般為5的倍數(shù);(φ20~385mm)與滑動軸承配合段軸徑應采用標準直徑系列軸套:…32、35、38、40、45、48、50、55、60、65、70…..2)裝配聯(lián)軸器配合段直徑應符合聯(lián)軸器的尺寸系列:聯(lián)軸器的孔徑與長度系列孔徑d3032353840424548505565606365…長系列82112142短系列6084107長度L青島科技大學專用潘存云教授研制便于零件的裝配,減少配合表面的擦傷的措施:H7/r6H7/D11H7/r6為了便于軸上零件的拆卸,軸肩高度不能過大。2)配合段前端制成錐度;3)配合段前后采用不同的尺寸公差。1)在配合段軸段前應采用較小的直徑;結構不合理!青島科技大學專用潘存云教授研制Q方案b四、提高軸的強度的常用措施圖示為起重機卷筒兩種布置方案。A圖中大齒輪和卷筒聯(lián)成一體,轉距經(jīng)大齒輪直接傳遞給卷筒,故卷筒軸只受彎矩而不傳遞扭矩。圖b中軸同時受彎矩和扭矩作用。故載荷相同時,圖a結構軸的直徑要小。輸出輸出輸入輸出輸出輸入Tmax=T1+T2Tmax=T11.改進軸上零件的結構當軸上有兩處動力輸出時,為了減小軸上的載荷,應將輸入輪布置在中間。T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理T2.合理布置軸上零件Q方案a軸徑大軸徑小青島科技大學專用潘存云教授研制3.改進軸的局部結構可減小應力集中的影響合金鋼對應力集中比較敏感,應加以注意。應力集中出現(xiàn)在截面突然發(fā)生變化或過盈配合邊緣處。應力集中處

措施:1)

用圓角過渡;2)盡量避免在軸上開橫孔、切口或凹槽;R3)重要結構可增加卸載槽、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力。青島科技大學專用潘存云教授研制軸上開卸載槽應力集中系數(shù)可減少40%軸上開卸載槽應力集中系數(shù)可減少15~25%增大軸的直徑應力集中系數(shù)可減少30~40%d1.05d3)采取增加卸載槽、增大軸徑、過渡肩環(huán)、凹切圓角、等也可以減小過盈配合處的局部應力。30?r凹切圓角過渡肩環(huán)1.06~1.06dd青島科技大學專用潘存云教授研制4.改善軸的表面質量可提高軸的疲勞強度1)表面愈粗糙

疲勞強度愈低;

提高表面粗糙度;軸的表面粗糙度和強化處理方法會對軸的疲勞強度產生影響2)表面強化處理的方法有:▲

表面高頻淬火;▲

表面滲碳、氰化、氮化等化學處理;▲

碾壓、噴丸等強化處理。通過碾壓、噴丸等強化處理時可使軸的表面產生預壓應力,從而提高軸的疲勞能力。青島科技大學專用潘存云教授研制④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。在滿足使用要求的前提下,軸的結構越簡單,工藝性越好。零件的安裝次序五、軸的結構工藝性裝零件的軸端應有倒角,需要磨削的軸端有砂輪越程槽,車螺紋的軸端應有退刀槽。②③⑥⑦①⑤①倒角退刀槽青島科技大學專用潘存云教授研制§15-3軸的計算一、按扭轉強度計算軸的強度設計應根據(jù)軸的承載情況,采用相應的計算方法,常用方法有兩種。對于只傳遞扭轉的圓截面軸,強度條件為:設計公式為:計算結果為:最小直徑!解釋各符號的意義及單位考慮鍵槽對軸有削弱,可按以下方式修正軸徑:軸徑d≤100mm

d增大5%~7%d增大10%~15%軸徑d>100mm

d增大3%d增大7%有一個鍵槽有兩個鍵槽青島科技大學專用潘存云教授研制注:當作用在軸上的彎矩比傳遞的轉矩小或只傳遞轉矩、載荷較平穩(wěn)、無軸向載荷或只有較小的軸向載荷、減速器的低速軸、軸只作單向旋轉,[τT]取較大值,A0取較小值;否則[τT]取較小值,A0取較大值。軸的材料Q235-A3,20Q275,354540Cr,

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