轴相关知识课件

1、 一 轴用于轴用于支承回转零件支承回转零件(如齿轮、凸轮、带轮等如齿轮、凸轮、带轮等),使其有确定的使其有确定的 工作位置工作位置,传递运动和动力传递运动和动力,并通过轴承支承在机架或机座上。并通过轴承支承在机架或机座上。 二 l 心轴心轴只承受只承受弯矩弯矩而不承受转矩的轴而不承受转矩的轴,如自行车轮轴。如自行车轮轴。 按轴转动与否按轴转动与否,又可分为又可分为转动心轴转动心轴和和固定心轴固定心轴。 l 传动轴传动轴指只受指只受转矩转矩不受弯矩或受很小弯矩的轴不受弯矩或受很小弯矩的轴,如联如联 接汽车发动机输出轴和后桥的轴。接汽车发动机输出轴和后桥的轴。 l 转轴转轴指既受指既受弯矩弯矩又受

2、又受转矩转矩的轴，转轴在各种机器中最的轴，转轴在各种机器中最 为常见。为常见。 转轴转轴:M + T; 心轴心轴:M ; 传动轴传动轴:T 转动心轴转动心轴固定心轴固定心轴 传动轴传动轴 转轴转轴 三 确定轴段的长度和直径确定轴段的长度和直径 刚度刚度 N 疲劳强度高疲劳强度高 对应力集中的敏感性小对应力集中的敏感性小 碳钢如碳钢如:45 40 特点特点:价廉、对应力集中敏感性低、可进行热处理。价廉、对应力集中敏感性低、可进行热处理。 合金钢如合金钢如:40Cr20Cr 特点特点:机械性能比碳钢高机械性能比碳钢高,淬火性能更好淬火性能更好,但价高、但价高、 对应力集中敏感性高、可进行热处理。对

3、应力集中敏感性高、可进行热处理。 铸铁如铸铁如:QT6003 特点特点:容易制造复杂形状的零件、价廉、有良好的吸振容易制造复杂形状的零件、价廉、有良好的吸振 性、和耐磨性、性、和耐磨性、对应力集中敏感性低。对应力集中敏感性低。 要求要求 常用材料常用材料 四 用途用途: : 碳钢比合金钢价廉碳钢比合金钢价廉, ,且具有较好的综合力学性能且具有较好的综合力学性能, ,对应力集中的对应力集中的 敏感性较低。应用较多敏感性较低。应用较多, ,适用于一般要求的轴，尤其以适用于一般要求的轴，尤其以4545钢应用最广。钢应用最广。 合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴合金钢具有较高的

4、力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴: : 如传递大功率并要求减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高如传递大功率并要求减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高 温、低温和腐蚀条件等。温、低温和腐蚀条件等。 轴的材料主要是轴的材料主要是碳钢碳钢和和合金钢合金钢, ,钢轴的毛坯多数用钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件圆钢或锻件, ,各种热各种热 处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。 高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴, ,且具有价廉、良好的吸且具有价廉、良好的吸 振性和耐磨性振性和耐磨性,

5、 ,以及对应力集中的敏感性较低等优点以及对应力集中的敏感性较低等优点, ,但是质较脆。但是质较脆。 在一般工作温度下（低于在一般工作温度下（低于200200）, ,各种碳钢和合金钢的弹性模量各种碳钢和合金钢的弹性模量 均相差不多均相差不多, ,因此相同尺寸的因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。 种种 类类 碳素钢碳素钢:35:35、4545、5050、Q235Q235 合金钢合金钢: 20Cr: 20Cr、20CrMnTi20CrMnTi、40CrNi40CrNi、38CrMoAlA38CrMoAlA等等 铸钢或球墨铸铁铸钢或球墨铸铁 正火或调质处理。正火或

6、调质处理。 四 四 设计任务设计任务:使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。 F 等强度 阶梯轴 尺寸尺寸= = 轴承内径轴承内径 直径与轮毂内径相当直径与轮毂内径相当 滚动轴承滚动轴承齿轮齿轮 滚动轴承滚动轴承键槽键槽联轴器联轴器 轴颈轴颈 轴身轴身 轴头轴头轴颈轴颈轴身轴身轴头轴头 轴承盖轴承盖 轴承盖轴承盖 典型轴系结构典型轴系结构 轴上零件的布置轴上零件的布置预定出轴上零件的装配方向、顺序和预定出轴上零件的装配方向、顺序和 相互关系相互关系,它决定了轴的结构形状。它决定了轴的结构形状。 装配方案装配方案以轴最大直径处的轴环为界限以轴最大直径处的轴环为界限,

7、轴上零件轴上零件分别分别 从两端装入从两端装入。按安装顺序即可形成。按安装顺序即可形成各轴段粗细各轴段粗细和和结构形式结构形式 的初步布置方案。的初步布置方案。 在拟定方案时在拟定方案时,可以考虑几个方案可以考虑几个方案,以供以供比较选择比较选择。 一 为便于轴上零件的装拆为便于轴上零件的装拆,一般轴都做成从轴端逐渐一般轴都做成从轴端逐渐 向中间增大的阶梯状。向中间增大的阶梯状。 制造安装要求制造安装要求: 轴上零件的装配方案不同轴上零件的装配方案不同, ,则轴的结构形状也不相同。则轴的结构形状也不相同。 设计时可拟定几种装配方案设计时可拟定几种装配方案, ,进行分析与选择。进行分析与选择。

8、图示图示圆锥圆柱齿轮圆锥圆柱齿轮减速器输出轴就有两种装配方案减速器输出轴就有两种装配方案 装配方案的比较装配方案的比较: 方案二需要一个用于轴向定位的长套筒方案二需要一个用于轴向定位的长套筒, ,多了一个零件多了一个零件, ,加工工艺复杂加工工艺复杂, ,且质且质 量较大，故不如方案一合理量较大，故不如方案一合理 一）零件轴向固定的目的一）零件轴向固定的目的 防止零件沿轴向窜动防止零件沿轴向窜动, ,确保零件轴向准确位置。确保零件轴向准确位置。 二）常用轴向固定二）常用轴向固定 过渡圆角过渡圆角r r 定位高度定位高度h h 由由 组成组成 轴肩轴肩轴环轴环 r h d D h r D d 二

9、 特点特点: :定位可靠定位可靠, ,能承受较大的轴向载荷能承受较大的轴向载荷, ,用于各类零件的轴用于各类零件的轴 向定位和固定。向定位和固定。 注意事项注意事项: 1 1）轴的过渡圆角半径）轴的过渡圆角半径r r 应小于轴上零件的倒角应小于轴上零件的倒角C C 或圆角半径或圆角半径R;R; R 轴环轴环 r h d D c 轴肩轴肩 h r D d b 2 2）轴环宽度）轴环宽度b b b b 1.4h 10 mm1.4h 10 mm 3 3）轴肩轴）轴肩轴 环高度环高度h h 定位轴肩定位轴肩: :高度高度hC(hC(或或R) ,R) ,通常取通常取h=(2h=(23)C3)C或或(2(

10、23)R3)R 或或h=0.07d+(2h=0.07d+(23) mm3) mm 滚动轴承滚动轴承: :轴肩高度轴肩高度 轴头长度轴头长度l, ,取取l = B -= B -（2 23 3）mmmm B l 结构不合理结构不合理! 与滚动轴承相配合处的轴肩高度不与滚动轴承相配合处的轴肩高度不 能超过轴承内圈高度能超过轴承内圈高度 -常与轴肩或锥面联合使用常与轴肩或锥面联合使用, ,固定零件固定零件 稳定可靠稳定可靠, ,能承受较大的轴向力。能承受较大的轴向力。 注意注意: :轮毂宽度轮毂宽度BB轴头长度轴头长度l ,取l = B- （23）mm 轴肩轴肩 B 轴端挡圈轴端挡圈 止动垫片止动垫片

11、 止动销止动销 l 止动垫片止动垫片止动销止动销 轴端挡圈轴端挡圈螺钉螺钉 螺钉螺钉 轴向定位和固定轴向定位和固定轴端挡板轴端挡板 当零件位于轴端时当零件位于轴端时,可用轴端挡板与轴肩、轴套、圆锥可用轴端挡板与轴肩、轴套、圆锥 面等的组合面等的组合,使使零件双向固定零件双向固定。挡板用螺钉紧固在轴端。挡板用螺钉紧固在轴端 并压紧被定位零件的端面。该方法简单可靠、装拆方便并压紧被定位零件的端面。该方法简单可靠、装拆方便, 但需在但需在轴端加工螺纹孔轴端加工螺纹孔。 -装拆方便装拆方便, ,可兼作周向固定。宜用于高速、重载及零可兼作周向固定。宜用于高速、重载及零 件对中性要求高的场合。只用于轴端件

12、对中性要求高的场合。只用于轴端, ,常与轴端挡圈联合常与轴端挡圈联合 使用使用, ,实现零件的双向固定。实现零件的双向固定。 锥面锥面 轴端挡圈轴端挡圈 螺钉螺钉 止动垫片止动垫片 轴向定位和固定轴向定位和固定圆锥面圆锥面 将轴与零件的配合面加工成圆锥面将轴与零件的配合面加工成圆锥面,可以实现轴向定位。可以实现轴向定位。 圆锥面的锥度小时圆锥面的锥度小时,所需轴向力小所需轴向力小,但但不易拆卸不易拆卸，通常取，通常取锥锥 度度1:301:8。 紧定套紧定套 -固定可靠固定可靠, ,可承受较大的轴向力可承受较大的轴向力, ,但需切但需切 制螺纹和退刀槽制螺纹和退刀槽, ,会削弱轴的强度。常用于会

13、削弱轴的强度。常用于 轴上两零件间距较大处，也可用于轴端。轴上两零件间距较大处，也可用于轴端。 注意注意: :零件宽度零件宽度B B 轴长度轴长度l ,取取l = B-（23）mm l B 止动垫圈止动垫圈 圆螺母圆螺母 -结构简单结构简单, ,但在轴上需切槽但在轴上需切槽, ,会引起应力集中会引起应力集中, ,一般一般 用于轴向力不大的零件的轴向固定。用于轴向力不大的零件的轴向固定。 弹性挡圈弹性挡圈 B l 注意注意: :零件宽度零件宽度B B 轴长度轴长度l ,取取l = B-（23）mm 轴向定位和固定轴向定位和固定弹性挡圈弹性挡圈 在在轴上切出环形槽轴上切出环形槽(手册手册),将弹性

14、挡圈嵌入槽中将弹性挡圈嵌入槽中,利用它的利用它的 侧面压紧被定位零件的端面侧面压紧被定位零件的端面,图为轴肩与弹性挡圈联合使图为轴肩与弹性挡圈联合使 用的情况。这种定位方法工艺性好、装拆方便，但对轴用的情况。这种定位方法工艺性好、装拆方便，但对轴 的强度消弱较大，常用于所受轴向力小的轴。的强度消弱较大，常用于所受轴向力小的轴。 为防松为防松, ,需加止动垫圈或使用双螺母。需加止动垫圈或使用双螺母。 止动垫圈止动垫圈 -结构简单结构简单, ,可兼作周向固定可兼作周向固定, ,传递不大的传递不大的 力或力矩力或力矩, ,不宜用于高速。不宜用于高速。 紧定螺钉紧定螺钉 轴向定位和固定轴向定位和固定锁

15、紧挡圈、紧定螺钉锁紧挡圈、紧定螺钉 锁紧挡圈锁紧挡圈用用紧定螺钉紧定螺钉固定在轴上固定在轴上,装拆方便装拆方便,但不能承受但不能承受 大的轴向力。大的轴向力。 必须注意必须注意: : 1 1）轴上零件一般均应作双向固定）轴上零件一般均应作双向固定, ,可将各种方法联合使用。可将各种方法联合使用。 2 2）保证固定可靠）保证固定可靠, ,防止过定位防止过定位,L轴段长度 轴段长度=B轮毂宽轮毂宽-(23)mm。 。 23 23 轴向定位的方法轴向定位的方法 轴肩定位轴肩定位:多用于轴向力较大的场合多用于轴向力较大的场合。 套筒定位套筒定位:多用于两个零件之间的定位。多用于两个零件之间的定位。 圆

16、螺母定位圆螺母定位:可承受大的轴向力可承受大的轴向力,一般用于轴端零件的固一般用于轴端零件的固 定。（图定。（图15-10） 轴端挡圈轴端挡圈:用于轴端零件的固定。用于轴端零件的固定。 其它其它:用于较小轴向力的场合。如用于较小轴向力的场合。如:弹性挡圈、紧定螺钉、弹性挡圈、紧定螺钉、 锁紧挡圈、圆锥面定位等。（图锁紧挡圈、圆锥面定位等。（图15-11-图图15-13） 轴承端盖定位轴承端盖定位:一般也用于整个轴系的轴向定位一般也用于整个轴系的轴向定位 一）零件周向固定的目的一）零件周向固定的目的 使零件能同轴一起转动使零件能同轴一起转动, ,传递转矩。传递转矩。 二）常用周向固定二）常用周向

17、固定 周向固定大多采用键、花键、过盈配合或销等联接形式来周向固定大多采用键、花键、过盈配合或销等联接形式来 实现。实现。 键槽应设计成同一加工直线。键槽应设计成同一加工直线。 键联接键联接制造简单制造简单,装拆方便。装拆方便。 用于传递转矩较大用于传递转矩较大,对中性要求一对中性要求一 般的场合般的场合,应用最为广泛。应用最为广泛。 三 花键联接花键联接承载能力高承载能力高,定心好定心好, 导向性好导向性好,但制造较困难，成本较高。但制造较困难，成本较高。 用于传递转矩大，对中性要求高或用于传递转矩大，对中性要求高或 导向性好的场合。导向性好的场合。 过盈配合联接过盈配合联接结构简单结构简单,

18、定心好定心好, 承载能力高承载能力高,工作可靠，但装配困难，工作可靠，但装配困难， 对配合尺寸的精度要求较高。对配合尺寸的精度要求较高。 销联接销联接用于固定不太重要用于固定不太重要,受力不受力不 大大,但同时需要轴向固定的零件。但同时需要轴向固定的零件。 零件的周向定位零件的周向定位 1）普通平键联接）普通平键联接 布置在同 一母线上 2）其它周向定位方）其它周向定位方 式式:导向平键、半圆键、导向平键、半圆键、 花键、销、紧定螺钉花键、销、紧定螺钉 及过盈配合等。及过盈配合等。 销销 1 1、d:d:由载荷由载荷d dmin min 由结构设计要求确定各段的由结构设计要求确定各段的d d。

19、 2 2、L:L:由轴上零件相对位置及零件宽度决定由轴上零件相对位置及零件宽度决定, ,同时考虑同时考虑: : 1 1）轴段长比轮毂宽小）轴段长比轮毂宽小23mm可靠定位。可靠定位。 2 2）传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离）传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离( (查手册查手册) )。 四 6-2轴的结构设计 6-2轴的结构设计 R5 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00 R10 1.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.15 4.00 5.00 6.30 8.00 10.00 1.00 1.12 1.25 1.40 1.60 1.80 2.00

20、2.24 2.50 2.80 3.15 3.55 4.00 4.50 5.00 5.60 6.30 7.10 8.00 9.00 10.00 1.00 1.06 1.12 1.18 1.25 1.32 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.12 2.24 2.36 2.50 2.65 2.80 3.00 3.15 3.35 3.55 3.75 4.00 4.25 4.50 4.75 5.00 5.30 5.60 6.00 6.30 6.70 7.10 7.50 8.00 8.50 9.00 9.50 10.00 R40 R20 6-2轴的结构设计 什么是优先

21、数系和优先数 优先数是由公比分别为， 且项 值中含有10的整数幂的理论等比数列导出的一组近似等比的数列。 各数列分别用符号R5，R10，R20，R40和R80表示。称为R5数系、R10 数系、R20数系、R40数系和R80数系。即： R5数系：以1.60为公比形成的数系； R10数系：以1.25为公比形成的数系； R20数系：以1.12为公比形成的数系； R40数系：以1.06为公比形成的数系； 以上称为基本系列。 R80数系：以1.03为公比形成的数系； 它称为补充系列。仅在参数分级很细，基本系列不能适应实际情况时，才 可靠考虑采用。 优先数系中有任一个项值均称为优先数。 根据GB 321的

22、规定，优先数和优先数系适用于各种量值的分级，特别是 在确定产品的参数或参数系列时，必须按该标准的规定最大限度地采用，这就 是“优先”的含义。 510204080 10,10,10,10,10 便于加工、测量、维修及轴上零件的拆装便于加工、测量、维修及轴上零件的拆装 一）轴的加工工艺性要求一）轴的加工工艺性要求 1. 1. 不同轴段的键槽不同轴段的键槽, ,应布置轴的同一母线上应布置轴的同一母线上, ,以减少键槽加工以减少键槽加工 时的装卡次数时的装卡次数; ; a. 正确结构正确结构 b.不正确结构不正确结构 五 2.2.需磨制轴段时需磨制轴段时, ,应留应留砂轮越程槽砂轮越程槽; ;需车制螺

23、纹的轴段需车制螺纹的轴段, ,应应 留留螺纹退刀槽螺纹退刀槽。 3.3.相近直径轴段的过渡圆角、键槽、越程槽、退刀槽尺寸相近直径轴段的过渡圆角、键槽、越程槽、退刀槽尺寸 尽量统一。尽量统一。 砂轮越程槽砂轮越程槽 0.8 螺纹退刀槽螺纹退刀槽 二）轴上零件装配工艺性要求二）轴上零件装配工艺性要求 3.3.与零件过盈配合的轴端应加工出与零件过盈配合的轴端应加工出导向锥面导向锥面。 b b）导向锥面）导向锥面 1.1.轴的配合直径应轴的配合直径应圆整为标准值圆整为标准值。 2.2.轴端应有轴端应有c cX X4545的的倒角倒角。 a a）倒角）倒角 4.4.装配段不宜过长。装配段不宜过长。 1.

24、1.减小应力集中减小应力集中 合金钢对应力集中比较敏感合金钢对应力集中比较敏感,应加以注意。应加以注意。 b）过盈配合处的应力集中）过盈配合处的应力集中 轴的应力集中轴的应力集中 发生的位置发生的位置 a a）截面尺寸变化处）截面尺寸变化处 的应力集中的应力集中 b b）过盈配合处的应力集中）过盈配合处的应力集中 c c）小孔处的应力集中）小孔处的应力集中 a）截面尺寸变化处的应力集中）截面尺寸变化处的应力集中 c）小孔处的应力集中）小孔处的应力集中 六 减小应力集中的措施减小应力集中的措施: 2）尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽; ; 3）重要结构可增加卸载槽

25、）重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、过渡肩环、凹切圆角、 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。 1）用圆角过渡）用圆角过渡; 卸载槽卸载槽 d d/4 B B 过渡肩环过渡肩环凹切圆角凹切圆角 r 30 4 4）避免相邻轴径相差太大）避免相邻轴径相差太大; ; 2.2.合理布置轴上零件合理布置轴上零件, ,改善轴的受力情况改善轴的受力情况 1 1）使弯矩分布合理）使弯矩分布合理把轴、毂配合分成两段把轴、毂配合分成两段, ,减小最大弯减小最大弯 矩值。矩值。 不合理结构不合理结构 F 合理结构合理结构 F 2 2）使转矩合理分配）使

26、转矩合理分配 T1 T3 T4 T2 输出轮输出轮输入轮输入轮输出轮输出轮 T1 T2 T3 T4 输出轮输出轮输入轮输入轮 1 不合理的布置不合理的布置 Tmax= T2 + T3 + T4 合理布置合理布置 Tmax= T3 + T4 3 3）改进轴上零件结构）改进轴上零件结构, ,减轻轴的载荷减轻轴的载荷 卷筒轴既受弯矩又受扭矩卷筒轴既受弯矩又受扭矩 卷筒轴只受弯矩卷筒轴只受弯矩 卷筒卷筒 齿轮齿轮 轴承轴承 齿轮齿轮 螺栓 卷筒卷筒 轴承轴承 齿轮齿轮 齿轮齿轮 斜齿轮：斜齿轮： 两斜齿轮旋向应相同两斜齿轮旋向应相同 4 4）采用力平衡或局部相互抵消的办法减少轴的载荷。）采用力平衡或局

27、部相互抵消的办法减少轴的载荷。 行星齿轮减速器：行星齿轮减速器：多个行星轮均布多个行星轮均布 a)悬臂支承方案 b)简支支承方案 3.3.改变支点位置改变支点位置, ,改善轴的强度和刚度。改善轴的强度和刚度。 c)悬臂支承方案(正安装） 4.4.改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 轴的表面粗糙度和表面强化处理方法也会对轴的疲劳轴的表面粗糙度和表面强化处理方法也会对轴的疲劳 强度产生影响。当采用对应力集中甚为敏感的高强度材强度产生影响。当采用对应力集中甚为敏感的高强度材 料制作轴时料制作轴时, ,表面质量尤应予以注意。表面质量尤应予以注意。 轴的表面愈粗糙轴的表

28、面愈粗糙 疲劳强度疲劳强度 表面强化处理的方法有表面强化处理的方法有: : 表面高频淬火等热处理表面高频淬火等热处理; ; 表面渗碳、氰化、氮化等化学热处理表面渗碳、氰化、氮化等化学热处理; ; 碾压、喷丸等强化处理。碾压、喷丸等强化处理。 轴系结构改错轴系结构改错 图中有一处错误图中有一处错误, 请改正。请改正。 错误原因错误原因 rC使得轴上零件与轴使得轴上零件与轴 肩的配合不够紧密。肩的配合不够紧密。 轴系结构改错轴系结构改错 图中有四处错误图中有四处错误, 请改正。请改正。 错误原因错误原因 4.圆螺母无法装入。圆螺母无法装入。 1.轴肩太高轴肩太高,滚动滚动 轴承无法拆卸。轴承无法拆

29、卸。 2.轴上未留退刀槽轴上未留退刀槽 ,不便于螺纹加工。不便于螺纹加工。 3.轴承左边造成轴承左边造成 过定位。过定位。 轴系结构改错轴系结构改错 图中有三处错误图中有三处错误, 请改正。请改正。 错误原因错误原因 3.滚动轴承内圈与轴的配合滚动轴承内圈与轴的配合 为过盈配合为过盈配合,无需键联接。无需键联接。 1.轮毂上键槽未开通轮毂上键槽未开通,零件零件 无法装入。无法装入。 2.套筒无法装入应改为轴肩。套筒无法装入应改为轴肩。 轴系结构改错轴系结构改错 错误原因错误原因 图中有三处错误图中有三处错误, 请改正。请改正。 3. 同一轴上的两个平同一轴上的两个平 键应布置在同一母线键应布置

30、在同一母线, 否则不便于轴的加工。否则不便于轴的加工。 1. 键太长键太长,右端套筒右端套筒 无法装入。无法装入。 2. 轮毂上键槽未开通轮毂上键槽未开通, 右端齿轮无法装入。右端齿轮无法装入。 指出图示轴系中的结构错误（用笔圈出错误之处指出图示轴系中的结构错误（用笔圈出错误之处,并简要说明错误的原因）并简要说明错误的原因） 1）弹性挡圈为多余零件; 2）装轴承段应无键槽; 3）轴肩太高,不便拆卸; 4）应无轴环,齿轮无法从右装入,改为套筒固定， 或齿轮用过盈配合实现轴向固定； 5）应有键槽，周向固定； 6）此处应加工成阶梯轴； 7）端盖不应与轴接触； 8）端盖密封槽形状应为梯形； 9）平键顶

31、部与轮毂槽间应有间隙； 10）联轴器无轴向固定，且与端盖间隙太小，易 接触； 11）轴端部与端盖间应有一定间隙； 12）应该有调整垫片。 思考题思考题:找错误找错误 思考题思考题:找错误找错误 12 10 6 13 99 14 11 7 1 12 8 4 5 2 3 1按扭转强度计算按扭转强度计算:传动轴设计或转轴初估传动轴设计或转轴初估 一、轴的强度校核计算一、轴的强度校核计算 实心轴的直径为：实心轴的直径为： 33 33 0 33 2 . 0 109550 2 . 0 109550 n P A n P n P d TT 2 . 0 109550 3 3 T T T d n P W T 对于

32、只传递扭矩的传动轴对于只传递扭矩的传动轴,强度条件为强度条件为: 轴常用几种材料的轴常用几种材料的T及及A0值值 轴的材料轴的材料Q235-A、20 Q275、35 (1Cr18Ni9Ti) 45 40Cr、35SiMn 38SiMnMo、 3Cr13 T/MPa1525203525453555 A014912613511212610311297 为了计及键槽对轴的削弱为了计及键槽对轴的削弱,可按以下方式修正轴径可按以下方式修正轴径: 有一个键槽有一个键槽有两个键槽有两个键槽 轴径轴径d100mm轴径增大轴径增大3%轴径增大轴径增大7% 轴径轴径d100mm轴径增大轴径增大5%7%轴径增大轴径

33、增大10%15% 强度条件强度条件 3 0 3 6 3 6 2.0 1055.9 2.0 1055.9 n P Ad n P d d n P W T T T T T 3 0 n P Ad 22 4 ca 第三强度理论第三强度理论 22 ）（4 ca WW轴的抗弯截面系数（查表）。轴的抗弯截面系数（查表）。 ）（ 2 4）（4 1 22 2 22 W TM W T W M ca 1 6.0 3.0 1 1 0 1 1 1 为对称循环变应力若 为脉动循环变应力若 为静应力若 为对称循环变应力时当 应力折算系数 为何要引入应力折算系数为何要引入应力折算系数? 当当为脉动循环变应力时为脉动循环变应力时

34、,上述公式及上述公式及如何如何? 对心轴对心轴:以以 T=0 代入计算。代入计算。 计算时应找计算时应找 23 个危险截面。个危险截面。 1ca b 轴的常用材料及其主要力学特性表轴的常用材料及其主要力学特性表 3安全系数法精确校核计算安全系数法精确校核计算 疲劳强度条件疲劳强度条件 s ss ss s 22 ca ma 1N ma 1N K K s K K s 式中 0 W M mmaxa 为对称循环变应力时当 T maxma W2 T 2 1 为脉动循环变应力时当 ma K S 1 ma K S 1 10 0 2 10 0 2 ma K S 1 ma K S 1 a M W 0 m WM

35、ma 2 2 amT TW aT T W 0 m 3 /32Wd 3 /16 T Wd 静强度条件静强度条件 s ss ss s s 2 s 2 ss sca Tmax s s anaxmax s s WT s A F W M s 式中 4按静强度条件进行校核（防止过载）按静强度条件进行校核（防止过载） 二、轴的刚度校核计算二、轴的刚度校核计算 1. 1. 轴的弯曲刚度校核计算轴的弯曲刚度校核计算 轴的弯曲刚度条件为轴的弯曲刚度条件为 挠度挠度 yy 偏转角偏转角 2轴的扭转刚度校核计算轴的扭转刚度校核计算 轴的扭转刚度以扭转角轴的扭转刚度以扭转角 来度量。轴的扭转刚度条件为来度量。轴的扭转刚

36、度条件为 轴的弯曲刚度以挠度轴的弯曲刚度以挠度y和偏转角和偏转角来度量。来度量。 对于光轴对于光轴,可直接用材料力学中的公式计算其挠度或偏转角。可直接用材料力学中的公式计算其挠度或偏转角。 对于阶梯轴对于阶梯轴,可将其转化为当量直径的光轴后计算其挠度或偏转角。可将其转化为当量直径的光轴后计算其挠度或偏转角。 三、轴的振动及振动稳定性的概念三、轴的振动及振动稳定性的概念 确定轴各段直径和长度确定轴各段直径和长度 直径直径: 长度长度:根据结构确定根据结构确定 3 0 n P Ad 初值 45钢A0=126-103 P-kw N-r/min D-mm 三、各轴段直径和长度的确定三、各轴段直径和长度

37、的确定 首先按轴所受的扭矩首先按轴所受的扭矩估算轴径估算轴径,作为轴的最小轴径作为轴的最小轴径dmin。 带式运带式运 输机输机 减速器减速器 电动机电动机 转轴转轴 扭矩传扭矩传 递路线递路线 这是一个两级圆柱齿轮减速器传 动原理图,下面以这个减速器的低 速级齿轮轴系为例,分析轴系结构 设计的过程。 轴系结构设计是在传动零件设计的基础上进行的,为使传动零件转动中不与箱体零 件相干涉,传动零件与箱体之间应有一定距离,这个距离的大小与传动件的尺寸有 关，与箱体零件的制造方法有关，传动零件的尺寸越大，距离也应越大，箱体零 件的制造精度越低，距离应越大。具体数值可参考有关设计手册。 传动零件通过内孔

38、与轴的配合关系确定与轴的径向位置关系 齿轮通过轮毂端面与轴肩的接触,确定与轴的轴向位置关系,轴肩的 位置决定齿轮的安装方法,通常将轴肩安排在远离箱体壁的一侧， 这样设计可以方便装配。 相邻轴段直径应稍小,这样设计既有利于加工,又有利于装配。 与传动零件配合的轴段长度应略小于传动件轮毂宽度,这样可以使定 为零件（图中套筒）可靠地与齿轮端面接触;否则可能由于制造误差, 使得套筒与轴上的台阶端面接触,使齿轮实际并未定位。 与齿轮配合的轴段通过平键连接确定与轴的周向位置并传递转矩,为 避免由于键槽所造成的应力集中和由于轴上的台阶造成的应力集中 不出现在同一个位置,键槽两端应与台阶之间留有必要的距离。

39、齿轮另一侧通过套筒定位。 根据功能需要合理选择轴系结构类型, 由于减速器轴系跨距较小,优先选择两 端单向固定结构。 本实例选择角接触球轴承,正安装,为使轴承与轴承孔接触良好,轴承 的安装位置应深入轴承孔一定距离。滚动轴承与轴之间通过轴肩定 位，轴肩高度应保证轴承的定位需要，同时保证轴承可拆卸。 左端轴承通过套筒定轴向位置,既要保证齿轮定位的需要,同时又要 保证轴承的定位需要,可以将套筒设计为台阶形状。 滚动轴承润滑方式? 根据需要确定滚动轴承的润滑方式,如果采用油润滑应保证轴承可以 得到足够的润滑油流量,如果采用脂润滑应保证润滑脂不被流动的润 滑油带走,本实例选择油润滑。 根据箱体的结构设计需

40、要,合理确定轴承孔长度。 在轴承外侧设置轴承端盖,确定轴承外圈与箱体孔的轴向位置,在端 盖与箱体之间设置调整垫片,用于调整轴承间隙。 在端盖与箱体之间设置螺栓连接,以固定端盖位置。 右侧端盖有通孔。 为防止润滑油泄漏,在端盖孔与轴之间设置油封。 为保证油封可拆卸,在端盖上设置工艺孔。 这里安剖分式箱体设计,安排上、下箱体连接螺栓。 为保证轴承润滑需要,在箱体上安排油沟,引导从箱体壁上流下的润 滑油流向轴承。 为保证润滑油流入轴承外侧,在轴承端盖内侧开设油槽。 在轴的伸出端根据所安装零件设计轴段的直径、长度及轴毂连接。 根据轴端零件的定位需要设置轴向定位结构,本实例选用轴端挡圈。 完成结构设计后

41、应根据结构尺寸分析轴及轴承的工作能力,如工作能 力不满足要求,应修改结构尺寸。 3 n P Ad 估算最小直径估算最小直径 定位轴肩半径相差定位轴肩半径相差(0.07-0.1)d 为装拆方便取直为装拆方便取直 径差径差15mm d1 d2 d3 d4 11 ) 1 . 007. 0(2dd 轴向零件相距10-15mm C2 C1 5-10 e 3 2 . 1 de B 3 脂润滑35mm 油润滑10-15mm 轴承 手册 轴向零件相距10-15mm C2 C1 5-10 e 3 2 . 1 de B 3 脂润滑35mm 油润滑10-15mm h4 . 1 1 ) 1 . 007. 0(d )1

42、05( 【例例】设计如图所示斜齿圆柱齿轮减速器的低速轴。设计如图所示斜齿圆柱齿轮减速器的低速轴。 已知轴的转速已知轴的转速n=80r/min, 传递功率传递功率P=3.15 kW。轴上齿轮轴上齿轮 的参数为的参数为:法面模数法面模数mn=3 mm,分度圆螺旋角分度圆螺旋角=12,齿数齿数 z=94，齿宽齿宽b=72 mm。 图图:带式输送机带式输送机 解解: （1） 选择轴的材料选择轴的材料 减速器功率不大减速器功率不大,又无特殊要求又无特殊要求,故选最常用的故选最常用的45 钢并作正火处理。钢并作正火处理。 (2) 按扭转强度估算轴的最小直径按扭转强度估算轴的最小直径 应用应用公式公式(14

43、-2)估算。由估算。由表表14.2取取C107118, 于是得于是得: mm n P Cd )18.4043.36( 80 15. 3 )118107( 3 3 考虑键槽对轴强度的影响考虑键槽对轴强度的影响,将直径增大将直径增大3%, 同时考虑联同时考虑联 轴器标准轴器标准,取取d40 mm。 (36.4340.18) (1+0.03) =37.541.4(mm) 1. 标准尺寸标准尺寸 2. 联轴器联轴器 (3) 轴的结构设计轴的结构设计 根据轴的结构设计要求根据轴的结构设计要求,轴的结构草图设计如下图所示。轴的结构草图设计如下图所示。 轴轴 段段,之间应有定位轴肩之间应有定位轴肩;轴段轴段,及，之间应设置台阶以及，之间应设置台阶以 利于装配利于装配;轴段，及，之间应有定位轴肩。各轴段的具轴段，及，之间应有定位轴肩。各轴段的具 体设计如下体设计如下: 112 15 15 轴段轴段:轴的输出端轴段直径最小轴的输出端轴段直径最小,d1=40mm。 计算计算,查联轴器表查联轴器表,用弹性套柱销联轴器，孔径用弹性套柱销联轴器，孔径40 mm，孔长，孔长84 mm。 取取d1=40mm，l1=112mm。 112