第6章轴的设计.ppt
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1、主要内容 1、轴的结构设计:影响轴结构的因素;轴的台阶化设计;轴的设计步骤。 2、轴的强度与刚度计算:轴上载荷及应力分析;轴的强度计算、刚度计算等。 基本要求 1、了解轴的功用、类型、特点及应用。 2、掌握轴的结构设计方法。 3、掌握轴的三种强度计算方法:按扭转强度计算、按弯扭合成强度计算、按疲劳强度进 行安全系数校核计算。,第六章 轴的设计,一、轴设计概述,1. 轴的功用及分类,功用,支撑回转零件,传递运动和转矩,分类,心轴:只承受弯矩、不承受转矩,传动轴:主要承受转矩、不承受或承受很小弯矩,转轴:既承受弯矩、又承受转矩,转动心轴,固定心轴,按载荷分类,分类,按轴的外形分类,光轴,阶梯轴,直
2、径无变化,直径有变化,光轴,阶梯轴,空心轴,2. 轴的设计步骤,有特殊要求时,3. 轴的材料,(1) 碳素钢,优质碳素钢:35、45、50等,45钢使用最广泛,普通碳素钢:Q235A等,特点,强度、刚度、塑性和韧性等综合机械性能好,应力集中敏感性小,热处理后提高耐磨性、疲劳强度,(2) 合金钢,用于高速、重载、较重要的轴,常用40Cr、40MnB、20CrMnTi等,特点,对应力集中敏感性较大,强度和淬火性比碳素钢好,价格比碳素钢贵,注意,刚度与碳素钢相同 (两者弹性模量 E 相近),我国Cr、Ni 资源少,尽量用代用钢种,(如40MnB机械性能接近40Cr),(3) 球墨铸铁,以铁代钢,特点
3、,对应力集中敏感性较小,吸振性、耐磨性好,可以做成复杂形状,价廉,冲击韧性低、质量不易控制,毛坯,圆钢棒料 尺寸小的轴,锻造毛坯 尺寸较大或为提高强度的轴,焊接毛坯 大件锻造困难,铸造毛坯 形状复杂的轴、空心轴等,二、轴的结构设计,1. 轴的结构设计原则,满足强度、刚度、防振的要求,并通过,结构设计提高这些方面的性能,(2) 保证轴上零件定位且固定可靠,(3) 便于轴上零件装拆和调整,(4) 轴的加工工艺性好,2 轴的主要组成,轴颈 轴上被支承的部分。,轴头安装轮毂部分。,轴身联接轴颈和轴头的部分。,轴伸外伸的轴头。,轴肩或轴环阶梯轴上截面尺寸变化的部位,为了便于安装和拆卸,一般的转轴均为中间
4、大、两头小的阶梯轴。轴肩和轴环便于轴上零件的安装,常做为轴向定位、固定的手段,其高度取决于它的用途。,3. 轴上零件的轴向定位和固定,(1) 轴肩与轴环,轴的过渡圆角半径 r 零件毂孔倒角C,或圆角 R,轴肩高度 h C或R,(2)套筒,不宜用于较高转速的轴,不能有“过定位” L B,(3) 紧定螺钉,兼作周向固定,受力较小、不宜于高速轴,(4) 圆螺母和弹性档圈,螺纹应力集中严重、不宜,在轴的中间部位,用于轴向力较小的场合,圆螺母,弹性档圈,(5) 轴端档圈,用螺钉将档圈固定在轴的端面,要与轴肩或锥面配合、固定轴端零件,4. 轴上零件的周向固定,(1) 键,(2) 过盈配合,平键 使用最为广
5、泛,花键 承载能力较大,5. 轴的加工和装配工艺性,从装配观点 两头小中间粗,从承载观点 中间受弯矩大,退刀槽,越程槽,6. 提高轴强度与刚度的结构措施,(1) 减小轴的应力集中,避免轴的剖面尺寸剧变,过渡圆角半径不宜过小,减小过盈处应力集中开减载槽,凹切圆角,过渡肩环,(2) 改善轴的受力状况,合理布置零件位置,改变零件结构,改善轴的受力,车床输入轴卸载装置,7. 轴的结构改错,结构改错一,结构改错二,结构改错三,结构改错四,7. 轴的结构设计举例,确定各零件位置,初估dmin,确定各配合段直径,零件的轴向定位与固定,零件的周向固定,注意:键槽,过定位,密封,轴系结构举例1 在蜗轮传动中,为
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