湖南大学机械设计课件第14章详解.docVIP

第十四章 轴 （一）教学要求 掌握轴结构设计特点，及轴的强度计算方法，了解轴的疲劳强度计算和振动 （二）教学的重点与难点 轴的弯扭合成法强度计算方法 （三）教学内容 §14-1 轴的功用及分类 一、功用——支承旋转零件、传递运动与动力。 二、分类： 1）、按承载情况分为三类： ◆转轴——最常见，受弯+扭——例如齿轮轴 ◆心轴——只承受弯曲而不承受扭矩。 又分为：转动心轴——如火车轮轴 固定心轴——如自行车前轮轴 ◆传动轴——主要受扭矩而不受弯矩或弯矩很小的轴 2）、按轴线形状又分为三种： ◆直轴——光轴——作传动轴（应力集中小） 阶梯轴——优点：1）便于轴上零件定位； 2）便于实现等强度 空心轴 ◆曲轴 ◆挠性钢丝轴——它可将运动灵活地传到狭窄的空间位置，如牙铝的传动轴。 另外还有空心轴（机床主轴）等。 §14-2 轴的设计要点 一、主要内容： 结构设计——指安装、定位及制造工艺等 工作能力设计——指强度、刚度、稳定性等 二、轴常用材料： 主要用： 碳钢——30、40、45等。 载荷小时可用Q235A、Q275等。 合金钢——常用20Cr、40Cr等。 热处理方法——常调质、正火。 此外：还可高频淬火、渗碳、氮化、氰化、强化处理（喷丸、滚压等）。 其它材料——高强度铸铁、合金铸铁、球墨铸铁等，易铸造成型。 毛坯（钢制）常选轧制圆钢或锻件、或圆型材，少用铸造） 注意： ①、由于碳素钢与合金钢的弹性模量基本相同，所以采用合金钢并不能提高轴的刚度。 ②、轴的各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（喷丸、滚压）对提高轴的疲劳强度有显著效果。 §14-3 轴的结构设计 含外形和尺寸 轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。 轴的结构设计要求： ①、轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置； ②、轴上零件装拆、调整方便； ③、轴应具有良好的制造工艺性等； ④、尽量避免应力集中。 一、要素 轴头——安装轮毂的轴段 轴颈——与轴承配合处 轴肩 轴环 轴端 轴段——不安装任何零件 轴身——轴颈与轴头之间的轴段 直径最好为偶数或5的倍数。 二、结构 常为阶梯轴结构。 要求：能使轴上零件位置确定 便于装拆和调整 易于制造 应考虑：毛坯类型 轴上力的分布和大小 安装位置及顺序、配合性质、固定方法 轴承类型、尺寸 轴的加工方法、装配方法 轴结构设计要点解说： （1）、各段配合直径d应尽量符合标准尺寸规定。与滚动轴承、联轴器、油封等标准件相配合处的轴径，应符合标准件规定的内径系列。 （2）、与轴上零件（如齿轮）相配合的一段轴的长度，要比轴上相配零件的宽度短2-3mm,（即轴不露头），这样才可将轴上零件固定。 （3）、台阶有两类： 定位用台阶——若台阶过低，则定位欠可靠； 若台阶过高，则径向尺寸和应力集中增大。 一般取h=（2~3）C或R C——倒角尺寸 R——圆角直径 非定位用台阶——这类台阶是为了装配时容易让零件通过而设，一般台阶高度很小，在直径方向上差1～3mm即可。 （4）、轴的过渡圆角半径r应比与之相配合的零件的倒角C或圆角半径R小，这样才可使零件的端面紧贴轴的台肩，起到定位作用。 （5）、为制造方便，同一根轴上的圆角半径、倒角尺寸、中心孔尺寸等应尽量一致，键槽的布置宜处于同一直线上。 三、零件在轴上的定位方法 1、轴向定位方法 轴肩定位——轴肩高度h=（0.07～0.1）d，分为定位轴肩和非定位轴肩 套筒定位 圆螺母定位——双圆螺母 单圆螺母+止动垫圈 弹性挡圈定位 紧定螺钉定位 轴端挡圈定位 锁紧挡圈定位（套上开螺孔、用紧定螺钉限位） 2、周向定位方法 键、花键定位 销定位 紧定螺钉定位 过盈配合定位——不宜用于重载和多次装配的场合 四、加工和装配工艺性 注意： 1）、形状尽量简单，阶梯级数尽量少 2）、各段的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸尽量统一 3）、注意车削退刀槽、砂轮越程槽 4）、多处有键槽时，宜同向（同母线） 5）、轴端有倒角——便于装配 6）、宜中间大、两边小；或一边大、一边小 7）、勿使零件装配时接触其它配合面 §14-4 轴的强度、刚度设计计算 一、注意事项： 1、接近等强度条件。 按等强度理论设计出等弯截面梁——例如鱼腹梁、叠板弹簧 2、尽量避免截面突变以产生应力集中现象。 ——常考虑过渡处倒圆角 半径r越大，效果越好，但因仍要可靠地轴向定位，所以可加装中间环（又称肩环、隔离环等 内凹圆角也是