考研備考期末復(fù)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第14章軸

1、 第第1414章章 軸軸14-1 軸的功用和分類(lèi)軸的功用和分類(lèi)14-2 軸的材料及選擇軸的材料及選擇14-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14-4 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算14-5 軸的剛度設(shè)計(jì)軸的剛度設(shè)計(jì) 工程實(shí)際中的軸工程實(shí)際中的軸-光軸光軸機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 工程實(shí)際中的軸工程實(shí)際中的軸-花鍵軸花鍵軸機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 工程實(shí)際中的軸工程實(shí)際中的軸-齒輪軸齒輪軸機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 工程實(shí)際中的軸工程實(shí)際中的軸-軸系軸系機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 工程實(shí)際中的軸工程實(shí)際中的軸-心軸心軸機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 工程實(shí)際中的軸工程

2、實(shí)際中的軸-空心軸空心軸機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 工程實(shí)際中的軸工程實(shí)際中的軸-空心軸空心軸機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 工程實(shí)際中的軸工程實(shí)際中的軸-汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 14-1 軸的功用及分類(lèi)軸的功用及分類(lèi)一、一、軸的功用軸的功用二、軸的分類(lèi)二、軸的分類(lèi)按承載情況分按承載情況分轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩支承傳動(dòng)零件支承傳動(dòng)零件傳遞運(yùn)動(dòng)和力傳遞運(yùn)動(dòng)和力心軸心軸只承受彎矩只承受彎矩固定心軸固定心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸 只承受轉(zhuǎn)矩只承受轉(zhuǎn)矩按軸線(xiàn)形狀分按軸線(xiàn)形狀分直軸直軸曲軸曲軸鋼絲軟軸鋼絲軟軸機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

3、 - 軸軸 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸帶式運(yùn)輸機(jī)帶式運(yùn)輸機(jī)減速器減速器電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 心軸心軸固定心軸固定心軸只承受彎矩只承受彎矩機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 心軸心軸 轉(zhuǎn)動(dòng)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸只承受彎矩只承受彎矩機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸發(fā)動(dòng)機(jī)后橋只傳遞轉(zhuǎn)矩只傳遞轉(zhuǎn)矩機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 直軸直軸光軸光軸階梯軸階梯軸機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 曲軸曲軸機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 鋼絲軟軸鋼絲軟軸機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 n工作能力的設(shè)計(jì)工作能力的設(shè)計(jì)n強(qiáng)度強(qiáng)度-保證安全使用保證安全使

4、用n剛度剛度-保證工作精度保證工作精度n振動(dòng)穩(wěn)定性振動(dòng)穩(wěn)定性-保證高速軸正常工作保證高速軸正常工作n結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、軸設(shè)計(jì)的內(nèi)容三、軸設(shè)計(jì)的內(nèi)容機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 四、軸的設(shè)計(jì)步驟四、軸的設(shè)計(jì)步驟選擇材料選擇材料初算軸徑初算軸徑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度、剛度計(jì)算強(qiáng)度、剛度計(jì)算確定軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定軸的結(jié)構(gòu)尺寸繪圖繪圖NY機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 14-2 軸的材料及其選擇軸的材料及其選擇n一般用途的軸：一般用途的軸：n優(yōu)質(zhì)中碳鋼優(yōu)質(zhì)中碳鋼-30、40、45、50n次要的軸：次要的軸：Q235、Q255、Q275n重要的軸：重要的軸：合金鋼合金鋼n耐磨性要求高：耐磨性要求

5、高：12CrNi、20Cr、20CrMnTi等等低碳合金鋼，軸頸滲碳淬火低碳合金鋼，軸頸滲碳淬火n高速重載：高速重載：40Cr、40CrNi、35CrMo等合金鋼，等合金鋼，表面淬火、調(diào)質(zhì)表面淬火、調(diào)質(zhì)n形狀復(fù)雜的軸：形狀復(fù)雜的軸：QT600、ZG45機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 1、內(nèi)容：、內(nèi)容：確定軸的外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸確定軸的外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸2、要求：、要求：n軸和軸上零件要準(zhǔn)確定位軸和軸上零件要準(zhǔn)確定位,可靠固定；可靠固定；n軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；n軸應(yīng)具有良好的制造工藝性；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性；n結(jié)構(gòu)上要有利于提高軸的強(qiáng)度、剛度，盡結(jié)構(gòu)上要有

6、利于提高軸的強(qiáng)度、剛度，盡量減少應(yīng)力集中；量減少應(yīng)力集中；一、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求一、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸14 -3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 二、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本問(wèn)題二、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本問(wèn)題1.擬定軸上零件裝配方案擬定軸上零件裝配方案2.軸上零件的定位軸上零件的定位3.各段軸直徑和長(zhǎng)度的確定各段軸直徑和長(zhǎng)度的確定4.軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)工藝性5.提高軸的強(qiáng)度和剛度的措施提高軸的強(qiáng)度和剛度的措施機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 1. 擬定軸上零件裝配方案擬定軸上零件裝配方案方案（一）方案（一）機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 方案（二）方案（二）

7、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 n軸肩或軸環(huán)軸肩或軸環(huán)n套筒套筒n彈性擋圈彈性擋圈n圓螺母加止動(dòng)墊圈、雙圓螺母圓螺母加止動(dòng)墊圈、雙圓螺母n緊定螺釘、鎖緊擋圈、銷(xiāo)釘緊定螺釘、鎖緊擋圈、銷(xiāo)釘n軸端擋圈軸端擋圈n圓錐面圓錐面2. 軸上零件的定位和固定軸上零件的定位和固定機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸軸向定位和固定軸向定位和固定 1）軸肩、軸環(huán)）軸肩、軸環(huán)軸肩軸肩軸環(huán)軸環(huán)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 r C 或或 r RDdrRCDdr或或h(0.070.1)dCRb一般，定位軸肩：一般，定位軸肩：h (35）mm非定位軸肩非定位軸肩:h (0.51)mmhh軸肩、軸環(huán)的尺寸要求軸肩、軸

8、環(huán)的尺寸要求機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 2）套筒）套筒機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 3）圓螺母加止動(dòng)墊片）圓螺母加止動(dòng)墊片固定可靠固定可靠, ,裝拆方便；裝拆方便；可承受較大軸向力；可承受較大軸向力；但螺紋對(duì)軸削弱較大但螺紋對(duì)軸削弱較大. .機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, ,只能承受很小的軸向力只能承受很小的軸向力4）彈性擋圈）彈性擋圈特點(diǎn)：特點(diǎn)：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 5）緊定螺釘）緊定螺釘適用于軸向力很小適用于軸向力很小, ,轉(zhuǎn)速很低轉(zhuǎn)速很低或?yàn)榉乐沽慵既谎剌S向滑動(dòng)的場(chǎng)合或?yàn)榉乐沽慵既谎剌S向滑動(dòng)的場(chǎng)合可用于周向固定可用于周向固定機(jī)械設(shè)計(jì)

9、基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 適用于固定軸端零件適用于固定軸端零件6）軸端擋圈）軸端擋圈機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 7）圓錐面定位）圓錐面定位能消除軸與輪轂間的徑向間隙；能消除軸與輪轂間的徑向間隙；裝拆較方便裝拆較方便, ,對(duì)中性好對(duì)中性好, ,可兼作周向固定；可兼作周向固定；但加工較困難但加工較困難機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 n鍵鍵n花鍵花鍵n銷(xiāo)銷(xiāo)n過(guò)盈聯(lián)接、成型聯(lián)接過(guò)盈聯(lián)接、成型聯(lián)接周向定位和固定周向定位和固定機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 裝拆方便，互換性好，但對(duì)軸強(qiáng)度有削弱裝拆方便，互換性好，但對(duì)軸強(qiáng)度有削弱1）鍵鍵機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 2）花鍵花鍵精度

10、要求較高，定心性好，拆裝方便，精度要求較高，定心性好，拆裝方便，但制造需用專(zhuān)用設(shè)備和工具。但制造需用專(zhuān)用設(shè)備和工具。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 q 有配合要求的軸段注意配合零件的要求，采用有配合要求的軸段注意配合零件的要求，采用標(biāo)準(zhǔn)直徑標(biāo)準(zhǔn)直徑；q 與標(biāo)準(zhǔn)件配合的軸段采用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值，例如：滾動(dòng)軸承、與標(biāo)準(zhǔn)件配合的軸段采用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值，例如：滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器、密封裝置，應(yīng)滿(mǎn)足聯(lián)軸器、密封裝置，應(yīng)滿(mǎn)足裝配尺寸要求裝配尺寸要求。3.各軸段尺寸的確定各軸段尺寸的確定機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸1）各軸段直徑的確定各軸段直徑的確定 q 滾動(dòng)軸承定位軸肩高度必須低于內(nèi)圈端面高度，以便于拆滾

11、動(dòng)軸承定位軸肩高度必須低于內(nèi)圈端面高度，以便于拆卸。卸。各軸段直徑的確定各軸段直徑的確定機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 主要依據(jù)：主要依據(jù)：n軸上零件的軸向尺寸軸上零件的軸向尺寸n軸上零件的裝拆和軸向固定軸上零件的裝拆和軸向固定轂比軸長(zhǎng)轂比軸長(zhǎng)23mm 2）各軸段長(zhǎng)度的確定各軸段長(zhǎng)度的確定Ld23mm機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 n軸肩直徑較小的一邊需磨削或車(chē)削螺紋時(shí)，須留出砂軸肩直徑較小的一邊需磨削或車(chē)削螺紋時(shí)，須留出砂輪越程槽、退刀槽；輪越程槽、退刀槽；4. 軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)工藝性 軸端應(yīng)制出軸端應(yīng)制出45的倒角；的倒角；砂輪越程槽砂輪越程槽退刀槽退刀槽45 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)

12、械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 n 一根軸上的圓角盡可能統(tǒng)一，退刀槽、越程槽、倒角一根軸上的圓角盡可能統(tǒng)一，退刀槽、越程槽、倒角盡量取同樣尺寸；盡量取同樣尺寸；n 不同軸段的鍵槽寬度盡可能一致，并布置在同一母線(xiàn)上；不同軸段的鍵槽寬度盡可能一致，并布置在同一母線(xiàn)上；4. 軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)工藝性n 軸段的階梯數(shù)量要盡可能少。軸段的階梯數(shù)量要盡可能少。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 Tmax= T1Tmax = T2T3T2T1T2T1T3合理不合理 5. 提高軸的強(qiáng)度和剛度的措施提高軸的強(qiáng)度和剛度的措施1)合理布置傳動(dòng)零件位置，以減小軸上載荷合理布置傳動(dòng)零件位置，以減小軸上載荷輸入T1輸出T2輸出

13、T3輸入T1輸出T3輸出T2機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 2)改進(jìn)軸上零件結(jié)構(gòu)，以減小軸上載荷改進(jìn)軸上零件結(jié)構(gòu)，以減小軸上載荷QQ合理不合理 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 (1)軸結(jié)構(gòu)要盡量避免突然變化，增大過(guò)渡圓角半徑。軸結(jié)構(gòu)要盡量避免突然變化，增大過(guò)渡圓角半徑。3)改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中r內(nèi)凹圓角內(nèi)凹圓角隔離環(huán)隔離環(huán)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 (2) 軸與輪轂為過(guò)盈配合時(shí)，配合邊緣會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，軸與輪轂為過(guò)盈配合時(shí)，配合邊緣會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，為了減小應(yīng)力集中，可在軸或轂上開(kāi)卸荷槽，或加大配合部為了減小應(yīng)力集中，可在軸或轂上開(kāi)卸荷

14、槽，或加大配合部分直徑；分直徑；機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 表面強(qiáng)化處理，方法有：表面高頻淬火等表面強(qiáng)化處理，方法有：表面高頻淬火等熱處理；表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)熱熱處理；表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)熱處理；輾壓、噴丸等強(qiáng)化處理；處理；輾壓、噴丸等強(qiáng)化處理； 合理減小軸的表面及圓角處的加工粗糙度合理減小軸的表面及圓角處的加工粗糙度值。值。4)改進(jìn)軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強(qiáng)度改進(jìn)軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強(qiáng)度機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 66339.55 109.55 100.216TPPTnndWd 6339.55 100.2Pdn -設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)公式一一、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算

15、、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算 14-4 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： 639.55 10 /(0.2)C 令令3nPCd 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖(即力學(xué)模型即力學(xué)模型)，求支承反力，求支承反力二、按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算二、按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算1)軸的載荷簡(jiǎn)化軸的載荷簡(jiǎn)化將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力，作用在輪轂寬將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力，作用在輪轂寬度的中點(diǎn)；度的中點(diǎn)；作用在軸上的扭矩從傳動(dòng)件輪轂寬度中點(diǎn)算起；作用在軸上的扭矩從傳動(dòng)件輪轂寬度中點(diǎn)算起；忽略上零件的自重及軸承中的摩擦力。忽略上零件的自重及軸承中的摩擦力

16、。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 2）軸的支承簡(jiǎn)化）軸的支承簡(jiǎn)化l3lee與軸承的寬與軸承的寬徑比有關(guān)徑比有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 FtFaFtFrFH2FH1MHFrFaMV1BACDFV2MHFV1FV1MV2M1M2MVTTFV1FV1FH1FV2FH2M=水平面受力圖水平面受力圖水平面彎矩圖水平面彎矩圖垂直面受力圖垂直面受力圖垂直面彎矩圖垂直面彎矩圖合成彎矩圖合成彎矩圖扭矩圖扭矩圖TT作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖22HVMM 畫(huà)出垂直面受力圖畫(huà)出垂直面受力圖及彎矩圖及彎矩圖MV畫(huà)出水平面受力圖畫(huà)出水平面受力圖及彎矩圖及彎矩圖MH畫(huà)出合成彎矩圖畫(huà)出合成彎矩圖M畫(huà)出扭矩圖畫(huà)出扭矩圖T計(jì)算步驟計(jì)算步驟機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 軸軸 33320.1MMMWdd 30.22TTTTWdW 校核軸的強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度22eMTW 224eb彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力靜應(yīng)力靜應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱(chēng)循環(huán)變