第11章轴-复习

作者：朱理第十一章轴本章只研究直轴11.1轴的概述功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。类型转轴——传递扭矩又承受弯矩按承受载荷分有分类：11.1.1轴的功用及分类按轴的形状分有传动轴——只传递扭矩心轴——只承受弯矩直轴光轴阶梯轴一般情况下，直轴做成实心轴，需要减重时做成空心轴曲轴挠性钢丝轴复习作者：朱理第十一章轴自行车的前、中、后轴分别是什么轴？前轴是固定心轴中间轴是转轴后轴是固定心轴11.1轴的概述11.1.1轴的功用及分类复习作者：朱理第十一章轴11.1.2轴设计的主要内容轴的结构设计：根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。工作能力计算：轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。11.1.3轴的设计过程：具有一个合理的结构对轴而言至关重要，它是轴设计中的一个重要内容。N选择材料结构设计轴的承载能力验算验算合格?结束Y11.1轴的概述复习作者：朱理第十一章轴11.3轴的结构设计设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。4.轴的加工工艺性等。3.载荷性质、大小、方向及分布情况；2.轴上零件的类型、尺寸、数量及与轴联接方式；1.轴在机器中的安装位置及形式；轴的结构主要取决于以下因素：轴的结构设计定出轴的合理外形和全部的结构尺寸。轴没有标准的结构形式。设计时必须针对轴的具体情况作具体分析。复习作者：朱理第十一章轴设计要求：1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装)2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位)3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定)4.改善应力状况，减小应力集中。轴端挡圈带轮轴承盖套筒齿轮滚动轴承典型轴系结构11.3轴的结构设计复习作者：朱理第十一章轴轴结构设计时，已知的条件有：◆轴的装配简图；◆轴的转速n(rpm)；◆轴传递的功率P(KW);◆传动零件的主要参数和尺寸设计时可根据装配简图来确定轴上主要零件之间的相互位置关系。c=10~20mms=10~15mm一般取：a=10~15mmsaBcLa二级圆锥圆柱齿轮减速器B一般为齿轮宽度，但必须满足：B=(1.5~2)d轴mmL=(1.5~2)d轴mm11.3轴的结构设计复习作者：朱理第十一章轴一、拟定轴上零件的装配方案装配方案：确定轴上零件的装配方向、顺序和相互关系。方案一方案二方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一合理。11.3轴的结构设计复习作者：朱理第十一章轴11.3轴的结构设计复习二、各轴段直径和长度的确定1.初估轴的最小直径dmin236TT/2.01055.9mmNndPWTTmmnPCnP]τ[2.01055.9d333T6min≥≥×当按上式算出轴径后,只能作为整个轴上仅受扭矩的那一段轴的最小直径dmin,注意：2)当最小直径段装有带轮或齿轮时,则应使dmin≥d轮/10。1)当该段轴上开有键槽时,应增大轴径,单键增大5%~7%左右,双键增大10%~15%；作者：朱理第十一章轴2.各段轴的直径及长度的确定当确定dmin后,就可以按所选定的装配方案从dmin处起逐一确定各段轴的直径及长度。在确定轴径时应注意：5)轴径和轴段长度应为整数。1)尽可能选用轴的标准直径；3)开有螺纹处应符合螺纹标准；2）安装标准件的轴径，应满足标准尺寸要求；4）有配合要求的零件要便于装拆；11.3轴的结构设计复习二、各轴段直径和长度的确定作者：朱理第十一章轴结构不合理！特别注意：为了便于拆卸，滚动轴承的定位轴肩高度不能超过轴承内圈端面的高度。轴肩的高度可查手册中轴承的安装尺寸。11.3轴的结构设计复习2.各段轴的直径及长度的确定二、各轴段直径和长度的确定作者：朱理第十一章轴d①d①=dminL①=(1.5~2)d①d②d②=轴承内径－(2~4)L②由结构定25~35Ld③d③=d①+(8~12)符合轴承内径标准L③由结构定d④d④=d③+(5~8)L④=(1.5~2)d④－(2~3)1010~15L--机架宽度由实际结构来定d⑤d⑤=d④+(8~10)L⑤=(10~15)d⑥d⑥=轴承安装尺寸D1L⑥由结构定d⑦d⑦=d③(轴承内径)L⑦由结构定10~15BB--由实际结构来定11.3轴的结构设计复习2.各段轴的直径及长度的确定二、各轴段直径和长度的确定作者：朱理第十一章轴②①③④⑤⑥⑦三、轴上零件的定位和固定1.轴上零件的轴向定位和固定定位方法：轴肩、套筒、圆螺母、挡圈、轴承端盖。套筒轴端挡圈轴承盖轴承盖11.3轴的结构设计复习作者：朱理第十一章轴②①③④⑤⑥⑦三、轴上零件的定位和固定1.轴上零件的轴向定位和固定轴肩——阶梯轴上截面变化之处。轴肩1、2间的轴肩使带轮定位。4、5间的轴肩使齿轮在轴上定位。6、7间的轴肩使右端滚动轴承定位。轴肩定位轴肩非定位轴肩2、3间的轴肩使右端滚动轴承便于装配。3、4间的轴肩使齿轮便于装配。定位轴肩非定位轴肩11.3轴的结构设计复习作者：朱理第十一章轴DdrRDdC1rC1DdrDdrR轴肩的尺寸要求:rC1或rR与滚动轴承相配合处的h和b值,见轴承标准。三、轴上零件的定位和固定1.轴上零件的轴向定位和固定定位轴肩h=（0.07~0.1）dmm非定位轴肩h=1~2mmhhb轴环宽度：b≥1.4h轴肩的圆角或倒角尺寸：为了使零件能靠紧轴肩而得到准确可靠的定位11.3轴的结构设计复习作者：朱理第十一章轴②①③④⑤⑥⑦三、轴上零件的定位和固定1.轴上零件的轴向定位和固定套筒1~2套筒定位结构简单，定位可靠。一般用于轴上两个零件之间的定位。为了使齿轮定位可靠。一般装齿轮轴段长度应比齿轮宽度小1～2mm。11.3轴的结构设计复习作者：朱理第十一章轴双圆螺母当两个零件间距离较大时，无法采用套筒或套筒太长时，可采用圆螺母加以固定。三、轴上零件的定位和固定1.轴上零件的轴向定位和固定圆螺母与止动垫圈可承受大的轴向力，但螺纹处有较大的应力集中，会降低轴的疲劳强度，故一般用于固定轴端的零件。特点：11.3轴的结构设计复习作者：朱理第十一章轴轴端挡圈装在轴端上的零件往往采用轴端挡圈或圆锥面定位。三、轴上零件的定位和固定1.轴上零件的轴向定位和固定为了使轴上零件定位可靠。一般装轴上零件轴段长度应比齿轮宽度小1～2mm。1~2圆锥面11.3轴的结构设计复习作者：朱理第十一章轴三、轴上零件的定位和固定1.轴上零件的轴向定位和固定②①③④⑤⑥⑦轴承端盖用螺钉与箱体联接而使滚动轴承的外圈得到轴向定位。一般情况下，整个轴的轴向固定由轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈、轴承端盖来实现。轴承盖轴承盖齿轮受轴向力时，向右是通过4、5间的轴肩，并由6、7间的轴肩顶在滚动轴承的内圈上；向左则通过套筒顶在滚动轴承的内圈上。带轮的轴向固定是靠1、2间的轴肩和轴端当圈。双向固定11.3轴的结构设计复习作者：朱理第十一章轴周向固定大多采用键、花键、过盈配合或型面连接等形式来实现。为了加工方便，键槽应设计成同一加工直线上，且尽可能采用同一规格的键槽截面尺寸。2.轴上零件的周向固定三、轴上零件的定位和固定目的--------限制轴上零件与轴发生相对转动。键连接花键连接型面连接11.3轴的结构设计复习作者：朱理第十一章轴四、提高轴的强度的常用措施1.合理布置轴上零件当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的载荷，应将输入轮布置在中间。2.改进轴上零件的结构改进轴上零件的结构可以使轴上所受的载荷减小。3.改进轴的局部结构可减小应力集中的影响4.改善轴的表面质量可提高轴的疲劳强度11.3轴的结构设计复习作者：朱理第十一章轴①②③④⑤⑥⑦五、轴的结构工艺性为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单，工艺性越好。零件的安装次序倒角装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应有退刀槽。退刀槽11.3轴的结构设计复习作者：朱理第十一章轴11.3轴的结构设计复习该轴为短轴,轴承和齿轮系统均采用油润滑,画出正确结构。作者：朱理第十一章轴11.3轴的结构设计复习作者：朱理第十一章轴11.4轴的强度计算一、按扭转强度计算轴的强度设计应根据轴的承载情况，采用相应的计算方法，常用方法有两种。对于只传递扭矩的圆截面轴，强度条件为设计公式为236TT/2.01055.9mmNndPWTTmmnPCnP]τ[2.01055.9d333T6≥≥×计算结果为最小直径！考虑键槽对轴有削弱，可按以下方式修正轴径对于既传递扭矩又承受弯矩的转轴，按扭转强度条件计算轴的最小直径；mmnPCnP]τ[2.01055.9d333T6min≥≥×复习作者：朱理第十一章轴减速器中齿轮轴的受力为典型的弯扭合成。在完成单级减速器草图设计后，外载荷与支撑反力的位置即可确定，从而可进行受力分析。二、按弯扭合成强度计算2.轴的弯矩和扭矩分析一般转轴强度用这种方法计算，其步骤如下3.轴的强度校核4.按疲劳强度条件进行校核5.按静强度条件进行校核1.作出轴的计算简图11.4轴的强度计算复习作者：朱理第十一章轴L2L3ABCD减速器中齿轮轴的受力为典型的弯扭合成。二、按弯扭合成强度计算1.作出轴的计算简图◆轴的支承简化通常把轴当作置于铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关。为了简化计算通常取轴承宽度的中点支反力的作用点与类型和布置方式有关。在完成单级减速器草图设计后，外载荷与支撑反力的位置即可确定，从而可进行受力分析。11.4轴的强度计算复习作者：朱理第十一章轴减速器中齿轮轴的受力为典型的弯扭合成。二、按弯扭合成强度计算1.作出轴的计算简图◆轴的支承简化在完成单级减速器草图设计后，外载荷与支撑反力的位置即可确定，从而可进行受力分析。◆轴上的载荷简化分布载荷简化为集中力，其作用点取在载荷分布段的中点。作用在轴上的扭矩，从传动件轮毂宽度的中点算起。L1L2L3ABCD11.4轴的强度计算复习作者：朱理第十一章轴FrFaFtFNV2FNV1FNH2FNH2L1L2L3ABCDF'NV1T二、按弯扭合成强度计算1.作出轴的计算简图◆轴的支承简化◆轴上的载荷简化作计算简图时：ω求出轴上受力零件的载荷把它们全部转化到轴上将其分解为水平分力和垂直分力求出各支承处的水平反力FNH和垂直反力FNV11.4轴的强度计算复习作者：朱理第十一章轴FNH2FNH2FrFaFtFNV2FNV1FNH2FNH2FNV2FNV1Fr水平面受力及弯矩图→铅垂面受力及弯矩图→水平铅垂弯矩合成图→扭矩图→F′NV1FaMa=Far2.轴的弯矩和扭矩分析MHMHMV1MV2M1M2TL1L2L3ABCDF'NV1FtT二、按弯扭合成强度计算ω2V2HMMM+=合成弯矩11.4轴的强度计算复习作者：朱理第十一章轴对于一般钢制轴，可用第三强度理论（最大切应力理论）求出危险截面的当量应力。][≤4+=b22be弯曲应力扭切应力WMbTWT32/3dM31.0dMWT2W——抗弯截面系数；WT——抗扭截面系数。3.轴的强度校核按第三强度理论得出的轴的强度条件为二、按弯扭合成强度计算11.4轴的强度计算复习作者：朱理第十一章轴因σb和τ的循环特性不同，折合后得][≤1.0+1b32dM][≤1b2MW][≤4+=b22be221TMW22e24WTWMWMee弯曲应力扭切应力WM=bW2T=代入得3221.0)(dTM按第三强度理论得出的轴的强度条件为当量弯矩对于心轴;MMe=对于转轴;22e)Tα(MM+=3.轴的强度校核二、按弯扭合成强度计算对于一般钢制轴，可用第三强度理论（最大切应力理论）求出危险截面的当量应力。11.4轴的强度计算复习作者：朱理第十一章轴材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]400130704050017075456002009555700230110658002701307590030014080100033015