已看 已看 机械设计第1章 轴

1、 第第1章轴章轴1.1 轴的分类与选材轴的分类与选材一、轴的分类一、轴的分类 1、轴的用途：、轴的用途： 支承回转零件实现回转运动、传递转矩。支承回转零件实现回转运动、传递转矩。 2、轴的分类：、轴的分类： (1)按轴的中心线分：按轴的中心线分： 直轴，阶梯轴、锥轴直轴，阶梯轴、锥轴 曲轴，主要用于作往复运动曲轴，主要用于作往复运动 钢丝软轴钢丝软轴 (2)按轴的受力状态分：按轴的受力状态分： 转轴转轴同时受转矩和弯矩同时受转矩和弯矩 心轴心轴只受弯矩，不受转矩只受弯矩，不受转矩 传动轴传动轴只受转矩，不受弯矩只受转矩，不受弯矩 转动的心轴转动的心轴受变应力受变应力 不转动的心轴不转动的心轴受

2、静应力；受静应力； 传动轴传动轴转轴转轴固定心轴固定心轴转动心轴转动心轴 试分析图示试分析图示巻巻扬机中各轴所受的载荷，并由此判扬机中各轴所受的载荷，并由此判断各轴的类型。断各轴的类型。举例：举例：P二、轴的设计二、轴的设计包括两部分内容：包括两部分内容：1、工作能力设计：、工作能力设计： 强度问题、刚度问题、高速转轴的强度问题、刚度问题、高速转轴的 振动稳定性；振动稳定性；2、轴的结构设计：、轴的结构设计：轴上零件在轴上有确定的位置；轴上零件在轴上有确定的位置； 轴上零件与轴的径向、轴向、周向轴上零件与轴的径向、轴向、周向 固定；固定； 良好的工艺性；如：加工、热处理、良好的工艺性；如：加工

3、、热处理、 装配、检验、维修等；装配、检验、维修等；三、轴的材料三、轴的材料轴的材料应具有一定的强度、刚度、韧性、耐磨性和轴的材料应具有一定的强度、刚度、韧性、耐磨性和 耐腐蚀性，主耐腐蚀性，主要采用碳素钢与合金钢。要采用碳素钢与合金钢。 碳素钢：碳素钢：对应力集中的敏感性较小，应用广泛。对应力集中的敏感性较小，应用广泛。 常用的有常用的有3050钢，最常用的是钢，最常用的是45钢。钢。 为保证其力学性能，应进行调质或正火处理。为保证其力学性能，应进行调质或正火处理。合金钢：合金钢：具有较高的机械强度，可淬性也较好。具有较高的机械强度，可淬性也较好。 可用于传递功率大、减少质量、提高轴颈耐磨性

4、。可用于传递功率大、减少质量、提高轴颈耐磨性。 常用常用20Cr、40Cr等等合金铸铁或球墨铸铁：合金铸铁或球墨铸铁：吸振性较高、热处理后获得所需的吸振性较高、热处理后获得所需的 耐磨性、耐磨性、 对应力集中敏感性也较低、可靠性不如对应力集中敏感性也较低、可靠性不如 钢制轴钢制轴1.2 轴的结构设计轴的结构设计轴的设计过程：初估轴径轴的设计过程：初估轴径确定轴的结构确定轴的结构强度计算强度计算一、轴的组成：一、轴的组成：1、轴的毛坯、轴的毛坯 ： 圆钢（棒料车制）圆钢（棒料车制）常用于尺寸较小的轴常用于尺寸较小的轴 锻造毛坯锻造毛坯常用于尺寸较大的轴常用于尺寸较大的轴 铸造毛坯铸造毛坯应用很少

5、应用很少 焊接的毛坯焊接的毛坯节约贵重的合金钢或优质钢，或是节约贵重的合金钢或优质钢，或是 为了解决大件锻造的困难。为了解决大件锻造的困难。2、轴的组成：轴颈、轴头、轴身、轴的组成：轴颈、轴头、轴身 轴颈轴颈轴上被支承部分；轴上被支承部分； 轴头轴头安装轮毂部分；安装轮毂部分； 轴身轴身联接轴颈和轴头的部分联接轴颈和轴头的部分二、轴的结构设计步骤二、轴的结构设计步骤1、分析轴的工作状况，拟订轴上零件的装配方案和轴在、分析轴的工作状况，拟订轴上零件的装配方案和轴在 机器中的安装情况机器中的安装情况2、根据已知的近似载荷，初估轴径、根据已知的近似载荷，初估轴径3、根据受力、安装、固定及装配的要求确

6、定径向尺寸、根据受力、安装、固定及装配的要求确定径向尺寸4、根据零件的位置、配合长度、支承结构和形式确定轴、根据零件的位置、配合长度、支承结构和形式确定轴 向尺寸向尺寸5、考虑加工和装配的工艺性使轴结构更加合理、考虑加工和装配的工艺性使轴结构更加合理拟定轴上零件的装配方案拟定轴上零件的装配方案 原则：原则：1）轴的结构越简单越合理）轴的结构越简单越合理 2）装配越简单、方便越合理）装配越简单、方便越合理阶梯轴、端部倒角，便于装拆（如轴肩等）阶梯轴、端部倒角，便于装拆（如轴肩等）定位和固定：轴向、周向、径向；过定位问题定位和固定：轴向、周向、径向；过定位问题轴承间隙调整，轴承端盖，密封相关问题轴

7、承间隙调整，轴承端盖，密封相关问题三、零件在轴上的安装三、零件在轴上的安装 1、 轴上零件在轴向的固定和定位轴上零件在轴向的固定和定位 方法：轴肩（或轴环）、套筒、挡圈、圆螺母、锥端方法：轴肩（或轴环）、套筒、挡圈、圆螺母、锥端 轴头轴头当用轴肩、轴环、套筒、当用轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈进行零件圆螺母、轴端挡圈进行零件的轴向定位时，为保证轴向的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，要求与轮毂相配定位可靠，要求与轮毂相配合的轴段长度要略小于轮毂合的轴段长度要略小于轮毂长度长度, ,即即L L轴轴LL毂毂轴端挡圈轴端挡圈 错误 正确正确 II II I III II I I12IIIIIIII

8、IIII12轴承端盖轴承端盖 锁紧挡圈、紧定螺钉或销锁紧挡圈、紧定螺钉或销 轴承端盖与机座间轴承端盖与机座间加垫片，以调整轴加垫片，以调整轴的位置的位置 IIIIIIIIIIII12紧定螺钉紧定螺钉当轴向力很小时，可采用紧定当轴向力很小时，可采用紧定螺钉作轴向定位。这种定位方螺钉作轴向定位。这种定位方式结构简单，装拆方便，零件式结构简单，装拆方便，零件位置可以调证并可兼做周向固位置可以调证并可兼做周向固定。定。轴肩过渡圆角半径小于轴上零件的圆角半径或倒角轴肩过渡圆角半径小于轴上零件的圆角半径或倒角 r C1 或或 r R轴肩：轴肩： 定位轴肩：简单可靠，有应力集中，多也不利于加工，定位轴肩：简

9、单可靠，有应力集中，多也不利于加工， 轴肩高度一般为轴肩高度一般为58 mm，滚动轴承处的定位，滚动轴承处的定位 按其安装尺寸确定按其安装尺寸确定 非定位轴肩：多为配合方便或尺寸过度，轴肩高度一般非定位轴肩：多为配合方便或尺寸过度，轴肩高度一般 12 mm定位轴肩定位轴肩非定位轴肩非定位轴肩h =(2 4）C 或或 Rh = 12 mm轴环宽度：轴环宽度：b 1.4 h要求要求r轴轴R孔孔或或r轴轴C孔孔 错误错误 正确正确错误 正确要求轴肩高度要求轴肩高度S四、静强度计算四、静强度计算校核轴对塑性变形的抵抗能力校核轴对塑性变形的抵抗能力1、按弯扭合成校核、按弯扭合成校核 强度条件：强度条件：

10、 0 （ 02 + 3 2 ）1/2 02、按安全系数法校核、按安全系数法校核 强度条件：强度条件：S0S0 1.4 轴的刚度计算轴的刚度计算刚度刚度 变形变形 变形量变形量y、 、 y y, , cmrey一、弯曲一、弯曲刚度计算刚度计算方法：当量轴径法、能量法方法：当量轴径法、能量法当量轴径法：阶梯轴当量轴径法：阶梯轴 光轴光轴 等效光轴直径：等效光轴直径：de=( dili)/( li) y、 可根据材力知识求可根据材力知识求二、扭转二、扭转刚度计算刚度计算 对于实心轴：对于实心轴： =(1/G) (Tili)/(0.1di4 ) ) G材料的剪切模量材料的剪切模量M四、提高轴的疲劳强度和刚度的措施四、提高轴的疲劳强度和刚度的措施1、分析轴上零件的特点，减小轴受载荷、分析轴上零件的特点，减小轴受载荷选择受力方式以减小轴的载荷，改善轴的强度和选择受力方式以减小轴的载荷，改善轴的强度和刚度 2、改进轴的结构，减小应力集中、改进轴的结构，减小应力集中 剖面尺寸大时采用大过渡圆角半径剖面尺寸大时采用大过渡圆角半径 倒角小时可采用内凹圆角、加装隔离带倒角小时可采用内凹圆角、加装隔离带 在非受载区切制螺纹在非受载区切制螺纹 加开卸载槽加开卸载槽3、改进轴的表面质量，提高轴的疲劳强度、改进轴的表面质量，提高轴的疲劳强度 减小表面粗糙度、对零件进行表面硬化处理减小表面粗