轴的结构设计与计算.pptx
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1、3.2课题二:轴课题二:轴机机 械械 设设 计计 基基 础础 3.2.5 轴的设计轴的设计3.2.5.1轴轴的结构设计的结构设计3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算3.2.5.3轴的刚度计算轴的刚度计算小结小结3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计l轴的结构分析轴的结构分析轴轴主主要要由由轴轴颈颈、轴轴头头、轴轴身身三三部部分分组组成成(如如下下图图)。轴轴上上被被支支承承的的部部分分为为轴轴颈颈,如如图图中中,段段;安安装装轮轮毂毂的的部部分分称称做做轴轴头头,如如图图中中,段段;联联接接轴轴颈颈和和轴轴头头的的部部分分称称做做轴轴身身,如如图图中中,段。段。l轴径向尺寸的确定轴径向尺寸的
2、确定为为了了便便于于轴轴上上零零件件的的装装拆拆,常常将将轴轴做做成成阶阶梯梯形形,它它的的直直径径从从轴轴端端逐逐渐渐向向中中间间增增大大。齿齿轮轮、套套筒筒、左左端端滚滚动动轴轴承承、轴轴承承端端盖盖和和联联轴轴器器可可按按顺顺序序从从左左端端装装拆拆,右右端端轴轴承承从从右右端端装装拆拆。因因而而,为为了了便便于于装装拆拆齿齿轮轮,轴轴段段的的直直径径应应比比轴轴段段略略大大一一些些;为为了了便便于于左左端端滚滚动动轴轴承承的的装装拆拆,轴轴段段的的直直径径应应比比轴轴段段略略大大一一些些。其其中中轴轴段段,的的径径向向尺尺寸寸必必须须符符合合轴轴承承、联联轴轴器器和和密密封封圈圈内内径
3、径的的标标准准系系列列和和技技术术要要求求(相相应应标标准准查查机机械械设设计计手册手册)。)。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计l轴径向尺寸的确定轴径向尺寸的确定齿齿轮轮用用轴轴环环和和套套筒筒作作轴轴向向固固定定,用用平平键键作作圆圆周周方方向向的的固固定定。为为使使套套筒筒能能顶顶住住齿齿轮轮,应应使使轴轴段段的的长长度度l4小小于于齿齿轮轮轮轮毂毂宽宽度度b。装装在在轴轴段段上上的的滚滚动动轴轴承承,用用套套筒筒和和轴轴承承盖盖固固定定其其轴轴向向位位置置。装装在在轴轴段段上上的的滚滚动动轴轴承承用用轴轴肩肩和和轴轴承承盖盖固固定定其其轴轴向向位位置置。轴轴承承内内圈圈在在圆圆周周
4、方方向向上上的的固固定定是是靠靠内内圈圈与与轴轴之之间间的的配配合合实现的。实现的。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计l轴的结构设计的要求轴的结构设计的要求轴应便于加工,具有良好的工艺性;轴应便于加工,具有良好的工艺性;轴上零件位置合理并易于拆装和调整;轴上零件位置合理并易于拆装和调整;轴上零件的轴向、周向定位准确,固定可靠;轴上零件的轴向、周向定位准确,固定可靠;尽量减少应力集中,有利于提高轴的强度和刚度。尽量减少应力集中,有利于提高轴的强度和刚度。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计(1)(1)便于轴上零件的装便于轴上零件的装便于轴上零件的装便于轴上零件的装 轴的结构外形主要取决于轴
5、在箱体上的安装轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装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,受力位置及形式,轴上零件的布置和固定方式,受力位置及形式,轴上零件的布置和固定方式,受力位置及形式,轴上零件的布置和固定方式,受力情况和加工工艺等。为了便于轴上零件的装拆,情况和加工工艺等。为了便于轴上零件的装拆,情况和加工工艺等。为了便于轴上零件的装拆,情况和加工工艺等。为了便于轴上零件的装拆,将轴制成阶梯轴,中间直径最大,向两端逐渐直将轴制成阶梯轴,中间直径最大,向两端逐渐直将轴制成阶梯轴,中间直径最大,向两端逐渐直将轴制成阶
6、梯轴,中间直径最大,向两端逐渐直径减小。近似为等强度轴。径减小。近似为等强度轴。径减小。近似为等强度轴。径减小。近似为等强度轴。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计(2)(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定(a)(a)轴肩或轴环轴肩或轴环轴肩或轴环轴肩或轴环 为保证轴上零件紧靠定位面,为保证轴上零件紧靠定位面,为保证轴上零件紧靠定位面,为保证轴上零件紧靠定位面,轴肩和轴环的的圆角半径轴肩和轴环的的圆角半径轴肩和轴环的的圆角半径轴肩和轴环的的
7、圆角半径RR必须小于相配零件的倒角必须小于相配零件的倒角必须小于相配零件的倒角必须小于相配零件的倒角C1C1或圆角或圆角或圆角或圆角R1R1。轴肩高度。轴肩高度。轴肩高度。轴肩高度h h必须必须必须必须大于大于大于大于R1R1,一般,一般,一般,一般h=(0.07d+3)(0.1d+5)mmh=(0.07d+3)(0.1d+5)mm或或或或h(23)C1h(23)C1。轴环的宽度。轴环的宽度。轴环的宽度。轴环的宽度b=1.4hb=1.4h。安装滚动轴承处轴。安装滚动轴承处轴。安装滚动轴承处轴。安装滚动轴承处轴肩的圆角半径和高度查阅轴承安装标准来确定。非定位轴肩的圆角半径和高度查阅轴承安装标准来
8、确定。非定位轴肩的圆角半径和高度查阅轴承安装标准来确定。非定位轴肩的圆角半径和高度查阅轴承安装标准来确定。非定位轴肩可取肩可取肩可取肩可取h1.52mmh1.52mm。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计(2)(2)保证轴上零件的准确定位和保证轴上零件的准确定位和保证轴上零件的准确定位和保证轴上零件的准确定位和可靠固定可靠固定可靠固定可靠固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定(b)(b)套筒和圆螺母套筒和圆螺母套筒和圆螺母套筒和圆螺母 当轴上零件距离较近时采用套当轴上零件距离较近时采用套当轴上零件距离较近时采用套当轴上零件距离较近时
9、采用套筒作相对筒作相对筒作相对筒作相对 固定。套筒定位可简化固定。套筒定位可简化固定。套筒定位可简化固定。套筒定位可简化轴的结构,减少轴径的变化,减少轴的结构,减少轴径的变化,减少轴的结构,减少轴径的变化,减少轴的结构,减少轴径的变化,减少轴的应力集中。轴的应力集中。轴的应力集中。轴的应力集中。当套筒太长时,可采用圆螺母当套筒太长时,可采用圆螺母当套筒太长时,可采用圆螺母当套筒太长时,可采用圆螺母作轴向固定。此时须在轴上加工螺作轴向固定。此时须在轴上加工螺作轴向固定。此时须在轴上加工螺作轴向固定。此时须在轴上加工螺纹,将会引起较大的应力集中,轴纹,将会引起较大的应力集中,轴纹,将会引起较大的应
10、力集中,轴纹,将会引起较大的应力集中,轴段横截面面积减小,影响轴的疲劳段横截面面积减小,影响轴的疲劳段横截面面积减小,影响轴的疲劳段横截面面积减小,影响轴的疲劳寿命。寿命。寿命。寿命。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计圆螺母定位(2)(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定(b)(b)套筒和圆螺母套筒和圆螺母套筒和圆螺母套筒和圆螺母 止动垫圈固定3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计(2)(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准
11、确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定(c)(c)弹性挡圈和紧定螺钉弹性挡圈和紧定螺钉弹性挡圈和紧定螺钉弹性挡圈和紧定螺钉 这两种固定方法结构简单,只能承受较小的轴向力,或这两种固定方法结构简单,只能承受较小的轴向力,或这两种固定方法结构简单,只能承受较小的轴向力,或这两种固定方法结构简单,只能承受较小的轴向力,或用于仅仅为了防止零件偶然轴向移动的场合用于仅仅为了防止零件偶然轴向移动的场合用于仅仅为了防止零件偶然轴向移动的场合用于仅仅为了防止零件偶然轴向移动的场合 。3.2.5.1轴的结构设计轴的
12、结构设计弹性挡圈固定弹性挡圈固定(2)(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定(c)(c)弹性挡圈和紧定螺钉弹性挡圈和紧定螺钉弹性挡圈和紧定螺钉弹性挡圈和紧定螺钉 紧定螺钉固定紧定螺钉固定3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计(2)(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定(d)(d)轴端挡圈、圆锥面
13、轴端挡圈、圆锥面轴端挡圈、圆锥面轴端挡圈、圆锥面 轴端挡圈与轴肩、圆锥面联合使用,常用于轴端起到双向固定,轴端挡圈与轴肩、圆锥面联合使用,常用于轴端起到双向固定,轴端挡圈与轴肩、圆锥面联合使用,常用于轴端起到双向固定,轴端挡圈与轴肩、圆锥面联合使用,常用于轴端起到双向固定,锥面配合能保证较高的同轴度。装拆方便,多用于轴上零件与轴段同锥面配合能保证较高的同轴度。装拆方便,多用于轴上零件与轴段同锥面配合能保证较高的同轴度。装拆方便,多用于轴上零件与轴段同锥面配合能保证较高的同轴度。装拆方便,多用于轴上零件与轴段同轴度要求较高或轴承受剧烈振动和冲击的场合。轴度要求较高或轴承受剧烈振动和冲击的场合。轴
14、度要求较高或轴承受剧烈振动和冲击的场合。轴度要求较高或轴承受剧烈振动和冲击的场合。用套筒、螺母和轴端挡圈作轴向固定时,轴上零件的轴段长度应用套筒、螺母和轴端挡圈作轴向固定时,轴上零件的轴段长度应用套筒、螺母和轴端挡圈作轴向固定时,轴上零件的轴段长度应用套筒、螺母和轴端挡圈作轴向固定时,轴上零件的轴段长度应比零件的轮毂长度短比零件的轮毂长度短比零件的轮毂长度短比零件的轮毂长度短2 23mm3mm,以保证压紧零件,防止串动。,以保证压紧零件,防止串动。,以保证压紧零件,防止串动。,以保证压紧零件,防止串动。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计轴端压板轴端压板(2)(2)保证轴上零件的准确定位和可
15、靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定(d)(d)轴端挡圈圆锥面轴端挡圈圆锥面轴端挡圈圆锥面轴端挡圈圆锥面 3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计轴上零件的轴向定位和固定方法轴上零件的轴向定位和固定方法3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计(2)(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定周向定位与固定周向定位与
16、固定图图3-2-59 零件在零件在轴轴上周向固定的形式上周向固定的形式 零件在零件在轴轴上作周向固定是上作周向固定是为为了了传递转传递转矩和防止零件与矩和防止零件与轴产轴产生相生相对转动对转动。常用的方式有常用的方式有键联键联接、花接、花键联键联接、接、销联销联接,成形接,成形联联接及接及过过盈配合盈配合联联接。接。紧紧定螺定螺钉钉也可起周向固定作用。也可起周向固定作用。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计(3 3)轴轴的加工和装配工的加工和装配工艺艺性好性好 轴的形状要力求简单,阶梯数应尽可能少。轴的形状要力求简单,阶梯数应尽可能少。轴颈、轴头的直径应取标准值。直径的大小由与之相配合的零件
17、的内孔轴颈、轴头的直径应取标准值。直径的大小由与之相配合的零件的内孔决定。决定。为了便于轴上零件的装配,轴端应加工出为了便于轴上零件的装配,轴端应加工出4545倒角,与零件过盈配合时,倒角,与零件过盈配合时,轴的装入端常需加工出导向圆锥面。轴的装入端常需加工出导向圆锥面。轴身尺寸应取以轴身尺寸应取以mmmm为单位的整数,最好取为偶数或为单位的整数,最好取为偶数或5 5的整数倍。的整数倍。轴上各段的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸应尽可能统一,以利于轴上各段的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸应尽可能统一,以利于加工和检验。加工和检验。轴上沿长度方向开有几个键槽时,应将键槽安排在轴的同一母线上
18、。轴上沿长度方向开有几个键槽时,应将键槽安排在轴的同一母线上。轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽,需车制螺纹的轴段应有退刀槽。轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽,需车制螺纹的轴段应有退刀槽。图图3-2-60 砂砂轮轮越程槽及螺越程槽及螺纹纹退刀槽退刀槽3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计键槽的布置键槽的布置3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计(4)改善轴的结构、受力情况,减少应力集中,改善表面质量)改善轴的结构、受力情况,减少应力集中,改善表面质量轴大多在变应力下工作,结构设计时应改善轴的受力状况或轴大多在变应力下工作,结构设计时应改善轴的受力状况或改善轴的结构,以减少应力集中。改善轴的结
19、构,以减少应力集中。轴截面尺寸变化处会造成应力集中,所以对于阶梯轴,相邻两轴截面尺寸变化处会造成应力集中,所以对于阶梯轴,相邻两段轴径变化不宜过大,一般在段轴径变化不宜过大,一般在5l0mm左右;在轴径变化处应平左右;在轴径变化处应平缓过渡,制成圆角,圆角半径尽可能取大些。缓过渡,制成圆角,圆角半径尽可能取大些。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计改变轴上零件的布置,有时可以减小轴上的载荷。改变轴上零件的布置,有时可以减小轴上的载荷。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计尽量
20、避免各轴段剖面突然改变而引起的局部应力集中,提高轴的疲劳强度。尽量避免各轴段剖面突然改变而引起的局部应力集中,提高轴的疲劳强度。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计过盈配合时轴的结构形式过盈配合时轴的结构形式(a)增大配合处轴径;增大配合处轴径;(b)轴上开减载槽;轴上开减载槽;(c)毂端开减载槽毂端开减载槽当轴上零件与轴为过盈配合时,当轴上零件与轴为过盈配合时,可采用下图结构形式以减少轴可采用下图结构形式以减少轴配合边缘处的应力集中。配合边缘处的应力集中。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计(4)改善轴的结构、受力情况,减少应力集中,改善表面质量)改善轴的结构、受力情况,减少应力集中,改
21、善表面质量采用定位套筒代替圆螺母和弹性挡圈使零件轴向固定,可避免采用定位套筒代替圆螺母和弹性挡圈使零件轴向固定,可避免在轴上制出螺纹、环形槽等,能有效地提高轴的疲劳强度。在轴上制出螺纹、环形槽等,能有效地提高轴的疲劳强度。轴的表面质量对轴的疲劳强度影响很大。因轴工作时,最大应轴的表面质量对轴的疲劳强度影响很大。因轴工作时,最大应力发生在轴的表面处,另一方面,由于加工等原因,轴表而易产力发生在轴的表面处,另一方面,由于加工等原因,轴表而易产生微小裂纹,引起应力集中,因此轴的破坏常从表面开始。减小生微小裂纹,引起应力集中,因此轴的破坏常从表面开始。减小轴的表面粗糙度,或采用渗碳、高频淬火等方式进行
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