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§5.1 概述 §5.2 轴的结构设计 §5.3 轴的强度计算 §5.4 轴的材料及选择 §5.5 轴的设计 §5.6 轴毂联接 PowerPoint PPT Presentation


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第 5 章 轴. §5.1 概述 §5.2 轴的结构设计 §5.3 轴的强度计算 §5.4 轴的材料及选择 §5.5 轴的设计 §5.6 轴毂联接. 5.1 概述. 轴的主要功用是 支承回转零件 及 传递运动 和 动力 。. 1. 按照承受载荷的不同,轴可分为:. 心 轴 ─只承受弯矩的轴,如火车车轮轴。. 传动轴 ─只承受扭矩的轴,如汽车的传动轴。. 转 轴─同时承受弯矩和扭矩的轴,如减速器的轴。. 2. 按照轴线形状的不同,轴可分为两大类 :. 直轴. 曲轴. 挠性轴. 3. 直轴根据外形的不同,可分为 :. 光轴.

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§5.1 概述 §5.2 轴的结构设计 §5.3 轴的强度计算 §5.4 轴的材料及选择 §5.5 轴的设计 §5.6 轴毂联接

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第5章 轴

§5.1 概述

§5.2 轴的结构设计

§5.3 轴的强度计算

§5.4 轴的材料及选择

§5.5 轴的设计

§5.6轴毂联接


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5.1 概述

轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。

1. 按照承受载荷的不同,轴可分为:

心 轴─只承受弯矩的轴,如火车车轮轴。

传动轴─只承受扭矩的轴,如汽车的传动轴。

转 轴─同时承受弯矩和扭矩的轴,如减速器的轴。

2.按照轴线形状的不同,轴可分为两大类:

直轴

曲轴

挠性轴


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3.直轴根据外形的不同,可分为:

光轴

阶梯轴

轴一般是实心轴,有特殊要求时也可制成空心轴,如航空发动机的主轴。


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5.2 轴的结构设计

轴通常由轴头、轴颈、轴肩、轴环、轴端及不装任何零件的轴段等部分组成。

轴颈

轴端

轴头

轴身

轴头


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轴的结构和形状取决于:

1. 轴的毛坯种类

2. 轴上作用力的大小及分布情况

3. 轴上零件的位置、配合性质以及联结固定的方法

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


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一、 轴的强度、刚度

轴的强度与工作应力的大小和性质有关。

因此在选择轴的结构和形状时应注意以下几个方面:

1. 使轴的形状接近于等强度条件,以充分利用材料的承载能力。


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2. 尽量避免各轴段剖面突然改变以降低局部应力集中,提高轴的疲劳强度。


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3. 改变轴上零件的布置,有时可以减小轴上的载荷。


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4. 改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。


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二、零件在轴上的固定

1. 轴向固定

零件在轴上的轴向定位要准确而可靠,以使其安装位置确定,能承受轴向力而不产生轴向位移方法取决于轴向力大小。

1)轴向力大:轴肩、轴环定位、螺母定位、套筒定位及轴端挡圈定位;

2)中等轴向力:套筒、圆螺母、轴端挡圈、圆锥销钉;

3)轴向力小:弹簧挡圈、挡环、紧定螺钉


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2. 周向固定

为了传递运动和转矩,防止轴上零件与轴作相对转动,轴上零件的周向固定必须可靠。常用的周向固定方法有键、花键、销和过盈配合等联接。

三、轴的加工和装配工艺性

  • 轴的形状要力求简单,阶梯轴的级数应尽可能少,

  • 轴上各段的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺

  • 寸应尽可能统一,以利于加工和检验


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  • 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

  • 当轴上有多处键槽时,应使各键槽位于轴的同

  • 一母线上

4. 为使轴便于装配,轴端应有倒角

  • 对于阶梯轴常设计成两端小中间大的形状,以

  • 便于零件从两端装拆

  • 轴的结构设计应使各零件在装配时尽量不接触

  • 其他零件的配合表面,轴肩高度不能妨碍零件

  • 的拆卸


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5.3 轴的强度计算

这种方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计算。在作轴的结构设计时,通常用这种方法初步估算轴径。

轴的扭转强度条件为:

实心轴的直径为:


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为了减少键槽对轴的削弱,可按以下方式修正轴径

二、轴的弯扭合成强度计算

★危险截面需要强度校核

★建立力学模型


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★具体计算步骤

(1)画出轴的空间力系图。将轴上作用力分解为水平面分力和垂直面分力,并求出水平面和垂直面的支点反力。

(2)分别作出水平免的弯矩图和垂直免上的弯矩图

(3)计算出合成弯矩 绘出合成弯矩图

(4)作出转矩(T)图

(5)计算当量弯矩 ,绘出当量弯矩图

(6)校核危险截面的强度。


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三、轴的刚度计算

1. 轴的弯曲刚度校核计算

轴的弯曲刚度以挠度y和偏转角θ来度量。

挠 度   y≤[y]

偏转角   θ≤[θ]

2. 轴的扭转刚度校核计算

轴的扭转刚度以扭转角来度量。


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5.4 轴的材料及选择

  轴的材料主要是碳钢和合金钢,钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件,各种热处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。

碳钢用于载荷较小或不重要场合,一般进行调质或正火处理;

合金钢用于传递大功率、要求减轻轴的重量和提高轴劲耐磨性时,一般进行淬火处理。


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5.5 轴的设计

一、 类比法

二、设计计算法

  • 1)根据轴的工作条件选择材料,确定许用应力。

  • 2)按扭转强度估算出轴的最小直径。

  • 3)设计轴的结构,绘制出轴的结构草图。包括

    (1)根据工作要求确定轴上零件的位置和固定方式;

    (2)确定各轴段的直径;

    (3)确定各轴段的长度

    (4)根据有关设计手册确定轴的结构细节,如圆角、倒角等尺寸

    4)按弯扭合成进行轴的强度校核。

    5)修改轴的结构后再进行校核计算。

    6)绘制轴的零件图


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5.6 轴毂联接

常用的轴毂联接有键联接、花键联接等。

轴毂联接主要是用来实现轴和轮毂之间的周向固定并用来传递运动和扭矩

一、键联接

1.平键联接

平键的两侧面是工作面,工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩,故定心性较好。


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分为普通平键、导向平键和滑键

1)普通平键:常用于静连接

普通平键按端部形状的不同可分为圆头(A型)、方头(B型)、半圆头(C型)三种


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2)导向平键和滑键

导向平键和滑键用于动联接。当轮毂需要在轴上沿轴向移动时可采用这种键联接。

滑 键

导向平键


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★ 平键的失效

平键联接工作时的主要失效形式为组成联接的键、轴和轮毂中强度较弱材料表面的压溃,极个别情况下也会出现键被剪断的现象。通常只须按工作面上的挤压强度进行计算。

★ 平键联接的挤压强度条件为

★导向平键强度条件为


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2.半圆键联接

键呈半圆形,其侧面为工作面,键能在轴上的键槽中绕其圆心摆动, 以适应轮毂上键槽的斜度,安装方便。常用与锥形轴端与轮毂的联接。


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普通楔键

勾头楔键

3.楔键联接

楔键的上、下表面为工作面,键的上表面与键槽底面均有1:100 的斜度。靠摩擦力和挤压传递扭矩。


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4.切向键

由两个斜度为1:100的楔键组成。一个切向键只能传递一个方向的转矩,传递双向转矩时,须用互成120°~135°角的两个键。


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5.花键联接

由轴和轮毂孔沿四周方向均部的多个键齿构成的联接称谓花键联接。

花键的标记为:

N(键数)×d(小径)×D(大径)×B(键槽宽)


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END


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传动轴

返回


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心轴

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曲轴

返回


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挠性曲轴

返回


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轴肩、轴环、套筒

返回

轴肩

轴环

轴肩、轴环:结构简单、可靠,能承受较大轴向力,应用广泛

套筒:一般用于轴上两零件间距离不大时,不宜用于高速轴


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螺母定位

止动垫圈

圆螺母

圆螺母

定位可靠、能承受较大的轴向力。但对轴的疲劳强度削弱较大,因此多用于轴端

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弹性档圈

结构简单、紧凑,只承受较小的轴向力,常用于固定滚动轴承。

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圆锥面定位;能承受冲击载荷,用于同心度要求较高的轴端零件

轴端挡圈:定位可知、装拆方便,能承受冲击载荷,用于固定轴端零件。

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锁紧挡圈:结构简单,不能承受大的轴向力,常用于光轴上零件的固定。

紧定螺钉:结构简单,轴上零件位置可调,轴向承载能力较小

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