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1、第十六章 轴,16.1 概述,轴是用来支承回转运动的零件，并传递运动和动力。,16.1.1 轴的分类,轴,曲轴,直轴,按所受载荷性质分类,按外形分类,心轴：,只承受弯矩,传动轴：,只承受转矩,转轴：,即承受弯矩又承受转矩,光轴,阶梯轴,实心轴,空心轴,轴的分类,轴的分类,轴的分类,轴的分类,轴的分类,轴的分类,轴的分类,轴的分类,火车轮轴,减速器中的轴,汽车变速器至后桥的传动轴,自行车轴,,轴的主要材料,常用的优质碳素钢有,,30,、,40,、,45,、和,50,钢，,,其中,45,钢,应用最多,碳素钢,合金钢,常用的合金钢有,20Cr,、,40Cr,、,35SiMn,和,35CrMo,等,
2、16.1.2 轴的材料,对轴材料的要求,,除具有足够的强度外，还应具备足够的塑性、冲击韧性、抗磨损性和抗腐蚀性；对应力集中的敏感性小；具有良好的工艺性；能通过各种热处理方式提高轴的疲劳强度。,16.1.3 轴的设计问题,1,.,设计计算,2,.,结构设计,1） 轴在机器中的安装位置及形式,,2） 轴上安装零件的类型、尺寸、数量及和轴的联接方法,,3） 载荷的性质、大小、方向及分布情况,,4） 轴的加工工艺,影响轴的结构的主要因素：,1.,强度问题,—,防止轴发生疲劳断裂,2.,刚度问题,—,防止轴发生过大的弹性变形,3.,振动稳定性问题,—,防止轴发生共振,轴颈 － 与轴承相配的,部分；
3、,轴头 －,与轮毂相配的,部分；,轴身 －,连接轴颈与轴,头部分；,轴颈,,轴头,,轴身,,轴的结构应满足的基本要求：,,,1.,轴与装在轴上的零件要有准确的工作位置,,,2.,轴上的零件应便于装拆和调整,,,3.,轴应具有良好的制造工艺性,,,4.,轴应满足特定场合的特定要求,16.2,轴的结构设计,结构设计步骤：,1,.,拟定轴上零件的装配方案,定位 － 使轴上零件处于正确的工作位置；,固定 － 使轴上零件牢固地保持这一位置。,目的 － 防止轴上零件工作时发生轴向蹿动。,2,.,确定轴的基本直径和各段长度,轴 肩,3,.,轴上零件的轴向定位,定位方法简单、可靠，可传递较大的轴向力，
4、但轴的毛坯直径较大，且轴肩处有较大的应力集中。,轴端挡圈,弹性挡圈,圆 螺 母,锥 面,用于轴上两零件距离较远时，或轴端。,需切制螺纹，削弱了轴的强度。,需切环槽，削弱了轴的强度。,承受不大的轴向力。,用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。,常与轴端挡圈配合使用。,套 筒,对轴上零件起固定作用。,常用于近距离的两个零件间的固定。,紧定螺钉,锁紧挡圈,,注意：,采用这些方法固定轴上零件时，为保证固定可靠，,应使：与轮毂相配的轴段长度比轮毂宽度,短,2,～,3 mm,，,即,：,l,＝,B,- (2~3),轴上零件的周向固定的目的 － 防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。,4
5、,.,轴上零件的周向定位,零件在轴上的周向固定,零件在轴上的周向固定,零件在轴上的周向固定,零件在轴上的周向固定,零件在轴上的周向固定,零件在轴上的周向固定,问题：,滚动轴承是否需要用键作周向固定？,5,.,轴的结构工艺性,1） 为了使轴上零件与轴肩端面紧密贴合，应保证轴的圆角半径,r,a,、,轮毂孔的倒角高度,C（,或圆角半径,r）、,轴肩高度,a,之间有下列关系：,r,a,
6、滚动轴承的定位轴肩 － 查标准,,2） 为了便于装配零件，需去毛刺，轴端应制出45º倒角。,,3） 当轴的某段需磨削加工或有螺纹时，需留出砂轮越程槽或退刀槽。,,4） 当轴上有两个以上的键槽时，槽宽应尽可能统一，并置于同一直线上。,,5,）避免过定位。,结构设计示例,轴系设计举例,请完成如图所示的轴系设计。,请选择齿轮的装配方向,,轴系设计举例,轴系结构改错,图中有一处错误，,,请改正。,错误原因,,r>C,使得轴上零件与轴肩的配合不够紧密。,轴系结构改错,图中有四处错误，,,请改正。,错误原因,4.,圆螺母无法装入。,1.,轴肩太高，滚动,,轴承无法拆卸。,2.,轴上未留退刀槽,,，不
7、便于螺纹加工。,3.,轴承左边造成过定位。,轴系结构改错,图中有三处错误，,,请改正。,错误原因,3.,滚动轴承内圈与轴的配合,,为过盈配合，无需键联接。,1.,轮毂上键槽未开通，零件,,无法装入。,2.,套筒无法装入应改为轴肩。,轴系结构改错,错误原因,图中有三处错误，,,请改正。,3.,同一轴上的两个平,,键应布置在同一母线，,,否则不便于轴的加工。,,1.,键太长，右端套筒,,无法装入。,2.,轮毂上键槽未开通，,,右端齿轮无法装入。,16.3 轴的强度计算,,许用切应力计算：,仅仅（或主要）用于传递扭矩的轴（传动轴）；粗步估算转轴的最小轴径；不重要的轴,或,计算公式,轴完成结构设计后，
8、轴上零件的位置均以确定，则外载荷和支点反力的作用点也随之而定。画出轴的空间受力简图后，即可进行强度计算，其计算步骤如下：,,1.,将轴上作用力分解为水平面受力图和垂直面受力图,,,求出水平面上和垂直面上的支点反力。,,2.,分别作出 水平面上的弯矩,M,H,图,和垂直面上的弯矩,M,V,图,。,3.,作出合成弯矩 图。,4.,作出转矩,T,图。,5.,计算当量弯矩,，,画出当量弯矩图。,许用弯曲应力计算：,用于转轴,当转矩稳定不变时，,；当转矩脉动变化时，,，当转矩对称变化时（轴频繁正反转），,其中,、,、,分别为静应力、脉动应力、和对称,应力下轴的许用弯曲应力，单位
9、均为,Mpa,,,其值见表。,6.,校核危险截面的强度。,或,式中,W---,轴的抗弯截面 系数。,安全系数校核计算：,用于重要轴,轴的设计步骤总结,,1,．确定轴上零件装配方案,,2,．确定轴上零件定位方式,,,3,．确定各轴段直径,,,4,．确定各轴段长度,,,5,．确定轴的结构细节,,,6,．确定轴的加工精度、尺寸公差、形位公差、配合、表面粗糙度及技术要求,,,7,．画出轴的工作图,,16.6,提高轴的强度、刚度和减轻重量的措施,1.,减少应力集中,（,1,） 尽量避免截面形状的突然变化，在截面尺寸变化处尽量采用较大的过度圆角。,,（,2,） 用盘铣刀要比用端铣刀铣出的键槽应力集中小。,（,3,） 过盈配合的轴，可通过增大配合处的直径、在轴上或轮毂上开减荷槽等来减小应力集中。,（,4,） 打穿的销孔比未打穿的销孔的应力集中小。,2.,改善表面品质,可采用表面强化处理。如碾压、喷丸、氮化、渗碳、淬火等方法,,3.,改善轴的受力情况,工程应用,工程应用,工程应用,工程应用,工程应用,工程应用,工程应用,工程应用,,工程应用,,工程应用,,工程应用,,工程应用,,工程应用,,工程应用,,工程应用,,
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