机械设计基础(第六版)第14章高教版课稿.ppt

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zpofrp 2013-10-23 §14-1 轴的功用和类型 §14-2 轴的材料 §14-3 轴的结构设计 §14-4 轴的强度计算 §14-5 轴的刚度计算 §14-6 轴的临界转速的概念 第14章 轴 14-1 轴的功用和类型 一、轴的功用 用来支撑旋转的机械零件,如齿轮、带轮、链轮、凸轮 类型 转轴---传递扭矩又承受弯矩 按承受载荷分 二、轴的分类 按轴的形状分 传动轴---只传递扭矩 心轴---只承受弯矩 直轴 曲轴 挠性钢丝轴 1. 转轴 组成:轴颈、轴头、轴身; 特点:传递扭矩又承受弯矩。 带式运输机 减速器 电动机 转轴 14-1 轴的功用和类型 14-1 轴的功用和类型 2. 传动轴 组成:轴颈、轴头、轴身; 特点:只传递扭矩,不承受弯矩或弯矩很小。 发动机 后桥 传动轴 14-1 轴的功用和类型 3. 心轴 分类:固定心轴、转动心轴; 特点:只承受弯矩,不传递扭矩。 14-1 轴的功用和类型 1. 直轴 分类:阶梯轴、光轴; 2. 曲轴 14-1 轴的功用和类型 3. 挠性钢丝轴 由几层紧贴在一起的钢丝层构成,可以把转矩和旋转运动灵活地传到任何位置,常用于振捣器等设备中。 14-1 轴的功用和类型 三、轴设计中的主要问题 1) 合理选择材料 2) 轴的结构设计 3) 轴的工作能力设计(强度和刚度设计) 必须先进行结构设计,然后才能进行工作能力的核算。 4) 轴的结构形状和尺寸确定 14-1 轴的功用和类型 一、轴的失效:多为疲劳损坏 二、轴的材料要求:足够的疲劳强度、 对应力集中的敏感性小、以及良好的加工性能等。 碳素钢:35、45、50钢(优质碳素钢: 一般正火); Q235、Q275(普通碳素钢:不重要或者受力较小) 合金钢:40CrNi、38CrMoAlA;20Cr、20CrMnTi; (重载、要求减轻重量时、要求提高耐磨性;淬火、调质) 球墨铸铁:铸铁 QT、合金铸铁、形状复杂轴 14-2 轴的材料 钢种和热处理对弹性模量影响很小,对增大轴刚度无效 (增大轴径、减小跨距) 合金钢强度高,但对应力集中敏感,如果结构上和表面上 不注意,轴强度得不到改善 14-3 轴的结构设计 设计任务:使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。 设计要求: 1. 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;(定位) 3. 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。 轴端挡圈 带轮 轴承盖 套筒 齿轮 滚动轴承 典型轴系结构 ④ 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。零件的安装次序 一、制造安装要求 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。 ② ③ ⑥ ⑦ ① ⑤ ① 倒角 14-3 轴的结构设计 零件的轴向定位由轴肩或套筒来实现。 二、轴上零件的定位 轴肩----阶梯轴上截面变化之处。起轴向定位作用。 轴肩 套筒 14-3 轴的结构设计 轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。 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间的轴肩和轴端当圈。 双向固定 14-3 轴的结构设计 无法采用套筒或套筒太长时,可采用双圆螺母加以固定。 轴肩的尺寸要求: r C1 或 r R b≈1.4h(与滚动轴承相配合处的h和b值,见轴承标准) D d r R 轴端挡圈 双圆螺母 D d C1 r h≈(0.07d+3)~(0.1d+5)mm 装在轴端上的零件往往采用轴端挡圈固定。 h h C1 D d r D d r R b 14-3 轴的结构设计 h h 轴向力较小时,可采弹性挡圈或紧定螺钉来实现。 周向固定大多采用键、花键、或过盈配合等联接形式来实现 键槽应设计成同一加工直线 14-3 轴的结构设计 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。 Q 方案 a Q 方案b 输出 输出 输入 输出 输出 输入 Tmax= T1+T2 Tmax = T1 1. 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。 T2 T1 T1+T2 T1 T1+T2 T2 合理 不合理 T 14-3 轴的结构设计 R d d

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