机械设计基础-第3版-教学课件-作者-王大康-第十一章-轴.ppt
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- 机械设计 基础 教学 课件 作者 王大康 第十一
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1、第十一章第十一章 轴轴第一节第一节 概述概述 轴是组成机器的重要零件,轴的设计、制造质量直接影轴是组成机器的重要零件,轴的设计、制造质量直接影响机器的工作质量和性能。响机器的工作质量和性能。轴的作用:轴的作用:1.支承回转零件,使其具有确定的工作位置。支承回转零件,使其具有确定的工作位置。2.传递运动和转矩。传递运动和转矩。一、轴的分类一、轴的分类1.按轴的形状分按轴的形状分(1)直轴)直轴光轴光轴阶梯轴阶梯轴实心轴实心轴空心轴空心轴(2)曲轴曲轴 曲轴是内燃机、冲、曲轴是内燃机、冲、剪等机器设备中的轴,属剪等机器设备中的轴,属专用机械零件。专用机械零件。(3)挠性轴挠性轴 挠性轴是由多层钢丝
2、绕挠性轴是由多层钢丝绕制而成,可把旋转运动和转制而成,可把旋转运动和转矩灵活地传到任何位置,可矩灵活地传到任何位置,可用于连续振动场合,狭窄通用于连续振动场合,狭窄通道,可缓和冲击。道,可缓和冲击。如:振捣器、手提砂如:振捣器、手提砂轮等。轮等。一般使用转速为一般使用转速为8003600r/min,小尺寸挠性轴可达,小尺寸挠性轴可达20000r/min。曲轴挠性轴 2.按受载情况分按受载情况分(1)心轴:工作时只受弯矩作用的轴。)心轴:工作时只受弯矩作用的轴。a)转动心轴:轴的弯曲应力为对称循环应力。转动心轴:轴的弯曲应力为对称循环应力。b)固定心轴:轴的弯曲应力为静应力。固定心轴:轴的弯曲应
3、力为静应力。a)b)心轴 a)转动心轴 b)固定心轴(2)传动轴:工作时只受扭矩作用的轴。)传动轴:工作时只受扭矩作用的轴。如:连接汽车变速器和差速器的轴。如:连接汽车变速器和差速器的轴。(3)转轴:工作时同时受弯矩和扭矩作用的轴。)转轴:工作时同时受弯矩和扭矩作用的轴。自行车的三根轴按受力情况各属于哪类轴?自行车的三根轴按受力情况各属于哪类轴?F v转转 轴轴传动轴传动轴 三三、轴的设计内容轴的设计内容 1.根据工作要求选择轴的材料和热处理方法;根据工作要求选择轴的材料和热处理方法;2.初步确定轴的直径;初步确定轴的直径;3.考虑轴上零件的安装和受力等,进行轴的结构设计;考虑轴上零件的安装和
4、受力等,进行轴的结构设计;5.绘制轴的工作图。绘制轴的工作图。正确设计轴的结构,利用弯扭合成强度理论设计转轴正确设计轴的结构,利用弯扭合成强度理论设计转轴是本章的学习重点。是本章的学习重点。轴的设计轴的设计内容内容:轴的结构设计和轴的工作能力计算。:轴的结构设计和轴的工作能力计算。4.对轴作强度校核,必要时进行轴的刚度及振动稳定对轴作强度校核,必要时进行轴的刚度及振动稳定性计算性计算;第二节第二节 轴的材料轴的材料一一、轴的材料选择轴的材料选择 1.具有良好的机械性能。(强度、刚度、冲击韧性、具有良好的机械性能。(强度、刚度、冲击韧性、耐磨性、耐腐蚀性等)耐磨性、耐腐蚀性等)2.具有良好的热处
5、理性能。具有良好的热处理性能。3.便于加工,成本低。便于加工,成本低。二二、常用材料常用材料 轴的轴的常用常用材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多用材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多用轧制圆钢或锻件。轧制圆钢或锻件。1.碳钢碳钢 碳素钢价廉,对应力集中敏感性低,强度、塑性和韧碳素钢价廉,对应力集中敏感性低,强度、塑性和韧性均较好,经热处理后,可改善其力学性能,应用广泛。性均较好,经热处理后,可改善其力学性能,应用广泛。对于不重要或承受载荷较小的轴,可用对于不重要或承受载荷较小的轴,可用 Q235、Q275 等普等普通碳素钢。通碳素钢。2.合金钢合金钢 采用合金钢时,必须进行热处理或化学热处理
6、。由于采用合金钢时,必须进行热处理或化学热处理。由于合金钢对应力集中较敏感,设计时应从结构上避免或减少合金钢对应力集中较敏感,设计时应从结构上避免或减少应力集中,并应降低表面粗糙度。合金钢经各种热处理如应力集中,并应降低表面粗糙度。合金钢经各种热处理如淬火、渗碳、渗氮等,对提高轴的疲劳强度有显著效果。淬火、渗碳、渗氮等,对提高轴的疲劳强度有显著效果。合金钢的力学性能和热处理性能,在传递动力较大并合金钢的力学性能和热处理性能,在传递动力较大并要求减小尺寸和重量,提高轴的硬度和耐磨性以及满足它要求减小尺寸和重量,提高轴的硬度和耐磨性以及满足它特殊要求(如高温、低温、耐腐蚀等)时常用特殊要求(如高温
7、、低温、耐腐蚀等)时常用。工程上常用工程上常用35、40、45和和50等优质碳素钢等优质碳素钢。常用常用20Cr、20CrMnTi、35SiMn、40Cr、40MnB等。等。3.铸铁、铸铸铁、铸钢钢 轴也可采用球墨铸铁和高强度铸钢材料,这些材料轴也可采用球墨铸铁和高强度铸钢材料,这些材料容易制成复杂的形状,且具有良好的吸振性和耐磨性,容易制成复杂的形状,且具有良好的吸振性和耐磨性,对应力集中敏感性小,价格也低,故常用来制造形状复对应力集中敏感性小,价格也低,故常用来制造形状复杂的轴,如内燃机中的曲轴。但铸铁抗冲击性差,铸造杂的轴,如内燃机中的曲轴。但铸铁抗冲击性差,铸造质量不易控制,使用时需经
8、严格检验。质量不易控制,使用时需经严格检验。轴的常用材料及主要力学性能见表轴的常用材料及主要力学性能见表11-1。第三节第三节 轴的结构设计轴的结构设计4.最终完成轴的设计。最终完成轴的设计。2.确定各段轴的直径和长度;确定各段轴的直径和长度;进行轴的结构设计进行轴的结构设计;3.进行强度验算,根据验算结果调整轴的结构和尺寸进行强度验算,根据验算结果调整轴的结构和尺寸;轴的结构设计通常是在经过初步计算,在确定了最轴的结构设计通常是在经过初步计算,在确定了最小直径的基础上进行的。影响轴结构的因素很多,轴的小直径的基础上进行的。影响轴结构的因素很多,轴的结构需在设计中依具体情况确定。所以,轴没有标
9、准的结构需在设计中依具体情况确定。所以,轴没有标准的结构形式。结构形式。轴的设计方法:轴的设计方法:1.先进行轴的初步计算,以确定轴的相关尺寸先进行轴的初步计算,以确定轴的相关尺寸;根据轴传递的扭矩,计算轴受扭段的最小直径。根据轴传递的扭矩,计算轴受扭段的最小直径。轴的抗扭强度条件;轴的抗扭强度条件;TTTndPWT362.01055.9MPa (11-1)332.016ddWT 33362.01055.9nPAnPdTmm (11-2)A计算系数计算系数一、轴径的初步计算一、轴径的初步计算1.T 和和 A 由由 P181表表11-2查取。查取。公式使用;公式使用;2.当轴的计算截面处有一个键
10、槽时,应将轴的计算直当轴的计算截面处有一个键槽时,应将轴的计算直径加大径加大3%,有两个键槽时加大,有两个键槽时加大7%。3.对于传动轴,用上述公式计算是最后计算。设计转轴对于传动轴,用上述公式计算是最后计算。设计转轴时,用于计算轴受扭轴段的最小直径,据此进行轴的结构设时,用于计算轴受扭轴段的最小直径,据此进行轴的结构设计。计。二、轴的各部分名称二、轴的各部分名称1.轴颈轴颈与轴承配合的轴段。与轴承配合的轴段。2.轴头轴头与传动零件配合的轴段。与传动零件配合的轴段。3.轴身轴身连接轴颈与轴头的轴段。连接轴颈与轴头的轴段。端轴颈端轴颈位于轴端位于轴端中轴颈中轴颈位于轴的中间位于轴的中间端轴颈端轴
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