轴及其联接学习.pptx
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1、长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 设计:潘存云14-1 概述概述 功用:功用:用来支撑旋转的机械零件,如齿轮、带轮、用来支撑旋转的机械零件,如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。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:分类:按轴的形状分有 带式运输机减速器电动机转轴第1页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 14-1 概述概述 功用:功用:用来支撑旋转的机械零件,如齿轮、带轮、用来支撑旋转的机械零件,如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。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:分类:按轴的形状分有 传动轴只传递扭矩发动机后桥传动轴第2页/共40页长沙航空职
2、院专用 作者:潘存云教授 设计:潘存云14-1 概述概述 功用:功用:用来支撑旋转的机械零件,如齿轮、带轮、用来支撑旋转的机械零件,如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。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:分类:按轴的形状分有传动轴只传递扭矩心轴只承受弯矩前轮轮毂固定心轴火车轮轴车厢重力 前叉自行车前轮轴支撑反力转动心轴第3页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 14-1 概述概述 功用:功用:用来支撑旋转的机械零件,如齿轮、带轮、用来支撑旋转的机械零件,如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。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:分类:按轴的形状分有
3、传动轴只传递扭矩心轴只承受弯矩直轴第4页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 14-1 概述概述 功用:功用:用来支撑旋转的机械零件,如齿轮、带轮、用来支撑旋转的机械零件,如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。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: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曲轴第5页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 设计:潘存云本章只研究直轴14-1 概述概述 功用:功用:用来支撑旋转的机械零件,如齿轮、带轮、用来支撑旋转的机械零件,如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。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:分类
4、:按轴的形状分有传动轴只传递扭矩心轴只承受弯矩直轴曲轴挠性钢丝轴设计任务:选材、结构设计、强度和刚度设计、确 定尺寸等第6页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 设计:潘存云设计任务:设计任务:使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。14-2 轴的结构设计轴的结构设计设计要求:设计要求:1.轴应便于制造,轴上零件要易于装拆;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;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;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。改善应力状况
5、,减小应力集中。轴端挡圈带轮轴承盖套筒齿轮滚动轴承设计:潘存云典型轴系结构第7页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 设计:潘存云装零件的轴端应有倒角,需要磨削的轴端有砂轮越程槽,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。车螺纹的轴端应有退刀槽。设计:潘存云 为便于轴上零件的装拆,一般轴都做成从轴端逐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。渐向中间增大的阶梯状。零件的安装次序一、制造安装要求一、制造安装要求倒角倒角取值见P119第8页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 设计:潘存云零件的零件的轴向定位轴向定位由轴肩或套筒
6、来实现。由轴肩或套筒来实现。二、轴上零件的定位二、轴上零件的定位 4、5间的轴肩使齿轮在轴上定位,1、2间的轴肩使带轮定位,6、7间的轴肩使右端滚动轴承定位。设计:潘存云轴肩轴肩阶梯轴上截面变化之处。阶梯轴上截面变化之处。起轴向定位作用。轴肩套筒1212第9页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 设计:潘存云设计:潘存云轴向固定轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。三、轴上零件的固定三、轴上零件的固定齿轮受轴向力时,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
7、轴肩和轴端当圈。双向固定双向固定第10页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 设计:潘存云设计:潘存云设计:潘存云设计:潘存云无法采用套筒或套筒太长时,可采用无法采用套筒或套筒太长时,可采用双圆螺母双圆螺母加以固定。加以固定。轴肩的尺寸要求轴肩的尺寸要求:r C1 或或 r Rb1.4h(与滚动轴承相配合处的h和b值,见轴承标准)DdrR轴端挡圈轴端挡圈双圆螺母双圆螺母DdC1rh(0.07d+3)(0.1d+5)mm装在轴端上的零件往往采用装在轴端上的零件往往采用轴端挡圈轴端挡圈固定。固定。C1Ddr取值见P119DdrRhhb第11页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 设
8、计:潘存云设计:潘存云设计:潘存云设计:潘存云轴向力较小时,轴向力较小时,可采弹性挡圈或紧定螺钉来实现。可采弹性挡圈或紧定螺钉来实现。周向固定周向固定大多采用键、花键、或过盈配合等联接形大多采用键、花键、或过盈配合等联接形式来实现。式来实现。为了加工方便,键槽应设计成同一加工直线上,且紧可能采用同一规格的键槽截面尺寸。键槽应设计成同一加工直线键槽应设计成同一加工直线第12页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 设计:潘存云设计:潘存云设计:潘存云TTTTTQ方案b 四、改善轴的受力状况,减小应力集中四、改善轴的受力状况,减小应力集中 图示为起重机卷筒两种布置方案。A图中大齿轮和卷筒联成
9、一体,转距经大齿轮直接传递给卷筒,故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩。图b中轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷相同时,图a结构轴的直径要小。输出输出输入Tmax=T1+T2Tmax=T11.改善受力状况改善受力状况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。T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理合理不合理不合理 TTQ方案 a输出输出输入FtFt第13页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 设计:潘存云设计:潘存云设计:潘存云设计:潘存云Rdd/430 2.减小应力集中减小应力集中合金钢对应力集中比较敏感,应加以注意。合金钢对应力集中比较敏感,应加以注意。应力集中出现在截
10、面突然发生变化的。应力集中出现在截面突然发生变化的。措施:措施:1.用圆角过渡;用圆角过渡;2.尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽;3.重要结构可增加卸载槽重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、过渡肩环、凹切圆角、增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。过渡肩环过渡肩环r凹切圆角凹切圆角B卸载槽 也可以在轮毂上增加卸载槽B位置d/4第14页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 14-3 轴的强度计算轴的强度计算 一、一、按扭转强度计算按扭转强度计算 轴的强度设计应根据轴的承载情况,采用相应的计算方法,
11、常用方法有两种。对于只传递扭转的圆截面轴,强度条件为对于只传递扭转的圆截面轴,强度条件为 设计公式为设计公式为 对于既传递扭转又传递弯矩的轴,可按上式初步估算轴的直径。对于既传递扭转又传递弯矩的轴,可按上式初步估算轴的直径。计算结果为计算结果为 最小直径!最小直径!解释各符号的意义及单位轴的材料 A3,20 35 45 40Cr,35SiMn(N/mm)1220 2030 3040 4052C 160135 135118 118107 10792表14-1 常用材料的值和C值注:当作用在轴上的弯矩比传递的转矩小或只传递转矩时,C取较小值;否则取较大值应圆整为应圆整为 标准直径!标准直径!第15
12、页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 设计:潘存云设计:潘存云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。因因b和和的循环特性不同,的循环特性不同,折合后得折合后得二、二、按弯扭合成强度计算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。强度条件为强度条件为 l1l弯曲应力弯曲应力 扭切应力扭切应力 代入得代入得 W抗弯截面系数;抗弯截面系数;WT 抗扭截面系数;抗扭截面系数;-折合系数折合系数Me-当量弯矩当量弯矩第16页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授
13、 材 料 b +1b 0b -1b 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75 900 300 140 80 1000 330 150 90 500 120 70 40 400 100 5 0 30表14-2 轴的许用弯曲应力 碳素钢合金钢铸钢折合系数取值折合系数取值 =0.3 转矩不变;转矩不变;0.6 脉动变化;脉动变化;1 频繁正反转。频繁正反转。静应力状态下的许用静应力状态下的许用弯曲应力弯曲应力设计公式设计公式 第17页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 折合系数取值折合系数
14、取值 =0.3 转矩不变;转矩不变;0.6 脉动变化;脉动变化;1 频繁正反转。频繁正反转。设计公式设计公式 材 料 b +1b 0b -1b 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75 900 300 140 80 1000 330 150 90 500 120 70 40 400 100 5 0 30表14-2 轴的许用弯曲应力 碳素钢合金钢铸钢脉动循环状态下的许用脉动循环状态下的许用弯曲应力弯曲应力第18页/共40页长沙航空职院专用 作者:潘存云教授 折合系数取值折合系数取值 =0.3 转
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