轴的设计课件.pptx
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1、一、轴的用途一、轴的用途心轴:心轴:只承受弯矩(只承受弯矩(M M),不传递转矩(),不传递转矩(T=0T=0)1 1、支承轴上回转零件(如齿轮)、支承轴上回转零件(如齿轮)9-1 9-1 概概 述述二、轴的分类二、轴的分类2 2、传递运动和动力、传递运动和动力转动心轴:轴转动转动心轴:轴转动固定心轴:轴固定固定心轴:轴固定1 1、按承载分、按承载分问:火车轮轴问:火车轮轴属于什么类型?属于什么类型?问:问:自行车轴自行车轴属于什么类型属于什么类型?传动轴:传动轴:只受转矩,不受弯矩只受转矩,不受弯矩M=0M=0,T0T0 如:汽车下的传动轴。如:汽车下的传动轴。汽车变速器与后桥联接轴汽车变速
2、器与后桥联接轴转轴:转轴:既传递转矩(既传递转矩(T T)、又承受弯矩()、又承受弯矩(M M) 如:如:减速器中的轴减速器中的轴。问:根据承载情况下列各轴分别为哪种类型问:根据承载情况下列各轴分别为哪种类型?0 0 轴轴:轴:轴:轴轴:轴轴:轴轴:轴轴:传动轴传动轴转轴转轴转动心转动心轴转轴转轴转轴转轴转动心轴转动心轴如何判断轴是否传递转矩如何判断轴是否传递转矩:如何判断轴是否承受弯矩如何判断轴是否承受弯矩:发动机专用零件发动机专用零件又可分为实心、空心(加工困难又可分为实心、空心(加工困难)2 2、按轴线几何形状分、按轴线几何形状分光 轴阶 梯 轴空 心 轴动力源动力源被驱动被驱动装置装置
3、接头接头接头接头钢丝软钢丝软轴轴钢丝软钢丝软 轴轴:轴线可任意弯曲,传动灵活。:轴线可任意弯曲,传动灵活。钢丝软轴的绕制钢丝软轴的绕制轴的失效形式轴的失效形式1 1、疲劳破坏、疲劳破坏 疲劳强度校核。疲劳强度校核。2 2、变形过大、变形过大 刚度验算(如机床主轴)。刚度验算(如机床主轴)。3 3、振动折断、振动折断 高速轴,自振频率与轴转速接近;高速轴,自振频率与轴转速接近;4 4、塑性变形、塑性变形 短期尖峰载荷短期尖峰载荷 验算屈服强度。验算屈服强度。设计的主要内容设计的主要内容:a a、有足够的、有足够的强度强度 疲劳强度、静强度;疲劳强度、静强度;2 2、合理的结构设计合理的结构设计
4、保证轴上零件有可靠的工作位置,装配、拆卸保证轴上零件有可靠的工作位置,装配、拆卸方便,周向、轴向固定可靠,便于轴上零件的调整;方便,周向、轴向固定可靠,便于轴上零件的调整;b b、有足够的、有足够的刚度刚度 防止产生大的变形;防止产生大的变形;c c、有足够的、有足够的稳定性稳定性 防止共振防止共振 稳定性计算。稳定性计算。3 3、强度计算和校核强度计算和校核1 1、合理的选材合理的选材;注意:钢材注意:钢材种类种类热处理热处理对钢材弹性模量对钢材弹性模量E E影响很小,影响很小,3 3、合金铸铁、合金铸铁、QTQT:铸造成形,:铸造成形,吸振吸振,可靠性低,品,可靠性低,品质难控制,常用于凸
5、轮轴、曲轴。质难控制,常用于凸轮轴、曲轴。问:当轴的刚度不足时,如何提高轴的刚度问:当轴的刚度不足时,如何提高轴的刚度?用用热处理热处理三、轴的材料三、轴的材料1 1、碳素钢:、碳素钢:3030、3535、4545、50(50(正火或调质正火或调质) ),4545应用最广。应用最广。 价廉,对价廉,对应力集中不敏感应力集中不敏感,良好的加工性,良好的加工性。2 2、中、低碳合金钢:、中、低碳合金钢:强度高强度高、寿命长,对应力集中敏感、寿命长,对应力集中敏感 ,用于重载、小尺寸的轴。用于重载、小尺寸的轴。二、要求二、要求1 1、轴与轴上零件要有、轴与轴上零件要有准确的相对位置准确的相对位置;3
6、 3、受力合理受力合理轴结构有利于提高轴的强度和刚度;轴结构有利于提高轴的强度和刚度;4 4、轴的、轴的加工、装配有良好的工艺性加工、装配有良好的工艺性、减少应力集中;、减少应力集中;三、轴的毛坯三、轴的毛坯d d小小圆钢(棒料):车制;圆钢(棒料):车制;d d大大锻造毛坯;锻造毛坯;空心轴:充分利用材料,空心轴:充分利用材料,质量,但加工困难。质量,但加工困难。一、目的一、目的确定轴的尺寸、形状:确定轴的尺寸、形状:d d、l l;结构复杂结构复杂铸造毛坯,如曲轴;铸造毛坯,如曲轴;9-2 9-2 轴的结构设计轴的结构设计2 2、便于轴上零件的装拆和调整;、便于轴上零件的装拆和调整;四、阶
7、梯轴的结构设计四、阶梯轴的结构设计F等强度等强度阶梯轴阶梯轴1 1、拟定轴上零件装配方案、拟定轴上零件装配方案组成组成:装轴承装轴承处处 :装轮毂装轮毂处处 直径与轮毂内径相当直径与轮毂内径相当;:联接:联接和和部分;部分;装配方案的比较:装配方案的比较: 例如,图例如,图14所示为起重机卷筒的两种布置方案所示为起重机卷筒的两种布置方案,图,图a的结构中,大齿轮和卷筒联成一体,转的结构中,大齿轮和卷筒联成一体,转矩经大齿轮直接传给卷筒,故卷筒轴只受弯矩矩经大齿轮直接传给卷筒,故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩,在起重同样载荷而不传递扭矩,在起重同样载荷W时,轴的直时,轴的直径可小于图径可小于图b的结
8、构。的结构。 再如,当动力从两轮输出时,为了减小轴上载再如,当动力从两轮输出时,为了减小轴上载荷,应将输入轮布置在中间,如图荷,应将输入轮布置在中间,如图15a所示,所示,这时轴的最大转短为这时轴的最大转短为T1;而在图;而在图15b的布置中的布置中,轴的最大转矩为,轴的最大转矩为T1+T2。2 2、零件在轴上的定位与固定、零件在轴上的定位与固定(1)轴环定轴环定位位轴承定轴承定位轴肩位轴肩非定位非定位轴肩轴肩非定位非定位轴肩轴肩轴肩和轴环轴肩和轴环用于受较大轴向力零件的定位和固定用于受较大轴向力零件的定位和固定a a)借助轴本身形状定位:轴肩、)借助轴本身形状定位:轴肩、 轴环、轴环、圆锥形
9、轴头圆锥形轴头定位;定位;注意注意: 或 :h= (0.070.1)d dh= (0.070.1)d d:轴颈尺寸;:轴颈尺寸;1CRr或圆角圆角:h=(1.52)mmh=(1.52)mm; 圆角圆角2/ )dD(r:h4 . 1b 环宽环宽轴承定位时,应根据轴承标准要求确定肩高和圆角轴承定位时,应根据轴承标准要求确定肩高和圆角轴承定位轴肩轴承定位轴肩:轴承的轴肩要低于轴承内圈厚度,以便于拆卸轴承。轴承的轴肩要低于轴承内圈厚度,以便于拆卸轴承。b b)借助挡圈、圆螺母、套筒、紧定螺钉等固定;)借助挡圈、圆螺母、套筒、紧定螺钉等固定;套筒套筒 两零件之间的短距定位;两零件之间的短距定位;特点:特
10、点:定位可靠,结构简单,加定位可靠,结构简单,加工方便,可承受较大的轴向力。工方便,可承受较大的轴向力。 应用:应用:齿轮、带轮、联轴器、轴承齿轮、带轮、联轴器、轴承 等的轴向定位。轴上等的轴向定位。轴上间距不大间距不大的两零的两零 件的轴向定位。与滚动轴承组合时,件的轴向定位。与滚动轴承组合时, 套筒的厚度套筒的厚度不应超过轴承内圈的厚不应超过轴承内圈的厚 度度,以便轴承拆卸。,以便轴承拆卸。轴端挡圈轴端挡圈特点:特点:能承受较大的轴向力及能承受较大的轴向力及冲击载荷,需采用放松措施。冲击载荷,需采用放松措施。 应用:应用:常用于轴的端部的零常用于轴的端部的零 件固定。件固定。圆螺母和止动垫
11、圈圆螺母和止动垫圈圆螺母圆螺母轴承与零件之间的远距离定位;对轴的刚度削弱大轴承与零件之间的远距离定位;对轴的刚度削弱大圆螺母圆螺母圆螺圆螺母母止动止动垫片垫片弹性档圈和紧定螺钉弹性档圈和紧定螺钉弹性档圈弹性档圈 受力较小零件的固定;受力较小零件的固定;紧定螺钉紧定螺钉 仅能定位,不可受力;仅能定位,不可受力;特点特点:适用于轴:适用于轴向力小,转速低向力小,转速低的场合;在有振的场合;在有振动和冲击的场动和冲击的场合,应防松。合,应防松。圆锥面圆锥面特点特点:能承受冲击载荷,装:能承受冲击载荷,装拆方便,但配合面加工较困拆方便,但配合面加工较困难。难。 应用应用:常用于轴的端部的零:常用于轴的
12、端部的零 件固定。件固定。(2 2)键、花键、成形联接、弹性环联接、过盈配合、销等键、花键、成形联接、弹性环联接、过盈配合、销等 轴轴毂联接(第四章)毂联接(第四章)3 3、轴段尺寸、轴段尺寸1 1)d d:由载荷:由载荷ddminmin由结构设计要求确定各段的由结构设计要求确定各段的d d。2 2)L L:由轴上零件相对位置及零件宽度决定,同时考虑:由轴上零件相对位置及零件宽度决定,同时考虑:a a、 轴段长比轮毂宽小轴段长比轮毂宽小23mm23mm可靠定位。可靠定位。b b、 传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离( (查手册查手册) )。在确定轴的结
13、构尺寸时,应注意以下几点(尽量采用标准在确定轴的结构尺寸时,应注意以下几点(尽量采用标准值)值) 5 5)为便于零件的装拆而设计的为便于零件的装拆而设计的非定位轴肩非定位轴肩高度(高度(半径差半径差)h h 1.51.52mm2mm。 2 2)与标准件配合的轴径应与标准件配合的轴径应根据标准件的尺寸设计根据标准件的尺寸设计。 eg:eg:与轴承配合处,必须符合轴承内径的标准系列与轴承配合处,必须符合轴承内径的标准系列( (逢五进一逢五进一) ); 螺纹处的直径应符合螺纹的标准系列;螺纹处的直径应符合螺纹的标准系列;1 1)估算的轴径估算的轴径作为作为轴上最细处的直径轴上最细处的直径。4 4)
14、滚动轴承的定位轴肩,应滚动轴承的定位轴肩,应小于轴承内圈的厚度小于轴承内圈的厚度。3 3) 定位轴肩定位轴肩的高度(的高度(半径差半径差) h h(0.07 0.07 0.10.1)d d1 12mm2mm 。 或者(或者(2 23 3)C C1 16)6) 安装联轴器的轴径应按联轴器孔径设计;安装联轴器的轴径应按联轴器孔径设计;7) 7) 用套筒、螺母、挡圈等定位时,轴段长度应小于相配零件宽度;用套筒、螺母、挡圈等定位时,轴段长度应小于相配零件宽度;注意:各轴段直径注意:各轴段直径d d 和长度和长度L L的确定。的确定。 如图如图-17所示,若轴肩高度大于轴承内圈外径时所示,若轴肩高度大于
15、轴承内圈外径时,就难以放置拆卸工具的钩头。对外圈拆卸要求,就难以放置拆卸工具的钩头。对外圈拆卸要求也是如此,应留出拆卸高度也是如此,应留出拆卸高度h1,(图,(图-18a、b)或在壳体上做出能放里拆卸螺钉的螺孔(图或在壳体上做出能放里拆卸螺钉的螺孔(图c)。3 3) )、轴端应有倒角:、轴端应有倒角:c c4545便于装配。便于装配。4 4、轴的结构工艺性、轴的结构工艺性1 1) )、轴应设计成阶梯状,且中间粗两头细便于零件从两端装入、轴应设计成阶梯状,且中间粗两头细便于零件从两端装入;2 2) )、与滚动轴承配合的轴肩高度或套筒高度应、与滚动轴承配合的轴肩高度或套筒高度应小于小于轴承内圈的厚
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