机械设计--14轴.ppt
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1、第十四章 轴,14.1 轴的功用和类型 功用 轴用来支持旋转的机械零件,它既传递转矩又承受弯矩。,轴按其轴线的形状分为: 直轴、曲轴、挠性轴. 本章只研究直轴,类型,直轴,直轴,曲轴,挠性轴,14.1.1 直轴的分类,按照承受载荷的情况,直轴分: 1、转轴:工作时既承受弯矩又传递转矩的轴称为转轴。 2、心轴:用来支撑转动零件且只承受弯矩而不传递转矩的轴称为心轴。 又分:1)转动心轴、2)固定心轴。 3、传动轴:只传递转矩而不承受弯矩或承受弯矩很小的轴称为传动轴。,转轴,齿轮减速器中的轴,心轴,转动心轴,铁路车辆的轴,固定心轴,自行车前轴,传动轴,汽车传动轴,14.2 轴的材料,主要采用 1、碳
2、素钢: 特点:价格便宜;弹性模量E碳=E合金;对应力集中不太敏感。 例:35#;45#(最常用);50#。不重要的或受力较小的轴及 一般传动轴可使用Q235 Q275或普通碳素钢A3;A5。 热处理方法:调质或正火处理。 2 、合金钢: 特点:机械性能高;淬火性能高;对应力集中敏感。 例:常用的合金钢有 12CrNi2、12CrNi3、20Cr、40Cr 和38SiMnMo等。 热处理方法:调质和淬火 用途:要求减轻重量或提高耐磨性或高温或低温下工作的轴。无特殊要求时一般采用碳钢。,3 、铸铁: 特点:高强度铸铁和球墨铸铁有良好的工艺性,并具有价廉、吸振性和耐磨性好以及对应力集中敏感性小等优点
3、。 用途:适用于制造结构形状复杂的轴(如曲轴、凸轮轴等)。 轴的常用材料及其主要力学性能见表14-1. 4、轴的毛坯选择 当轴的直径较小而又不太重要时,可采用轧制圆钢; 重要的轴应当采用锻造坯件; 对于大型的低速轴,也可采用铸件。,14.3 轴的结构设计,传动零件必须被支承起来才能工作。轴就是用来支承传动零件的。轴本身也必须被支承起来,轴上被支承的部分称为轴颈,支承轴颈的支座称为轴承。 轮毂与轴之间的联接称为轴毂联接,常用的有键联接和花键联接,还有销联接、过盈配合联接等,这些联接均属于可拆联接。,轴的结构和形状取决于下面几个因素: (1)轴的毛坯种类: (2)轴上作用力的大小及其分布情况; (
4、3)轴上零件的位置、配合性质及其联接、固定的方法; (4)轴承的类型、尺寸和位置; (5)轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求。 可见,影响轴的结构与尺寸的因素很多,设计轴时要全面综合地考虑各种因素。 轴的结构设计是指使轴的各部分具有合理的结构、形状和尺寸的设计。 一般在进行轴的结构设计时的已知条件有:机器的装配简图,轴的转速,轴传递的功率,轴上零件的主要参数和尺寸等。,轴的结构设计的主要要求是: 1、满足使用要求: 、准确定位;轴和轴上零件要有准确的工作位置; 、固定要求:各零件要牢固、可靠地相对固定(周向固定,轴向固定); c、 尺寸合理性要求:轴各部分的直径和长度尺寸要合理。 2、良好
5、的结构工艺性: 、加工工艺性:所设计的轴便于加工; 、装配工艺性:轴上零件便于装拆 ; 3、提高轴的疲劳强度: 、改善受力状况,减少应力集中; 、改善轴的表面状态。,以减速器的高速轴为例说明,减速器高速轴结构图,14.3.1 满足使用要求,为实现轴的功能,必须保证轴上零件有准确的工作位置,要求轴上零件沿圆周方向和轴向固定。 1 、周向固定,键联接,花键联接,成形联接,弹性环联接,销联接,过盈配合联接,、轴向固定方法,对于标准件的定位尺寸要查有关标准件的标准。(如滚动轴承、联轴器等),()轴肩,(2) 套筒固定,(3) 圆螺母固定,(4) 轴端挡圈,(5) 弹性挡圈,(6) 紧定螺钉,(7)锥面
6、,装拆方便,可兼作周向固定。宜用于高速、冲击及对中性要求高的场合。只用于轴端。常与轴端挡圈联合使用,实现零件的双向固定。,14.3.2 良好的结构工艺性,退刀槽,越程槽,1、加工工艺性: 设计轴的过程中要考虑轴的加工过程和工作要求; 1)砂轮越程槽:便于安装轴承处的磨削加工,以改善粗糙度; 2)螺纹退刀槽:用于加工螺纹时有足够的退刀空间; 3)轴两端要有中心孔; 4)为便于轴的加工,同一轴上有多个键槽时,各键槽应设计在同一圆柱母线上,且尽量选用同一截面尺寸的键。,2、装配工艺性: 、常将轴设计成阶梯形阶梯轴。将轴设计成怎样的阶梯形,要看轴上零件的装、拆顺序。 、轴端倒角;为便于轴上零件装、拆,
7、在设计轴时要考虑加工倒角:450;360;600或采用过盈配合甚至导锥面。,14.3.3 提高轴的疲劳强度,1、减小应力集中 零件截面发生突变的地方都会产生应力集中现象。防止措施有: a 轴径变化处有过渡圆角; b 相邻两轴径相差不能太大,一般相差 5 10mm ; c 采用轴肩过渡和内凹圆角结构; d 避免在轴上开横孔,切口或凹槽; e 采用卸载槽。,过渡肩环,轴肩过渡和内凹圆角结构,内凹圆角,配合轴段上的卸载槽,轮毂上的卸载槽,2、改善轴的受力状况,合理布置轴上的零件可以改善轴的受力状况。 起重机卷筒中,大齿轮和卷筒应联成一体;当动力从两轮输出时,应将输入轮布置在中间。,合理布置轴上的零件
8、可以改善轴的受力状况。例如,下图所示为起重机卷筒的两种布置方案,图a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,故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩,在起重同样载荷W时,轴的直径可小于图b的结构。,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,如右图a所示,这时轴的最大转矩为T1;而在图b的布置中,轴的最大转矩为T1十T2。,14.3.4 各轴段直径和长度的确定,1、各段直径 与滚动轴承配合的轴颈的直径必须符合滚动轴承内径的标准系列 轴上车制螺纹部分的直径必须符合外螺纹大径的标准系列 安装联轴器的轴段直径必须与联轴器的内孔直径范围相适应 与非标准件(如齿轮、带轮等)相
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