第15章轴.ppt
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1、第十五章 轴(shafts),1.了解轴的功用、分类及常用材料; 2.掌握轴的结构及设计方法; 3.掌握轴的受力分析及强度计算和刚度计算。,一. 教学目标,二 教学重点和难点,重点: 轴的结构,轴的的受力分析及强度计算。 难点: 轴的结构(尤其是轴向结构)的设计和轴的的受力分析(主要是弯扭合成计算)。,第一节 概述,一、轴的功用,1)支承旋转零件;,轴是机械设备中的重要零件之一,各种作回转(或摆动)运动的零件(如齿轮、带轮等)都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。,2)传递运动和动力,二、轴的类型,心 轴,传动轴,转 轴,按承载情况分,既承受弯矩、又承受转矩的轴。,转 轴,传 动 轴,只传
2、递转矩而不承受弯矩或弯矩很小的轴。,转动 心轴,只承受弯矩而不传递转矩的轴。,固定 心轴,挠性轴,曲 轴,直 轴,按轴线形状分,光 轴,阶梯轴,可以实现直线运动与旋转运动的转换。,具有挠性,可以曲路传递运动和动力。,三、轴的材料,轴的主要材料参见P362表15-1。,碳钢:价格低廉,对应力集中的敏感性较低,调质或正火处理可提高其耐磨性和抗疲劳强度。常用的有35、40、45、50钢。,合金钢:合金钢比碳素钢机械强度高,热处理性能好。对于要求强度较高、尺寸较小或有其它特殊要求的轴,可以采用合金钢材料。可以采用20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢,或40Cr、35SiMn、40MnB。,对于形状复
3、杂的轴,如曲轴、凸轮轴等,也采用球墨铸铁。,注意:,一般工作温度下,各种碳钢和合金钢的弹性模量相差不大,故在选择钢的种类和热处理方法时,所依据的主要是强度和耐磨性,而不是轴的弯曲刚度和扭转刚度等。,2)轴的工作能力设计:即从强度、刚度和振动稳定性等方面来保证轴具有足够的工作能力和可靠性。对于不同机械的轴的工作能力的要求是不同的,必须针对不同的要求进行。对于刚度要求较高的轴(例如机床主轴),主要应该满足刚度要求;对于一些高速旋转的轴(例如高速磨床主轴、气轮机主轴等),要考虑满足振动稳定性的要求。但是强度要求是任何轴都必须满足的基本要求。,四、轴的设计内容及应考虑的主要问题,1)轴的结构设计:即根
4、据轴上零件的安装、定位及轴的制造工艺等方面的要求,合理确定轴的结构形状和尺寸。,轴的设计区别于其它零件设计过程的显著特点是: 必须先进行结构设计,然后才能进行工作能力的核算。,第二节 轴的结构设计,一、轴的组成,轴由轴颈(journal)、轴头(head)和轴身(body)组成。轴上被支承的部位叫轴颈;安装轮毂的部位叫轴头;联接轴颈和轴头的部分叫轴身。,轴的结构设计任务是:使轴的各部分具有合理形状和尺寸。,轴没有标准的结构形式,设计时轴的结构应满足:,二、轴的结构设计任务和要求,1)轴和装在轴上的零件要有准确的位置;,2)轴上零件应便于装拆和调整和维护;,3)轴的受力合理,有利于提高轴的强度和
5、刚度,以及节省材料, 减轻重量;,4)形状尽量简单,而且要尽量减小应力集中;,5)轴应具有良好的制造工艺性等 。,三、拟定轴上零件的装配方案,在进行结构设计时,首先应按传动简图上所给出的各主要零件的相互位置关系拟订轴上零件的装配方案。,输出轴可以采用如下的装配方案:将齿轮、左端轴承和联轴器从轴的左端装配,右端轴承从轴的右端装配。,四、轴上零件的定位(fix),1)轴肩或轴环,要求r轴C孔或 r轴 R孔,(一)轴向定位,b1.4h(与滚动轴承相配合处的h和b值,见轴承标准),h0.07d0.1d,参见365表15-2,要求轴肩高度滚动轴承内圈高度,正确,错误,2)套筒,3)轴用圆螺母,4)弹性挡
6、圈,当用轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈进行零件的轴向定位时,为保证轴向定位可靠,要求L轴L毂,5)轴端挡圈,错误,正确,正确,6)轴承端盖,8)锁紧挡圈、紧定螺钉或销,轴承端盖与机座间加垫片,以调整轴的位置,7)圆锥面(+挡圈、螺母),五、零件的周向定位,1)键,2)花键,3)紧定螺钉、销,4)过盈配合,六、各轴段的直径和长度的确定,轴上零件的装配方案和定位方法确定之后,轴的基本形状就确定下来了。,然后,可按轴上零件的装配方案和定位要求,逐步确定各轴段的直径,并根据轴上零件的轴向尺寸、各零件的相互位置关系以及零件装配所需的装配和调整空间,确定轴的各段长度。,轴的直径大小应该根据轴所承受的载
7、荷来确定。,但是,初步确定轴的直径时,往往不知道支反力的作用点,不能决定弯矩的大小和分布情况。,在实际设计中,通常是按扭矩强度条件来初步估算轴的直径,并将这一估算值作为轴受扭段的最小直径(也可以凭经验和参考同类机械用类比的方法确定)。,具体工作时,需要注意以下几个问题:,7)装有螺母等紧固件的轴段长度应能满足其轴向调整空间。,1)轴上与零件相配合的直径应取成标准值(如与滚动轴承相配合的直径,必须符合滚动轴承的内径标准),非配合轴段允许为非标准值,但最好取为整数。,3)安装联轴器、离合器的轴径应与相应的孔径范围相适应。,2)轴上的螺纹直径应符合标准。,4)轴上与零件相配合部分的轴段长度,应比轮毂
8、长度短23mm,以保证零件轴向定位可靠。,5)若在轴上装能滑移的零件,应该考虑零件的滑移距离。,6)轴上各零件之间应该留有适当的间隙,以防止运转时相碰。,8)要为各零件的装拆保留一定的余地。,9)同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。,七、轴的结构工艺性,4、一根轴上的圆角、倒角尺寸应尽可能相同。,1、阶梯轴各轴段的直径不宜相差过大,一般取为510mm,或大于0.14d小。,2、为了便于切削加工,轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽,需车制螺纹的轴段应有退刀槽,且槽宽取相同的值。,3、一根轴上各键槽应开在同一母线上,若键槽的轴段直径相差不大时,应尽可能采用相同宽度的键槽,以减少换刀次数。,砂轮越程
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