机械设计CH15

1、15-1 概述15-2 轴的结构设计15-3 轴的计算第十五章 轴轴的概述1一、轴的用途及分类一、轴的用途及分类概 述轴的主要功用 支承回转零件，传递运动和动力。 按照承受载荷的不同，轴可分为： 除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到不开敞的空间位置。 转轴 同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。 心轴 只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。 传动轴 只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。直轴根据外形的不同，可分为光轴（主要用于心轴和传动轴）和阶梯轴（主要用于转轴）。 按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。 （转动心轴、固

2、定心轴）轴的概述2二、轴设计的主要内容二、轴设计的主要内容 轴的设计包括结构设计和工作能力验算验算两方面的内容。（1）轴的结构设计是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，合理地确定轴的结构形式和尺寸。 （2）轴的工作能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。 概 述根据总体结构的要求进行轴的结构设计轴的工作能力验算验算合格?结 束yesno 轴的设计过程是：选材。初定最小直径（按扭矩或类比）碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性比较低，适用于一般要求的轴。轴的概述3概 述三、轴的材料三、轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件，各种热处理和表面强

3、化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。 轴的常用材料及其主要力学特性表 高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴（如曲轴），且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，但是质较脆。在一般工作温度下（低于200），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。合金钢比碳钢有更高的力学性能和更好的淬火性能，在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、低温和腐蚀条件下的轴常采用合金钢。轴的结构设计1轴的结构设计应该确定：轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构设计一、拟定轴上零件的装配方案一、拟定轴上零件的装配方案 二、轴上零

4、件的定位二、轴上零件的定位 轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈和圆螺母等来保证的。 周向定位是通过键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合来实现的。 轴的结构设计应该保证： 轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置； 轴上的零件应便于装拆和调整； 轴应具有良好的制造工艺性等。轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。 详细介绍 装配轴上零件要有一定的合理顺序。轴的结构设计2轴的结构设计三、各轴段直径和长度的确定三、各轴段直径和长度的确定 首先按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径dmin。 有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。 安装标准件的轴径，应满足装

5、配尺寸要求。 有配合要求的零件要便于装拆。 应保证轴上零件能可靠的轴向固定。四、提高轴的强度的常用措施四、提高轴的强度的常用措施 合理布置轴上零件以减小轴的载荷 改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 改进轴的结构以减小应力集中的影响 改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 详细说明轴的结构设计3轴的结构设计五、轴的结构工艺性五、轴的结构工艺性 在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单，工艺性越好。轴上应有满足加工和装配所要求的倒角、圆角、螺纹退刀槽和砂轮越程槽等。 说明： 上述倒角、圆角、退刀槽和越程槽，其尺寸应查阅标准或手册； 上述倒角、圆角、退刀槽和越程槽，在装配图中可不画出。轴的计算1轴的计算轴的

6、计算通常是在初步完成结构设计后进行 校核计算校核计算 。计算准则强度振动稳定性按扭转强度计算按扭转强度计算（传动轴，或转轴的初步计算）刚度（高速轴）（精密、重要轴，或受力大的细长轴）按疲劳强度精确校核（受变应力影响大的重要轴） 按静强度条件校核（瞬时过载很大的轴） 按弯曲强度计算（心轴）按弯扭合成强度计算按弯扭合成强度计算（转轴）例题轴的计算例题轴的计算1轴的计算1按扭转强度条件计算 这种方法用于只受扭矩、或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计算。在对转轴作结构设计前，通常用这种方法初步估算轴径。实心轴的直径为： 3333033 2 . 0109550 2 . 0109550nPAnPnPdTT

7、2 . 010955033TTTdnPWT轴的扭转强度条件为为了计及键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径有一个键槽有两个键槽轴径d100mm轴径增大3%轴径增大7%轴径d100mm轴径增大5%7%轴径增大10%15%然后将轴径圆整为标准直径。作为轴段的最小直径 dmin 。2 . 010955033TTTdnPWT3333033 2 . 0109550 2 . 0109550nPAnPnPdTT轴的计算2轴的计算2 按弯扭合成强度条件计算 步骤如下： 做出轴的计算简图（力学模型） 轴的弯矩与扭矩分析轴的计算2轴的计算 做出轴的计算简图（力学模型） 轴的弯矩与扭矩分析 校核轴的强度用第三强度理论

8、图示为减速器输出轴系的装配方案图，齿轮用油润滑，轴承用脂润滑，轴端安装联轴器。为了保证轴上零件得到正确的安装、定位、固定和拆卸，并具有良好的润滑与密封，试指出图中的错误之处，并简要说明错误原因（或改正方法）。 齿轮的轴向固定不可靠（安装齿轮的轴头长度应略小于轮毂长度） 键过长，发生运动干涉（缩短键的长度） 联轴器安装长度不足，并且缺乏轴向固定（增大轴头长度，并且增加轴肩） 轴承端盖与轴接触（孔与轴之间要有间隙）轴结构改错轴结构改错修改后的结构图参见图15-22（a）。 端盖端面的加工面太大（端面上铸出凹坑，减小加工面）轴结构改错轴结构改错图示为减速器输出轴系的装配方案图，齿轮用油润滑，轴承用脂润滑，轴端安装联轴器。为了保证轴上零件得到正确的安装、定位、固定和拆卸，并具有良好的润滑与密封，试指出图中的错误之处，并简要说明错误