軸的功用與類型

第14章軸

第一節(jié)軸的功用與類型

一、軸的用途與分類

1、功用：1）支承回轉(zhuǎn)零件；2）傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力

2、分類：

按承載情況分：

轉(zhuǎn)軸——扭矩和彎矩

心軸——只受彎矩

傳動(dòng)軸——主要受扭矩

3)保證所有軸上零件有確定的軸向工作位置按軸線形狀分

直軸：階梯軸

光軸曲軸：

按軸線形狀分

鋼絲軟軸

撓性鋼絲軸本課程只討論直軸

一、軸的材料及其選擇

碳素鋼——常用45#，正火調(diào)質(zhì)合金鋼——對(duì)應(yīng)力集中較敏感。

注意：①采用合金鋼并不能提高軸的剛度。

②軸的熱處理和表面強(qiáng)化可提高軸的疲勞強(qiáng)度。

表14-1P241

第二節(jié)軸的材料

第三節(jié)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

要求：

③各零件要牢固而可靠的相對(duì)固定（固定）②軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置（定位）

①軸應(yīng)便于加工，軸上零件要易于裝拆（制造安裝要求）具有良好的制造工藝性等

④改善受力狀況，減小應(yīng)力集中

一、擬定軸上零件的裝配方案

原則：1）軸的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單越合理2）裝配越簡(jiǎn)單、方便越合理二、軸上零件的定位①軸應(yīng)便于加工，軸上零件要易于裝拆（制造安裝要求）具有良好的制造工藝性等

階梯軸易于裝拆軸的結(jié)構(gòu)工藝性

1）軸肩圓角r

2）軸端倒角

3）砂輪越程槽

4）螺紋退刀槽

①軸應(yīng)便于加工，軸上零件要易于裝拆（制造安裝要求）具有良好的制造工藝性等

同一軸上鍵槽位于圓柱同一母線上，且取相同尺寸①軸應(yīng)便于加工，軸上零件要易于裝拆（制造安裝要求）具有良好的制造工藝性等

1、零件的軸向定位

1）軸肩和軸環(huán)

要求r軸<R孔或r軸<C孔

錯(cuò)誤

正確2）套筒

3）軸用圓螺母

錯(cuò)誤

正確要求軸肩高度<滾動(dòng)軸承內(nèi)圈高度當(dāng)用軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母、軸端擋圈進(jìn)行零件的軸向定位時(shí)，為保證軸向定位可靠，要求L軸<L轂4）軸端擋圈

錯(cuò)誤

正確正確5）軸承端蓋

6）彈性擋圈

7）鎖緊擋圈、緊定螺釘或銷

軸承端蓋與機(jī)座間加墊片，以調(diào)整軸的位置

8）圓錐面（+擋圈、螺母）

2、零件的周向定位

1）鍵2）花鍵3）緊定螺釘、銷

4）過(guò)盈配合三、各軸段的直徑和長(zhǎng)度的確定1、各軸段直徑確定

a)按扭矩估算軸段直徑dmin

，公式14-2b)按軸上零件安裝、定位要求確定各段軸徑，經(jīng)驗(yàn)值

②同一軸徑軸段上不能安裝三個(gè)以上零件。

注意：①與標(biāo)準(zhǔn)零件相配合軸徑應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)植2、各軸段長(zhǎng)度

②轉(zhuǎn)動(dòng)零件與靜止零件之間必須有一定的間隙。

①各軸段與其上相配合零件寬度相對(duì)應(yīng)軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)四處錯(cuò)誤正確答案三處錯(cuò)誤正確答案兩處錯(cuò)誤1.左側(cè)鍵太長(zhǎng)，套筒無(wú)法裝入2.多個(gè)鍵應(yīng)位于同一母線上第四節(jié)軸的強(qiáng)度計(jì)算

一、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算用于：①只受扭矩或主要承受扭矩的傳動(dòng)軸的強(qiáng)度計(jì)算

②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前按扭矩初估軸的直徑dmin

強(qiáng)度條件

設(shè)計(jì)公式

[τ]和C:可見P245表14-2二、按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算條件：已知支點(diǎn)、扭距，彎矩

步驟：

1、作軸的空間受力簡(jiǎn)圖2、求水平面支反力RH1、RH2作水平面彎矩圖

3、求垂直平面內(nèi)支反力RV1、RV2，作垂直平面內(nèi)的彎矩圖

4、作合成彎矩圖

5、作扭矩圖

6、作當(dāng)量彎矩圖

—為將扭矩折算為等效彎矩的折算系數(shù)

7、校核

危險(xiǎn)截面軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式

第五節(jié)軸的剛度及振動(dòng)穩(wěn)定性

一、軸的剛度計(jì)算

1、彎曲剛度

撓曲線方程：

撓度：

偏轉(zhuǎn)角：

2、扭轉(zhuǎn)剛度

二、軸的振動(dòng)穩(wěn)定性及臨界轉(zhuǎn)速

彎曲振動(dòng)（橫向）

扭轉(zhuǎn)振動(dòng)

軸向振動(dòng)（縱向）臨界轉(zhuǎn)速——軸引起共振時(shí)的轉(zhuǎn)速?gòu)澢R界轉(zhuǎn)速的計(jì)算

軸的臨界角速度

k=mg/y0

剛性軸：

撓性軸：

第六節(jié)提高軸的強(qiáng)度、剛度和減輕軸重量的措施

一、改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中

二、合理布置軸上零件以減少軸的載荷

三、改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)，減小軸的載荷四、選擇受力方式以減小軸的載荷，改善軸的強(qiáng)度和剛度

五、改進(jìn)表面質(zhì)量提高軸的疲勞強(qiáng)度例14-1有一汽車傳動(dòng)軸，傳遞最大功率P=51.48kW,轉(zhuǎn)速傳動(dòng)軸為n=400rpm,空心軸，外徑d=70mm，內(nèi)徑d0=55mm，材料的[τ]T=30MPa。求:(1)按許用扭應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度。(2)采用同材料的實(shí)心軸時(shí)，直徑應(yīng)多大？(3)比較空心軸和實(shí)心軸的重量。解:(1)計(jì)算空心軸抗扭截面模量WT’和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τ

(2)若為實(shí)心軸，則其最小直徑d1例題

(3)比較空心軸與實(shí)心軸的質(zhì)量例14-2圖示為鐵路貨車車廂輪-軸受力示意圖。已知P=60kN，P-F

間距為210mm，考慮偏載因素，計(jì)算軸的強(qiáng)度時(shí)載荷系數(shù)K=1.3。材料為45號(hào)鋼，正火后[σ]-1b=60MPa。試確定車軸直徑。解:(1)車軸只承受彎矩，不承受扭矩通過(guò)畫彎矩圖(略)知最大彎矩Mmax為

(2)由于，故由彎曲強(qiáng)度條件得PFPF例7-3已經(jīng)兩級(jí)展開式斜齒圓柱齒輪減速器中間軸結(jié)構(gòu)如圖所示。傳遞功率P=5.5kW，轉(zhuǎn)速n=180r/min。齒輪2的參數(shù)：mn=3mm，an=20o，z2=112，b2=10o44’，右旋；齒輪3的參數(shù)：mn=4mm，an=20o，z3=23，b2=9o22’，右旋。圖中A、D為角接觸軸承的載荷作用中心。(1)若材料為45號(hào)鋼正火，試按彎扭合成理論驗(yàn)算截面I和II的強(qiáng)度；(2)若材料改用30CrMnTi(HBS≥270)，試按許用彎曲應(yīng)力確定截面I和II的軸徑。解:(1)計(jì)算齒輪受力軸的受力圖如圖(a)所示

(2)水平面彎矩MH如圖(b)所示

(3)垂直面彎矩MV如圖(c)所示

(4)合成彎矩如圖(d)所示

(5)扭矩如圖(e)所示

T=291.8N·m

(6)當(dāng)量彎矩Mca如圖(f)所示軸材料為45鋼正火,HBS≥200，則σB=560MPa，[σ]-1b=51MPa,[σ]0b=87MPa。扭矩為脈動(dòng)循環(huán)，α=[σ]-1b/[σ]0b=0.586(7)校核截面I和II(參見圖(f))①截面I：由d=50mm，故WI=10750mm3②截面II：由d=45mm，故WII=7610mm3

σ(II)=?(8)軸材料改用30CrMnTi鋼(HBS≥270MPa)，σB=950MPa