十轴(上课演示).docVIP

第十五 轴 第一节 概述 （一）用途及分类 1、功用：支承旋转零件、传递运动和力。 2、分类： ①按承载：心轴 只弯不扭 传动轴 只扭不弯 转轴 既弯又扭 ②按轴的轴线形状不同：曲轴、直轴 ③按轴截面：实心圆截面、空心轴、非圆截面轴 （二）轴设计的主要内容 1、设计组成：结构设计、工作能力设计 2、结构设计：根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理定出轴的结构形状和尺寸。 3、工作能力设计：轴的强度，刚度，振动稳定性等方面的计算。 （三）、轴的材料 1、选择依据：工作条件，强度和热处理，结构工艺性，环境条件。 2、常用材料：碳钢，合金钢，球墨铸铁等] 碳钢：价廉，对应力集中敏感小，可进行热处理或化学热处理提高耐磨性和抗疲劳强度。 合金钢：优良的机械性能和热处理性能。适合高强度、耐磨性、耐高温性等要求。合金钢对应力集中较敏感。 球墨铸铁和高强度铸铁：吸振性能好、对应力集中的敏感性较低。 第二节 轴的结构设计 1、结构设计包括：定出轴的合理外形和全部结构尺寸。 2、轴的结构取决于以下因素： 轴在机器中的安装位置及形式。 轴上安装的零件的类型，尺寸，数量和轴联接的方法。 载荷的性质，大小，方向及分布情况。 4）轴的加工工艺性等。 3、轴结构设计的要求是： 轴及轴上的零件要具有准确的位置。 轴上的零件便于装拆和调整。 轴应具有良好的制造工艺性等。 下面来讨论轴的结构设计中要解决的哪几个主要问题： （一）拟定轴上零件的装配方案 即：零件如何装，从哪边装，辅助零件有多少。 （二）轴上零件的定位 1、轴向定位：轴肩，轴套，轴承端盖，轴端挡圈等。 2、周向定位：键，花键，过盈配合，紧定螺钉等。 （三）各轴段直径和长度的确定 1、各段直径与轴上的载荷大小有关。 初步确定轴的直径时，通常还不知道支反力的作用点，不能决定弯矩的大小及分布，因而不能按轴所受的具体载荷及其引起的应力来确定轴的直径。 1）按扭矩初步估算轴所需的直径→ 2）从起，按轴上零件的装配方案和定位要求确定各段轴直径。 3）安装标准件部位的轴径要取标准值。 4）零件配合时，要注意轴径的变化情况。 2、确定各段轴长度时，应尽能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。 （四）提高轴的强度的常用措施 轴和轴上零件的结构，工艺以及轴上零件的安装布置等对轴的强度有很大的影响，所以要从这方面充分考虑，以提高轴的承载能力，减少轴的尺寸和机器的质量，以降低制造成本。 1、合理布置轴上零件以减少轴的载荷 为了减少轴所受的弯矩，传动件应尽可能靠近轴承，并尽量不采用悬臂支承形式。 2、改进轴上零件的结构以减少轴的载荷 3、改进轴的结构以减少应力集中的影响 由于轴在变应力下工作，其截面尺寸突变处要产生应力集中，轴在此便发生疲劳破坏。因为提高其强度，采取措施： 加大圆角半径；（2）加装隔离环；（3）加卸载槽； （4）相应加工方法 盘铣刀比端铣刀铣出的键槽应力小 4、改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 可采用：表面高频淬火等热处理，表面渗碳、氰化等化学热处理，碾压、喷丸等强化处理。 （五）轴的结构工艺性 即轴便于加工和装配轴上零件，且生产率高、成本低 如：轴端要倒角，要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽；要切制的螺纹轴段，要有退刀槽等。（键槽布置同一条母线上，圆角，倒角，砂轮越程槽，退刀槽等尽量相同） 结构设计后要进行校核，看看轴是否满足相应的强度和刚度。 第三节 轴的计算 （一）强度校核计算 对于只受扭矩的轴（传动轴）→按扭转强度计算 对于只受弯矩的轴（心轴） →按弯曲强度计算 对于既受弯矩又受扭矩的轴（转轴）→按弯扭合成计算 对于瞬时过载很大或应力循环不对称较为严重的轴，还应按峰尖载荷校核其静强度，以免产生过大的塑性变形。 按扭转强度条件计算（传动轴） 式中：为扭转切应力；为轴受扭矩；为轴的抗扭截面系数；为轴的转速；为轴传递功率；为计算截面处轴的直径。 对于空心轴 式中 即为空心轴的内径与外径之比。 注意：如果轴上开键槽，则应当相应地增大轴的直径。 按弯曲强度计算 1）作出计算简图 2）作出弯矩图 3）校核其强度 按弯扭合成强度条件计算（转轴） 1）作出计算简图 2）作出弯矩图 3）作出扭矩图 4）作出弯扭合成图 5）按弯扭合成来校核其强度 由于轴在变应力下工作，要校核轴的安全程度。 按疲劳强度条件进行精确校核 确定出一个或数个危险截面，求出计算安全系数，使其稍大于或至少等于设计安全系数。对于瞬时过载，要按静强度条件来进行校核。 静强度校核 目的：是评定轴对塑性变形的抵抗能力。 要求：危险截面静强度的计算安全系数大于屈服强度的设计安全系数。 （二）轴的刚度校核 轴加载——弯曲或扭转——变形过大——性能降低 刚度：弯曲：挠度、偏转角