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1、第十六章 軸,16.1 概述,軸是用來支承回轉運動的零件，并傳遞運動和動力。,16.1.1 軸的分類,軸,曲軸,直軸,按所受載荷性質分類,按外形分類,心軸：,只承受彎矩,傳動軸：,只承受轉矩,轉軸：,即承受彎矩又承受轉矩,光軸,階梯軸,實心軸,空心軸,軸的分類,軸的分類,軸的分類,軸的分類,軸的分類,軸的分類,軸的分類,軸的分類,火車輪軸,減速器中的軸,汽車變速器至后橋的傳動軸,自行車軸,,軸的主要材料,常用的優質碳素鋼有,,30,、,40,、,45,、和,50,鋼，,,其中,45,鋼,應用最多,碳素鋼,合金鋼,常用的合金鋼有,20Cr,、,40Cr,、,35SiMn,和,35CrMo,等,
2、16.1.2 軸的材料,對軸材料的要求,,除具有足夠的強度外，還應具備足夠的塑性、沖擊韌性、抗磨損性和抗腐蝕性；對應力集中的敏感性??；具有良好的工藝性；能通過各種熱處理方式提高軸的疲勞強度。,16.1.3 軸的設計問題,1,.,設計計算,2,.,結構設計,1）? 軸在機器中的安裝位置及形式,,2）?軸上安裝零件的類型、尺寸、數量及和軸的聯接方法,,3）? 載荷的性質、大小、方向及分布情況,,4）? 軸的加工工藝,影響軸的結構的主要因素：,1.,強度問題,—,防止軸發生疲勞斷裂,2.,剛度問題,—,防止軸發生過大的彈性變形,3.,振動穩定性問題,—,防止軸發生共振,軸頸 － 與軸承相配的,部分；
3、,軸頭 －,與輪轂相配的,部分；,軸身 －,連接軸頸與軸,頭部分；,軸頸,,軸頭,,軸身,,軸的結構應滿足的基本要求：,,,1.,軸與裝在軸上的零件要有準確的工作位置,,,2.,軸上的零件應便于裝拆和調整,,,3.,軸應具有良好的制造工藝性,,,4.,軸應滿足特定場合的特定要求,16.2,軸的結構設計,結構設計步驟：,1,.,擬定軸上零件的裝配方案,定位 － 使軸上零件處于正確的工作位置；,固定 － 使軸上零件牢固地保持這一位置。,目的 － 防止軸上零件工作時發生軸向躥動。,2,.,確定軸的基本直徑和各段長度,軸 肩,3,.,軸上零件的軸向定位,定位方法簡單、可靠，可傳遞較大的軸向力，
4、但軸的毛坯直徑較大，且軸肩處有較大的應力集中。,軸端擋圈,彈性擋圈,圓 螺 母,錐 面,用于軸上兩零件距離較遠時，或軸端。,需切制螺紋，削弱了軸的強度。,需切環槽，削弱了軸的強度。,承受不大的軸向力。,用于固定軸端零件，能承受較大的軸向力。,常與軸端擋圈配合使用。,套 筒,對軸上零件起固定作用。,常用于近距離的兩個零件間的固定。,緊定螺釘,鎖緊擋圈,,注意：,采用這些方法固定軸上零件時，為保證固定可靠，,應使：與輪轂相配的軸段長度比輪轂寬度,短,2,～,3 mm,，,即,：,l,＝,B,- (2~3),軸上零件的周向固定的目的 － 防止軸上零件與軸發生相對轉動，以傳遞轉矩。,4
5、,.,軸上零件的周向定位,零件在軸上的周向固定,零件在軸上的周向固定,零件在軸上的周向固定,零件在軸上的周向固定,零件在軸上的周向固定,零件在軸上的周向固定,問題：,滾動軸承是否需要用鍵作周向固定？,5,.,軸的結構工藝性,1）? 為了使軸上零件與軸肩端面緊密貼合，應保證軸的圓角半徑,r,a,、,輪轂孔的倒角高度,C（,或圓角半徑,r）、,軸肩高度,a,之間有下列關系：,r,a,
6、滾動軸承的定位軸肩 － 查標準,,2）? 為了便于裝配零件，需去毛刺，軸端應制出45o倒角。,,3）? 當軸的某段需磨削加工或有螺紋時，需留出砂輪越程槽或退刀槽。,,4）? 當軸上有兩個以上的鍵槽時，槽寬應盡可能統一，并置于同一直線上。,,5,）避免過定位。,結構設計示例,軸系設計舉例,請完成如圖所示的軸系設計。,請選擇齒輪的裝配方向,,軸系設計舉例,軸系結構改錯,圖中有一處錯誤，,,請改正。,錯誤原因,,r>C,使得軸上零件與軸肩的配合不夠緊密。,軸系結構改錯,圖中有四處錯誤，,,請改正。,錯誤原因,4.,圓螺母無法裝入。,1.,軸肩太高，滾動,,軸承無法拆卸。,2.,軸上未留退刀槽,,，不
7、便于螺紋加工。,3.,軸承左邊造成過定位。,軸系結構改錯,圖中有三處錯誤，,,請改正。,錯誤原因,3.,滾動軸承內圈與軸的配合,,為過盈配合，無需鍵聯接。,1.,輪轂上鍵槽未開通，零件,,無法裝入。,2.,套筒無法裝入應改為軸肩。,軸系結構改錯,錯誤原因,圖中有三處錯誤，,,請改正。,3.,同一軸上的兩個平,,鍵應布置在同一母線，,,否則不便于軸的加工。,,1.,鍵太長，右端套筒,,無法裝入。,2.,輪轂上鍵槽未開通，,,右端齒輪無法裝入。,16.3 軸的強度計算,,許用切應力計算：,僅僅（或主要）用于傳遞扭矩的軸（傳動軸）；粗步估算轉軸的最小軸徑；不重要的軸,或,計算公式,軸完成結構設計后，
8、軸上零件的位置均以確定，則外載荷和支點反力的作用點也隨之而定。畫出軸的空間受力簡圖后，即可進行強度計算，其計算步驟如下：,,1.,將軸上作用力分解為水平面受力圖和垂直面受力圖,,,求出水平面上和垂直面上的支點反力。,,2.,分別作出 水平面上的彎矩,M,H,圖,和垂直面上的彎矩,M,V,圖,。,3.,作出合成彎矩 圖。,4.,作出轉矩,T,圖。,5.,計算當量彎矩,，,畫出當量彎矩圖。,許用彎曲應力計算：,用于轉軸,當轉矩穩定不變時，,；當轉矩脈動變化時，,，當轉矩對稱變化時（軸頻繁正反轉），,其中,、,、,分別為靜應力、脈動應力、和對稱,應力下軸的許用彎曲應力，單位
9、均為,Mpa,,,其值見表。,6.,校核危險截面的強度。,或,式中,W---,軸的抗彎截面 系數。,安全系數校核計算：,用于重要軸,軸的設計步驟總結,,1,．確定軸上零件裝配方案,,2,．確定軸上零件定位方式,,,3,．確定各軸段直徑,,,4,．確定各軸段長度,,,5,．確定軸的結構細節,,,6,．確定軸的加工精度、尺寸公差、形位公差、配合、表面粗糙度及技術要求,,,7,．畫出軸的工作圖,,16.6,提高軸的強度、剛度和減輕重量的措施,1.,減少應力集中,（,1,） 盡量避免截面形狀的突然變化，在截面尺寸變化處盡量采用較大的過度圓角。,,（,2,） 用盤銑刀要比用端銑刀銑出的鍵槽應力集中小。,（,3,） 過盈配合的軸，可通過增大配合處的直徑、在軸上或輪轂上開減荷槽等來減小應力集中。,（,4,） 打穿的銷孔比未打穿的銷孔的應力集中小。,2.,改善表面品質,可采用表面強化處理。如碾壓、噴丸、氮化、滲碳、淬火等方法,,3.,改善軸的受力情況,工程應用,工程應用,工程應用,工程應用,工程應用,工程應用,工程應用,工程應用,,工程應用,,工程應用,,工程應用,,工程應用,,工程應用,,工程應用,,工程應用,,
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