《軸受力分析》PPT課件

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1、第 11章 軸 和 軸 轂 聯 接 第 一 節(jié) 軸 的 功 用 、 類 型 和 材 料 第 二 節(jié) 軸 的 結 構 分 析第 三 節(jié) 軸 的 工 作 能 力 分 析 第 四 節(jié) 軸 轂 聯 接第 五 節(jié) 軸 的 使 用 與 維 護 軸 是 組 成 機 器 的 重 要 零 件 之 一 ， 其 主 要 功 能 是 支 持 作 回 轉運 動 的 傳 動 零 件 (如 齒 輪 、 蝸 輪 等 )， 并 傳 遞 運 動 和 動 力 。 第 一 節(jié) 軸 的 功 能 、 類 型 和 材 料 一 、 軸 的 功 能 和 分 類 帶 式 運輸 機 減 速 器電 動 機轉 軸類型 轉 軸 -傳 遞 扭 矩 又 承

2、 受 彎 矩 。按 承 受 載 荷 分 有 ： 分 類 ：按 軸 的 形 狀 分 有 ： 類型 轉 軸 -傳 遞 扭 矩 又 承 受 彎 矩 。按 承 受 載 荷 分 有 ： 分 類 ：按 軸 的 形 狀 分 有 ： 傳 動 軸 -只 傳 遞 扭 矩發(fā) 動 機 后 橋傳 動 軸 類型 轉 軸 -傳 遞 扭 矩 又 承 受 彎 矩 按 承 受 載 荷 分 有 ： 分 類 ：按 軸 的 形 狀 分 有 ： 傳 動 軸 -只 傳 遞 扭 矩心 軸 -只 承 受 彎 矩前 輪 輪 轂固 定 心 軸火 車 輪 軸車 廂 重 力 前 叉自 行 車前 輪 軸支 撐 反 力 轉 動 心 軸 類型 轉 軸 -傳

3、 遞 扭 矩 又 承 受 彎 矩 按 承 受 載 荷 分 有 ： 分 類 ： 傳 動 軸 -只 傳 遞 扭 矩心 軸 -只 承 受 彎 矩直 軸 光 軸 階 梯 軸 按 軸 的 形 狀 分 有 ： 一 般 情 況 下 ， 直軸 做 成 實 心 軸 ，需 要 減 重 時 做 成空 心 軸 類型 轉 軸 -傳 遞 扭 矩 又 承 受 彎 矩 按 承 受 載 荷 分 有 ： 分 類 ：按 軸 的 形 狀 分 有 ： 傳 動 軸 -只 傳 遞 扭 矩心 軸 -只 承 受 彎 矩直 軸 光 軸 階 梯 軸 曲 軸 類型 轉 軸 -傳 遞 扭 矩 又 承 受 彎 矩 按 承 受 載 荷 分 有 ： 分 類

4、 ：按 軸 的 形 狀 分 有 ： 傳 動 軸 -只 傳 遞 扭 矩心 軸 -只 承 受 彎 矩直 軸 光 軸 階 梯 軸 曲 軸撓 性 鋼 絲 軸 二 、 軸 的 材 料 及 選 擇 軸 工 作 時 多 為 轉 軸 ， 產 生 的 應 力 多 為 變 應 力 。失 效 ： 疲 勞 損 壞 ， 軸 頸 過 渡 磨 損 、 失 圓 或 軸 變 形 過 大碳 鋼 ： 35、 45、 50 ， 尤 其 是 45號 鋼 。 對 應 力 集 中 的 敏 感 性 低 ， 加 工 工 藝 性 好 ， 故 應 用 最 廣 ， 對 于 不 重 要 或 受 力 較 小 的 軸 也 可 用 Q235A等 普 通 碳

5、 素 鋼 。合 金 鋼 ： 具 有 比 碳 鋼 更 好 的 機 械 性 能 和 淬 火 性 能 ， 但 對 應力 集 中 比 較 敏 感 ， 且 價 格 較 貴 ， 多 用 于 對 強 度 和 耐 磨 性 有特 殊 要 求 的 軸 。 軸 的 毛 坯 :一 般 用 圓 鋼 或 鍛 件 ， 有 時 也 用 鑄 鋼 或 球 墨 鑄 鐵 。正 火 或 調 質 處 理 。 軸 的 結 構 設 計 ： 根 據 軸 上 零 件 的 安 裝 、定 位 以 及 軸 的 制 造 工 藝 等方 面 的 要 求 ， 合 理 地 確 定軸 的 結 構 形 式 和 尺 寸 。 工 作 能 力 計 算 ： 軸 的 承 載

6、 能 力 驗 算 指 的 是 軸 的 強 度 、 剛 度 和 振 動穩(wěn) 定 性 等 方 面 的 驗 算 。 軸 的 設 計 過 程 ： N 選 擇 材 料 結 構 設 計 軸 的 承 載 能 力 驗 算驗 算 合 格 ?結 束 Y 第 二 節(jié) 軸 的 結 構 分 析軸 的 結 構 分 析 ： 包 括 定 出 軸 的 合 理 的外 形 和 全 部 結 構 尺 寸 1.軸 應 便 于 制 造 ， 軸 上 零 件 要 易 于 裝 拆 ；(制 造 安 裝 ) 2.軸 和 軸 上 零 件 要 有 準 確 的 工 作 位 置 ；(定 位 ) 3.各 零 件 要 牢 固 而 可 靠 地 相 對 固 定 ；(

7、固 定 ) 4.改 善 應 力 狀 況 ， 減 小 應 力 集 中 。 軸 的 結 構 軸 主 要 由 軸 頸 、 軸 頭 、 軸 身 三 部 分 組 成 (如 圖 10-5)。 軸 上 被 支 承 的 部 分 為 軸 頸 ， 如 圖 中 ， 段 ； 安 裝 輪 轂 的 部分 稱 做 軸 頭 ， 如 圖 中 ， 段 ； 聯 接 軸 頸 和 軸 頭 的 部 分 稱 做軸 身 ， 如 圖 中 ， 段 。 一 、 軸 上 零 件 的 裝 配 方 案據 軸 上 零 件 定 位 、 加 工 要 求 以 及 不 同 的 零 件 裝 配 方 案 ， 參 考軸 的 結 構 設 計 的 基 本 要 求 ， 得

8、出 如 圖 所 示 的 兩 種 不 同 軸 結構 。 零 件 的 軸 向 定 位 由 軸 肩 （ 軸 環(huán) ） 或 套 筒 來 實 現 。二 、 軸 上 零 件 的 固 定 軸 肩 及 軸 環(huán) -階 梯 軸 上 截 面 變 化 之 處 。1、 軸 上 零 件 的 定 位特 點 ： 結 構 簡 單 ， 定 位 可 靠 ， 可 承 受 較 大 的 軸 向 力 應 用 ： 齒 輪 、 帶 輪 、 聯 軸 器 、 軸 承 等 的 軸 向 定 位 圓 螺 母特 點 ： 定 位 可 靠 ， 裝 拆 方 便 ， 可 承 受 較 大 的 軸 向 力 由 于 切 制 螺 紋 使 軸 的 疲 勞 強 度 下 降 應

9、 用 ： 常 用 于 軸 的 中 部 和 端 部 彈 性 擋 圈特 點 ： 結 構 簡 單 緊 湊 ， 只 能 承 受 很 小 的 軸 向 力 。 應 用 ： 常 用 于 固 定 滾 動 軸 承 等 的 軸 向 定 位 軸 端 壓 板應 用 ： 用 于 軸 端 零 件 的 固 定 ，特 點 ： 可 承 受 劇 烈 振 動 和 沖 擊 。 緊 定 螺 釘應 用 ： 適 用 于 軸 向 力 很 小 ， 轉 速低 的 場 合特 點 ： 可 承 受 很 小 的 軸 向 力 。 2.軸 上 零 件 的 周 向 固 定 為 了 傳 遞 運 動 和 轉 矩 ， 防 止 軸 上 零 件 與 軸 作 相 對 轉

10、 動 ，軸 和 軸 上 零 件 必 須 可 靠 地 沿 周 向 固 定 （ 連 接 ） 。 常 用 的 周向 固 定 方 法 有 ： 銷 、 鍵 、 花 鍵 、 過 盈 配 合 和 成 形 聯 接 等 ，其 中 以 鍵 和 花 鍵 聯 接 應 用 最 廣 。 鍵 連 接 花 鍵 連 接 銷 釘 連 接 各 軸 段 所 需 的 直 徑 與 軸 上 的 載 荷 大 小 有 關 。 初 步 求 出的 直 徑 作 為 承 受 扭 矩 的 軸 段 的 最 小 直 徑 dmin， 然 后 再按 軸 上 零 件 的 裝 配 方 案 和 定 位 要 求 ， 從 dmin處 起 逐 一確 定 各 段 軸 的 直

11、 徑 。1、 各 軸 段 直 徑 確 定三 、 各 軸 段 直 徑 和 長 度 的 確 定6 3 33 9.55 100.2 T P Pd An n 1.軸 上 裝 配 標 準 件 （ 滾 動 軸 承 、 聯 軸 器 、 密 封 圈 等 )的 軸 段（ ） ， 其 直 徑 必 須 符 合 標 準 件 的 直 徑 系 列 值2 與 一 般 零 件 （ 齒 輪 和 帶 輪 ） 相 配 合 的 軸 段 直 徑 和 零 件 轂 孔 直 徑相 同 ， 采 用 標 準 尺 寸 。 不 予 零 件 配 合 的 軸 段 （ 5， 6） ， 其 值 不用 去 標 準 值 。3 起 定 位 作 用 的 軸 肩 高

12、 度應 按 11 3原 則 確 定 ， 如12， 45， 67； 非 定 位 軸肩 （ 23， 34， 56） ， 高度 一 般 1 3mm。 2 .各 軸 段 長 度 的 確 定1.盡 可 能 結 構 緊 湊 ， 保 證 零 件 所 需 要 的 裝 配 和 調 整 空 間 如L應 根 據 軸 承 端 蓋 和 聯 軸 器 裝 拆 要 求 定 出3 為 保 證 各 傳 動 件 軸 向固 定 ， 軸 與 傳 動 件 輪 轂相 配 部 分 的 長 度 一 般 比 輪 轂 長 度 短 1 3mm。2 各 軸 段 長 度 主 要 由 各零 件 和 軸 裝 配 部 分 的軸 向 尺 寸 和 各 零 件 相

13、對 位 置 尺 寸 確 定 3. 結 構 設 計 的 基 本 要 求 軸 的 結 構 沒 計 主 要 是 使 軸 的 各 部 分 具 有 合 理 的 外 形 尺 寸 。 軸 的 結 構 應 滿 足 以 下 幾 個 方 面 的 要 求 ： （ 1） 對 裝 配 在 軸 上 的 零 件 ， 應 進 行 可 靠 的 軸 向 固 定 和 周向 固 定 。 （ 2） 便 于 軸 的 加 工 和 軸 上 零 件 的 裝 拆 。 （ 3） 有 利 于 提 高 軸 的 強 度 和 剛 度 ， 以 及 節(jié) 省 材 料 ， 減 輕重 量 。 倒 角1） 為 便 于 軸 上 零 件 的 裝 拆 ， 一 般 軸 都

14、做 成 從 軸 端 逐 漸 向 中 間 增大 的 階 梯 狀 。 零 件 的 安 裝 次 序四 、 軸 的 結 構 工 藝 性2） 裝 零 件 的 軸 端 應 有 倒 角 ， 需 要 磨 削 的 軸 端 有 砂 輪 越 程 槽 ， 車 螺紋 的 軸 端 應 有 退 刀 槽 。 圖 10-6 越 程 槽 和 退 刀 槽 （ 2） 軸 上 所 有 鍵 槽 應 沿 軸 的 同 一 母 線 布 置 。 減 少 加 工 裝 夾次 數 。 （ 3） 為 了 便 于 軸 上 零 件 的 裝 配 和 去 除 毛刺 ， 軸 及 軸 肩 端 部 一 般 均 應 制 出 45的 倒 角 。 過 盈 配 合 軸 段

15、的 裝 入 端 常 加工 出 半 錐 角 為 30 的 導 向 錐 面 (如 圖 10-7)。 (4) 為 便 于 加 工 ， 應 使 軸 上 直 徑 相 近 處 的 圓 角 、 倒 角 、 鍵槽 、 退 刀 槽 和 越 程 槽 等 尺 寸 一 致 。 (5) 若 各 軸 段 具 有 較 高 同 軸 度 ， 在 軸 兩 端 開 設 中 心 孔 五 、 提 高 軸 的 強 度 和 剛 度 的 常 用 措 施輸 出 輸 出輸 入 輸 出 輸 出 輸 入2.合 理 布 置 軸 上 零 件 ， 減 小 軸 上 的 載 荷T max = T1T1 T1+T2T2合 理 Tmax= T1+T2T2T1 T

16、1+T2不 合 理 1） 改 進 軸 上 零 件 結 構 ， 減 小 軸 的 載 荷 3.減 小 應 力 集 中合 金 鋼 對 應 力 集 中 比 較 敏 感 ， 應 加 以 注 意 。應 力 集 中 出 現 在 截 面 突 然 發(fā) 生 變 化 的 。措 施 ：1. 用 圓 角 過 渡 ；2. 盡 量 避 免 在 軸 上 開 橫 孔 、 切 口 或 凹 槽 ;3. 重 要 結 構 可 增 加 卸 載 槽 B、 過 渡 肩 環(huán) 、 凹 切 圓 角 、 增 大 圓 角 半 徑 。 也 可 以 減 小 過 盈 配 合 處 的 局 部 應 力 。 過 渡 肩 環(huán) 30 r凹 切 圓 角dd/4 B位

17、置d/4 第 三 節(jié) 、 軸 的 工 作 能 力 分 析一 、 對 于 只 傳 遞 扭 轉 的 圓 截 面 軸 ， 強 度 條 件 為 ：設 計 公 式 為 ： 3 PA mmn T MPa639.55 100.2 Pd nT TTW 6 33 9.55 100.2 T Pd n 對 于 既 傳 遞 扭 轉 又 傳 遞 彎 矩 的 軸 ， 可 按 上 式 初 步 估 算 軸 的 直 徑 。計 算 結 果 為 ： 最 小 直 徑 ！軸 的 材 料 A3,20 35 45 40Cr, 35SiMn(N/mm ) 1220 2030 3040 4052A 160135 135118 118107 1

18、0792表 14-2 常 用 材 料 的 值 和 C值注 : 當 作 用 在 軸 上 的 彎 矩 比 傳 遞 的 轉 矩 小 或 只 傳 遞 轉 矩 時 ,A取 較 小 值 ; 否 則 取 較 大 值軸 上 有 鍵 槽 時 ， 考 慮 到 鍵 會 削 弱 軸 的 強 度 ， 應 將 直 徑 計 算值 加 大 。 單 鍵 加 大 3 ， 雙 鍵 加 大 7 二 、 按 彎 扭 合 成 強 度 計 算1、 軸 上 力的 簡 化一 般 配 合過 盈 配 合 2、 軸 上 支 點 的 位 置 軸 的 結 構 設 計 初 步 完 成 后 ， 通 常 要 對 轉 軸 進 行 彎 扭 合 成 強度 校 核

19、。 對 于 鋼 制 軸 可 按 第 三 強 度 理 論 計 算 ， 強 度 條 件 為 mmd TMWM bee 13 22 1.0 )( (10-3) 式 中 ： e當 量 應 力 (N mm2)； Me當 量 彎 矩 (Nmm)， ； M危 險 截 面 上 的 合 成 彎 矩 ， ，MH、 MV分 別 為 水 平 面 上 、 垂 直 面 上 的 彎 矩 ； 22 )( TMMe )(22 mmNMMM VHe 材 料 b +1 0 -1 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75 900 3

20、00 140 80 1000 330 150 90 500 120 70 40 400 100 5 0 30軸 的 許 用 彎 曲 應 力 碳 素 鋼合 金 鋼鑄 鋼折 合 系 數 取 值 = 0.3 -轉 矩 不 變 ； 0.6 -脈 動 變 化 ；1 -對 稱 循 環(huán) 轉 矩 （ 頻 繁 正 反 轉 ）靜 應 力 狀 態(tài) 下 的許 用 彎 曲 應 力3 10.1 dMd mm 設 計 公 式 ： 折 合 系 數 取 值 ： = 0.3 -轉 矩 不 變 ； 0.6 -脈 動 變 化 ；1 -頻 繁 正 反 轉 。3 10.1 dMd mm 設 計 公 式 ：材 料 b +1 0 -1 40

21、0 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75 900 300 140 80 1000 330 150 90 500 120 70 40 400 100 5 0 30軸 的 許 用 彎 曲 應 力 碳 素 鋼合 金 鋼鑄 鋼 脈 動 循 環(huán) 狀 態(tài) 下 的許 用 彎 曲 應 力 折 合 系 數 取 值 ： = 0.3 -轉 矩 不 變 ； 0.6 -脈 動 變 化 ；1 -頻 繁 正 反 轉 。3 10.1 dMd mm 設 計 公 式 ：材 料 b +1 0 -1 400 130 70 40 500

22、170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75 900 300 140 80 1000 330 150 90 500 120 70 40 400 100 5 0 30軸 的 許 用 彎 曲 應 力 碳 素 鋼合 金 鋼鑄 鋼 對 稱 循 環(huán) 狀 態(tài) 下 的許 用 彎 曲 應 力 彎 扭 合 成 強 度 的 計 算 按 下 列 步 驟 進 行 ： (1) 繪 出 軸 的 計 算 簡 圖 ， 標 出 作 用 力 的 方 向 及 作 用 點 的 位置 。 (2) 取 定 坐 標 系 ， 將 作 用 在 軸 上 的 力 分 解 為 水 平 分

23、 力 和 垂 直分 力 ， 并 求 其 支 反 力 。(3) 分 別 繪 制 出 水 平 面 和 垂 直 面 內 的 彎 矩 圖 。 (5) 繪 制 轉 矩 圖 。 (7)確 定 危 險 剖 面 ， 校 核 危 險 剖 面 的 彎 扭 合 成 強 度 。 (6) 按 照 強 度 理 論 求 出 當 量 彎 矩 ， 并 做 當 量 彎 矩 圖 (4) 計 算 合 成 彎 矩 ， 并 繪 制 出 合 成 彎 矩 圖 。 N2123193 21462860 對 2點 取 矩 NFv 4287212364101 19321936410 舉 例 ： 計 算 某 減 速 器 高 速 軸 危 險 截面 的

24、直 徑 。 已 知 作 用 在 齒 輪 上 的 圓周 力 Ft=17400N, 徑 向 力 ， Fr=6140N, 軸 向 力 Fa=2860N,齒 輪 分度 圓 直 徑 d2=146 mm,作 用 在 軸 右 端帶 輪 上 外 力 F=4500N（ 方 向 未 定 ） , L=193 mm, K=206 mm L/2 L KFt Fr Fa FFAFaFrF 1v F2v1 2解 ： 1) 求 垂 直 面 的 支 反 力 和 軸 向 力L dFLFF arv 22 21 rv FF2 =Fa aA FF d2 aad N930348034500 MavMav FtF1H F2HMaHF1F

25、F2F2) 求 水 平 面 的 支 反 力 L/2 L KFt Fr Fa FFAFaFrF1v F2v1 2 =Fad2 aadNLKFFF 480319320645001 87002/21 tHH FFF F3) 求 F力 在 支 點 產 生 的 反 力FF FFF 12 4) 繪 制 垂 直 面 的 彎 矩 圖 2/193.04287 aVM 2/2 LFM VaV mN 414 2/193.02123aVM 2/1 LFM VaV mN 2055) 繪 制 水 平 面 的 彎 矩 圖 2/193.08700 aVM 2/1 LFM HaH mN 840 MaMavMav FtF1H F

26、2HMaHF1F F2FM2F 6) 求 F力 產 生 的 彎 矩 圖 L/2 L KFt Fr Fa FFAFaFrF 1v F2v1 2 =Fad2 aad F7) 繪 制 合 成 彎 矩 圖 考 慮 F可 能 與 H、 V內 合 力 共 面 22 840414463 22 aHaVaFa MMMM mN 1400 206.04500aVMKFM F 2 mN 927a-a 截 面 F力 產 生 的 彎 矩 為 ： 2/193.04803 aVM 2/1 LFM FaF mN 463 MaF22 840205463 22 )( aHaVaFa MMMM mN 1328 Ma MaMavMa

27、v FtF1H F2HMaHF1F F2FM2F8) 求 軸 傳 遞 的 轉 矩 L/2 L KFt Fr Fa FFAFaFrF1v F2v1 2 =Fad2 aad F9)求 危 險 截 面 的 當 量 彎 矩 MaF2 2( )d aM M T M2Ma2/146.0174002 T2/2dFT t mN1270 T扭 切 應 力 為 脈 動 循 環(huán) 變 應 力 ， 取折 合 系 數 : =0.6 2 21400 (0.6 1270 )dM T mN 1600 mNMM F 92722 求 考 慮 到 鍵 槽 對 軸 的 削 弱 ， 將 d值 增 大 4%， 故 得 ：mmd 6710)

28、計 算 危 險 截 面 處 軸 的 直 徑 3 3601.0 101600 3 10.1 dMd mN 4.64選 45鋼 ， 調 質 ， b =650 MPa, -1 =60 MPa 符 合 直 徑 系 列 。 【 例 11-2】 ： 設 計 帶 式 運 輸 機 減 速 器 的 主 動 軸 . 已 知 傳遞 功 率 P=10kW, 轉 速 n=200 r/min, 齒 輪 齒 寬 B=100mm, 齒數 z=40, 模 數 m=5mm, 螺 旋 角 ， 軸 端 裝 有 聯 軸器 。 解 ： 1、 計 算 軸 上 轉 矩 和 齒 輪 作 用 力軸 傳 遞 的 轉 矩 ： N.mm N齒 輪 的

29、 圓 周 力 ： N齒 輪 的 徑 向 力 ： 齒 輪 的 軸 向 力 ： N 軸 的 最 小 直 徑 顯 然 是 安 裝 聯 軸 器 處 軸 的 直 徑 ， 需 開 鍵 槽 ，故 將 最 小 軸 徑 增 加 5%， 變 為 42.525mm。 查 機 械 設 計 手 冊 ，取 標 準 直 徑 45mm。 2、 選 擇 軸 的 材 料 和 熱 處 理 方 式選 擇 軸 的 材 料 為 45鋼 ， 經 調 質 處 理 , 其 機 械 性 能 查 表 得3、 初 算 軸 的 最 小 軸 徑 則 軸 的 最 小 直 徑 為 ： 根 據 計 算 轉 矩 、 最 小 軸 徑 、 軸 的 轉 速 ， 查

30、標 準 GB5014-85 或 手 冊 ， 選 用 彈 性 柱 銷 聯 軸 器 ， 其 型 號 為 ： 4、 選 擇 聯 軸 器取 載 荷 系 數 KA =1.3， 則 聯 軸 器 的 計 算 轉 矩 為 ： 5、 初 選 軸 承 因 軸 承 同 時 受 有 徑 向 力 和 軸 向 力 的 作 用 。 故 選 用 角 接 觸球 軸 承 。 根 據 工 作 要 求 及 輸 入 端 的 直 徑 (為 45mm)， 由 軸承 產 品 目 錄 中 選 取 型 號 為 7211C的 滾 動 軸 承 ， 其 尺 寸（ 內 徑 外 徑 寬 度 ） 為 d D b=55 100 21。 6、 軸 的 結 構

31、設 計 由 于 聯 軸 器 型 號 已 定 ， 左 端 用 軸 端 擋 圈 定 位 ,右 端 用 軸 肩 定位 。 故 軸 段 6的 直 徑 即 為 相 配 合 的 半 聯 軸 器 的 直 徑 ， 取D6=45mm。 軸 段 6的 長 度 比 半 聯 軸 器 的 轂 孔 長 度 要 (為 84mm)短 2 3mm， 這 樣 可 保 證 軸 端 擋 圈 只 壓 在 半 聯 軸 器 上 而 不 壓在 軸 的 端 面 上 ， 故 該 段 軸 長 取 為 L6=82mm。(2)確 定 軸 的 各 段 直 徑 和 長 度聯 軸 器 是 靠 軸 段 5的 軸 肩 來進 行 軸 向 定 位 的 ， 為 了

32、保證 定 位 可 靠 ， h （ 0.070.1） d6 3.15 4.5， 軸 段5要 比 軸 段 6的 直 徑 大 69mm， 取 h 3.5， 軸 段 5的直 徑 D5=52mm 軸 段 1和 軸 段 4均 是 放 置 滾 動 軸 承 的 ， 所 以 直 徑 與 滾 動軸 承 內 圈 直 徑 一 樣 ， 為 D1=D4=55mm,軸 段 1的 長 度 即為 滾 動 軸 承 的 寬 度 ， 查 手 冊 為 L1=21mm 考 慮 拆 卸 的 方 便 ， 軸 段 3的 直 徑 只 要 比 軸 段 4的 直 徑 稍 大就 行 了 ， 并 取 標 準 值 （ 齒 輪 ） 這 里 取 為 D3=5

33、8mm。 軸 段 3的 長 度 要 比 齒 輪 的 輪 轂 寬 度 (為 100mm)短 2 3mm，故 該 段 軸 長 取 為 L3=98mm 軸 承 端 蓋 的 總 寬 度 為 25mm（ 由 減 速 器 及 軸 承 端 蓋 的 結 構 設計 而 定 ） 。 根 據 軸 承 端 蓋 的 裝 拆 及 便 于 對 軸 承 添 加 潤 滑 脂的 要 求 ， 取 端 蓋 的 外 端 面 與 半 聯 軸 器 右 端 面 間 的 距 離l=20mm ， 故 取 軸 段 5的 長 度 為 L5=45mm。軸 段 2是 一 軸 環(huán) ， 右 側 用 來 定 位 齒 輪 ， 左 側 用 來 定 位 滾 動軸

34、承 ， 查 滾 動 軸 承 的 手 冊 ， 可 得 該 型 號 的 滾 動 軸 承 內 圈安 裝 尺 寸 最 小 為 64mm， 同 時 軸 環(huán) 的 直 徑 還 要 滿 足 比 軸 段3的 直 徑 (為 58mm)大 5 10mm的 要 求 ， 故 這 段 直 徑 最 終取 D2=66mm。 軸 環(huán) 2寬 度 取 為 L2=18mm (b 1.4h 6.4） 取 齒 輪 距 箱 體 內 壁 之 距 離 為 10mm， 考 慮 到 箱 體 的 鑄 造誤 差 ， 在 確 定 滾 動 軸 承 位 置 時 ， 應 距 箱 體 內 壁 一 段 距 離 ，取 5mm。 已 知 滾 動 軸 承 寬 度 為

35、21mm， 齒 輪 輪 轂 長 為100mm,則 軸 段 4的 長 度 為 ： 10 5 (100-98)+21=38mm 齒 輪 、 半 聯 軸 器 與 軸 的 周 向 定 位 均 采 用 平 鍵 聯 接 。 對 于齒 輪 ， 由 手 冊 查 得 平 鍵 的 截 面 尺 寸 寬 高 = 16 10 (GB1095-79)， 鍵 槽 用 鍵 槽 銑 刀 加 工 ， 長 為 80mm(標 準 鍵 長 見 GB1096-79),同 時 為 了 保 證 齒 輪 輪 轂 與 軸 的 配 合 為 H7/n6；(4) 軸 上 零 件 的 周 向 定 位 同 樣 ， 半 聯 軸 器 與 軸 的 聯 接 ，

36、選 用 平 鍵 為 14 9 63， 半 聯 軸 器 與 軸 的 配 合 為 H7/k6。 滾 動 軸 承 與 軸 的 周 向 定 位是 借 過 渡 配 合 來 保 證 的 ， 此 處 選 軸 的 直 徑 尺 寸 公 差 為 k6。 (5)確 定 軸 上 圓 角 和 倒 角 尺 寸 。 取 軸 端 倒 角 為 2 45 畫 軸 空 間 受 力 簡 圖 c， 將 軸 上 作 用 力 分 解 為 垂 直 面 受 力 圖 d和水 平 受 力 圖 e。 分 別 求 出 垂 直 面 上 的 支 反 力 和 水 平 面 上 支 反力 。 對 于 零 件 作 用 于 軸 上 的 分 布 載 荷 或 轉 矩

37、(因 軸 上 零 件 如 齒輪 、 聯 軸 器 等 均 有 寬 度 )可 當 作 集 中 力 作 用 于 軸 上 零 件 的 寬 度中 點 。 對 于 支 反 力 的 位 置 ， 隨 軸 承 類 型 和 布 置 方 式 不 同 而 異 ，其 中 a值 參 見 滾 動 軸 承 樣 本 ， 跨 距 較 大 時 可 近 似 認 為 支 反 力 位于 軸 承 寬 度 的 中 點 7、 按 彎 扭 合 成 校 核(1)畫 受 力 簡 圖 (2)計 算 作 用 于 軸 上 的 支 反 力 水 平 面 內 支 反 力垂 直 面 內 支 反 力 (3)計 算 軸 的 彎 矩 ， 并 畫 彎 、 轉 矩 圖分

38、別 作 出 垂 直 面 和 水 平 面 上 的 彎 矩 圖 f、 g， 并 按 計算 合 成 彎 矩 (4)計 算 并 畫 當 量 彎 矩 圖轉 矩 按 脈 動 循 環(huán) 變 化 計 算 , 取 (5)校 核 軸 的 強度 一 般 而 言 ， 軸 的 強 度 是 否 滿足 要 求 只 需 對 危 險 截 面 進 行校 核 即 可 ， 而 軸 的 危 險 截 面多 發(fā) 生 在 當 量 彎 矩 最 大 或 當量 彎 矩 較 大 且 軸 的 直 徑 較 小處 。 a-a 截 面 處 當 量 彎 矩 為 ： 故 安 全 三 、 軸 的 剛 度 計 算 軸 的 剛 度 包 括 扭 轉 剛 度 和 彎 曲

39、剛 度 ， 前 者 以 扭 轉 角 度 量 ， 后 者 以 撓 度 y或 偏 轉 角 度 量 。 軸 的 剛 度 計 算 就 是 計 算 出 軸 受 載時 的 變 形 量 ， 并 使 其 控 制 在 允 許 的 范 圍 內 ， 即 yy (10-4) 彎 矩 彎 曲 變 形扭 矩 扭 轉 變 形一 、 彎 曲 變 形 計 算方 法 有 ： 1.按 微 分 方 程 求 解2.變 形 能 法 適 用 于 等 直 徑 軸 。適 用 于 階 梯 軸 。 圖 11-1 軸 的 饒 度 和 轉 角 圖 11-2 軸 的 扭 角 表 11-5 軸 的 撓 度 、 偏 轉 角 和 扭 轉 角 的 允 許 值

40、軸 的 振 動 概 念 當 軸 旋 轉 時 ， 由 于 外 界 干 擾 力 的 影 響 ， 軸 會 產 生 橫 向 振 動 。 轉 速 達 到 某 個 數 值 ， 使 外 界 干 擾 力 產 生 的 振 動 頻 率 和 軸 的 自 然振 動 頻 率 相 同 或 相 近 時 ， 將 會 出 現 共 振 現 象 ， 其 振 幅 和 動 載 荷可 能 導 致 軸 和 機 器 的 破 壞 ， 軸 發(fā) 生 共 振 時 的 轉 速 稱 為 軸 的 臨 界轉 速 。 如 果 轉 速 繼 續(xù) 提 高 ， 振 動 就 會 減 弱 ， 軸 的 轉 動 趨 于 平 穩(wěn) 。 但 當 轉 速 達 到 另 一 較 高 的

41、 數 值 時 ， 共 振 可 能 再 次 出 現 。 其 中 ， 最 低 的 臨 界 轉 速 稱 為 第 一 階 臨 界 轉 速 n c1。 軸 的 振 動 計 算 就 是 計算 其 臨 界 轉 速 ， 使 軸 的 工 作 轉 速 避 開 其 各 階 臨 界 轉 速 以 防 止 共振 的 發(fā) 生 。 軸 的 臨 界 轉 速 取 決 于 回 轉 零 件 的 質 量 和 軸 的 剛 度 ， 質 量 越 大 ，剛 度 越 小 ， 則 軸 的 臨 界 轉 速 越 低 。 工 作 轉 速 n低 于 一 階 臨 界 轉速 的 軸 稱 為 剛 性 軸 ， 超 過 一 階 臨 界 轉 速 的 軸 稱 為 撓

42、性 軸 。 通 常情 況 下 ， 對 于 剛 性 軸 ， 應 使 n 0.85nc1； 對 于 撓 性 軸 ， 應 使 n1.15nc1滿 足 上 述 條 件 并 避 開 各 高 階 臨 界 轉 速 的 軸 ， 都 具 有 振 動穩(wěn) 定 性 。 軸 及 軸 上 零 件 材 料 本 身 的 不 均 勻安 裝 對 中 性 不 好制 造 誤 差 等 造 成 軸 及 軸 上 零 件 的 重 心 偏 移外 界 常 見 的周 期 性 干 擾力 因 素軸 旋 轉 時 產 生 離 心 力高 速 轉 動 的 軸 都 要 經 過 平 衡 試 驗 ， 以 滿 足 運 動 平 穩(wěn) 性 的 要 求 。 第 四 節(jié) 軸

43、轂 聯 接 作 用 ： 聯 接 軸 和 軸 上 零 件 ， 實 現 周 向 固 定 以 傳 遞 轉 矩和 運 動 。一 、 鍵 聯 接 的 類 型類 型 ： 平 鍵 、 半 圓 鍵 、 楔 鍵 、 切 向 鍵 等 。1、 平 鍵 聯 接 結 構 簡 單 、 裝 拆 方 便 ， 應 用廣 泛 。 按 用 途 不 同 分 為 ：普 通 平 鍵導 向 平 鍵滑 鍵 工 作 面間 隙（ 1） 普 通 平 鍵 兩 側 面 為 工 作 面 普 通 平 鍵 的 類 型單 圓 頭 (C型 )： 用 于 軸 端圓 頭 (A型 )： 端 銑 刀 加 工 ， 固 定 良 好平 頭 (B型 )： 盤 銑 刀 加 工

44、， 應 力 集 中 小盤 銑 刀 （ 2） 導 向 平 鍵 加 長 平 鍵 ， 軸 向 移 動 量 不 大 的 動 聯 接 ， 用 螺 釘 固 定 在 軸 上（ 3） 滑 鍵 聯 接 圖 10-16 導 向 平 鍵 和 滑 鍵 聯 接 軸 向 移 動 量 大 的 動 聯 接 ， 滑 鍵 在 輪 轂 上 ， 與 輪 轂 一 起 在 軸 上 移 動 2. 半 圓 鍵 聯 接 圖 10-17 半 圓 鍵 聯 接 3. 楔 鍵 聯 接 結 構 ： 楔 鍵 的 上 、 下 面 為 工 作 面 ， 鍵 的 上表 面 及 輪 轂 鍵 槽 底 面 均 有 1:100 的 斜 度 。 特 點 ： 能 承 受 單

45、 向 軸 向 力 。 但 對 中 性 很 差 。 。 應 用 ： 用 于 低 速 、 輕 載 和 對 中 性 要 求 不 高的 場 合 。 聯 接 。 d 斜 度 1： 1004、 切 向 鍵 結 構 ： 由 兩 個 斜 度 為 1:100的 楔 鍵 組 成 。 特 點 ： 承 載 能 力 較 大 ， 但 對 中 性 差 。 傳 遞 雙 向 轉 矩 時 ， 須 用 兩 個 鍵 且分 布 成 120130 。 應 用 ： 常 用 于 對 中 精 度 要 求 不 高 的 重 型 機 械 。 二 、 花 鍵 聯 接1)均 勻 受 力 ； 6 2 花 鍵 聯 接6)可 用 磨 削 方 法 提 高 加

46、工 精 度 及聯 接 質 量 。 結 構 ： 外 花 鍵 （ 花 鍵 軸 ） 和 內 花 鍵 （ 花 鍵 孔 ） 組 成 。鍵 齒 側 面 是 工 作 面 。 特 點 ： 承 載 能 力 高 ， 對 中 性 好 ;但 制 造 要 采 用 專用 設 備 ， 成 本 較 高 。 應 用 ： 用 于 定 心 精 度 要 求 高 、 載 荷 較 大 的 場 合 。 矩 形 花 鍵 三 角 形 花 鍵 1） 矩 形 花 鍵1、 矩 形 花 鍵加 工 方 便 （ 可 通 過 磨 削 獲 得 高 精 度 ） ， 應 用 廣 泛 。 2、 漸 開 線 花 鍵 工 藝 性 好 ， 強 度 高 ， 承 載 能 力

47、 大 。 用 于 重 載 、 定 心精 度 要 求 高 的 聯 接 壓 力 角 30壓 力 角 45漸 開 線 花 鍵 壓 力 角 45 ： 內 花 鍵 為 三 角 形 ， 故 稱 為 三 角 形 花 鍵 ， 其鍵 齒 細 而 多 ， 適 用 于 薄 壁 零 件 。 圖 10-20 漸 開 線 花 鍵 聯 接 三 、 平 鍵 的 選 用 和 強 度 校 核1、 平 鍵 的 選 用（ 1） 鍵 的 尺 寸 選 擇 斷 面 尺 寸 b h： 根 據 軸 徑 d 查 標 準 確 定 ， 表 16-1。 鍵 長 L： 應 略 短 于 輪 轂 的 寬 度 ， 并 符 合 標 準 尺 寸 系 列 。附 ：

48、 鍵 的 長 度 系 列 ： 10 12 14 16 18 20 22 25 32 36 40 45 50 63 70 80 90 100 110 125 140 160 . （ 2） 鍵 的 標 記 B型 平 鍵 b h L=10 16 125 鍵 B 10 125 A型 鍵 可 不 標 型 號 d b h C或 r L t t1 半 徑 r 表 16-1鍵 的 尺 寸 鍵 槽軸 的 直 徑 自 68 2 2 620 1.2 1 810 3 3 0.160.25 636 1.8 1.4 0.080.16 1012 4 4 845 2.5 1.8 1217 5 5 1056 3.0 2.3 1

49、722 6 6 0.250.4 1470 3.5 2.8 0.160.25 2230 8 7 1890 4.0 3.3 3038 10 8 22110 5.0 3.3 3844 12 8 28140 5.0 3.3 4450 14 9 0.40.6 36160 5.5 3.8 0.250.4 5058 16 10 45180 6.5 4.3 5865 18 11 50200 7.0 4.4 6575 20 12 56220 7.5 4.9 （ 2） 、 平 鍵 的 主 要 失 效 形 式 普 通 平 鍵 ： 壓 潰 按 擠 壓 強 度 計 算 。 極 個 別 情 況 會 出 現 鍵 被 剪 斷

50、 ； 導 向 平 鍵 的 主 要 失 效 形 是 工 作 面 的 磨 損 。擠 壓 強 度 條 件 ：擠 壓 應 力 ：p工 作 面 所 受 擠 壓 應 力 T轉 矩 (N.mm) A擠 壓 面 積 (mm) h鍵 高 ， mm d軸 段 的 直 徑 ， mmMPa4 pp hldTAF 2.dFT lhA .2 pp kldT 2 對 于 導 向 平 鍵 聯 接 ， 計 算 依 據 是 磨 損 ， 應 限 制 壓 強 ：鋼 125150 100120 6090表 6-1 鍵 聯 接 的 許 用 擠 壓 應 力 、 許 用 壓 力 許 用 值 輪 轂 材 料 靜 載 荷 輕 微 沖 擊 沖 擊

51、載 荷 性 質 鑄 鐵 7080 5060 3045鋼 50 40 30 p p l 鍵 的 接 觸 長 度 ， mm2bLl bLl Ll 圓 頭 平 鍵 ：平 頭 平 鍵 ：單 圓 頭 平 鍵 ：p 材 料 的 許 用 擠 壓 應 力 ，MPa 導 向 平 鍵 聯 接 主 要 失 效 形 式 是 工 作 面 的 磨 損 。 因 此 ， 要 做耐 磨 性 計 算 ， 限 制 其 壓 強 p， 強 度 條 件 為 2 pkldTp (10-6) 式 中 ： p 許 用 壓 強 ， MPa， 見 表 10-6； 其 他 參 數 同 式(10-5)。 圖 10-15 平 鍵 聯 接 的 受 力 分

52、 析 （ 3 ） 其 他 軸 轂 聯 接 簡 介 1. 成 形 聯 接 圖 10-21 成 形 聯 接 2. 彈 性 環(huán) 聯 接 圖 10-22 彈 性 環(huán) 聯 接 3. 過 盈 配 合 聯 接 圖 10-23 過 盈 配 合 聯 接 軸 是 最 容 易 損 壞 的 零 件 之 一 ， 其 失 效 將 危 急 整 部 機器 ， 所 以 要 注 重 軸 的 維 護 和 使 用第 五 節(jié) 軸 的 維 護 與 使 用 使 用 前 ： 裝 配 可 靠 ， 與 零 件 間 隙 適 當 ， 軸 頸 潤 滑使 用 中 ： 不 突 加 載 、 減 載 、 超 載大 修 和 中 修 ： 檢 驗 裂 紋 、 彎

53、曲 ， 軸 頸 磨 損 等 ， 及 時 修 復 和 更 換使 用修 復 斷 裂 更 換軸 頸 磨 損 磨 損 不 大 :鍍 鉻 、 鐵 等磨 損 大 ： 堆 焊 （ 加 工 到 原 來 尺 寸 ） 、鑲 套 （ 過 盈 配 合 ）螺 紋 螺 紋 碰 傷 ， 車 削 修 整 ； 掉 牙 和 滑 絲 ： 車 掉 螺 紋 ， 堆 焊 ， 加 工輕 微 磨 損 ： 銼 刀 磨 損 大 ： 擴 大 鍵 槽 或 焊 堵 槽 ， 其 他 位 置 重 銑 鍵 槽鍵槽 修 復 裂 紋彎 曲變 形花 鍵 槽 非 重 要 軸 ： 焊 補 或 粘 接重 要 軸 、 裂 紋 深 、 重 載 ： 更 換表 形 小 于 長 度 8/1000： 冷 壓 校 正變 形 大 、 精 度 要 求 高 ： 局 部 火 焰 加 熱 校 正磨 損 不 大 ： 退 火 局 部 加 熱 ， 敲 擊 齒 頂 ， 增加 鍵 寬磨 損 大 :堆 焊 修 復 ， 加 工 齒 形