机械设计基础第14章轴(1)

1、第14章 轴141 轴的功用和分类轴的功用和分类142 轴的材料及选择轴的材料及选择143 轴的结构设计轴的结构设计140 工程实际中的轴工程实际中的轴144 轴的强度计算轴的强度计算145 轴的刚度设计轴的刚度设计 工程实际中的轴 工程实际中的轴 工程实际中的轴 工程实际中的轴 工程实际中的轴 工程实际中的轴 工程实际中的轴 工程实际中的轴 工程实际中的轴 工程实际中的轴 14-1 轴的功用及分类一、轴的功用二、轴的分类按承载情况分转轴n支承传动零件n传递运动和力带式运输机减速器电动机同时承受弯矩和扭矩同时承受弯矩和扭矩 一、轴的功用14-1 轴的功用及分类二、轴的分类按承载情况分转轴n支承

2、传动零件n传递运动和力心轴固定心轴只承受弯矩只承受弯矩 一、轴的功用14-1 轴的功用及分类二、轴的分类按承载情况分转轴n支承传动零件n传递运动和力心轴固定心轴 转动心轴只承受弯矩只承受弯矩 一、轴的功用14-1 轴的功用及分类二、轴的分类按承载情况分转轴n支承传动零件n传递运动和力心轴固定心轴转动心轴传动轴发动机后桥只承受扭矩只承受扭矩 一、轴的功用14-1 轴的功用及分类二、轴的分类按承载情况分转轴n支承传动零件n传递运动和力心轴固定心轴转动心轴传动轴按轴线形状分直轴 一、轴的功用14-1 轴的功用及分类二、轴的分类按承载情况分转轴n支承传动零件n传递运动和力心轴固定心轴转动心轴传动轴按轴

3、线形状分直轴曲轴 一、轴的功用14-1 轴的功用及分类二、轴的分类按承载情况分转轴n支承传动零件n传递运动和力心轴固定心轴转动心轴传动轴按轴线形状分直轴曲轴 一、轴的功用14-1 轴的功用及分类二、轴的分类按承载情况分转轴n支承传动零件n传递运动和力心轴固定心轴转动心轴传动轴按轴线形状分直轴曲轴钢丝软轴 n转轴：同时承受弯矩和扭矩n心轴：只受弯矩，不受扭矩n固定心轴n转动心轴n传动轴：主要受扭矩，不受弯矩或弯矩很小14-1 轴的功用及分类载荷载荷运转情况运转情况应力状态应力状态转轴转轴弯曲弯曲扭转扭转单向单向弯曲：对称弯曲：对称 扭转：脉动扭转：脉动双向双向弯曲：对称弯曲：对称 扭转：对称扭转

4、：对称心轴心轴弯曲弯曲固定固定静应力或脉动静应力或脉动转动转动对称对称传动轴传动轴 扭转扭转单向单向脉动脉动双向双向对称对称各种轴的受力 q内容n工作能力的设计n强度-保证安全使用n刚度-保证工作精度n振动稳定性-保证高速轴正常工作n结构设计q特点n边计算、边画图、边修改-“三边三边”设计方法14-1 轴的功用及分类三、轴设计的内容、特点22 选择材料初算轴径结构设计强度、刚度计算确定轴的结构尺寸、绘图NY四、轴的设计步骤14-1 轴的功用及分类 n一般用途的轴：优质中碳钢-30、40、45、50n次要的轴：Q235、Q255、Q275n重要的轴：合金钢n耐磨性要求高：12CrNi、20Cr、

5、20CrMnTi等低碳合金钢，轴颈渗碳淬火n高速重载：40Cr、40CrNi、35CrMo等合金钢，表面淬火、调质n形状复杂的轴：QT600、ZG45注意：注意：200200以下的碳钢、合金钢以下的碳钢、合金钢E E值相差不大值相差不大142 轴的材料及其选择轴的常用材料及其主要力学特性表 143 轴的结构设计典型轴系结构滚动轴承齿轮套筒轴承盖轴端挡圈 143 轴的结构设计一、轴的结构设计的内容与要求 内容内容：确定轴的外形和全部结构尺寸要求要求：n轴和轴上零件要有准确的定位n轴上零件应便于装拆和调整n轴应具有良好的制造工艺性n结构上要有利于提高轴的强度、刚度，尽量减少应力集中n有利于节省材料

6、、减轻重量 143 轴的结构设计n拟定轴上零件装配方案n轴上零件的定位n各段轴直径和长度的确定n提高轴的强度和刚度的措施n轴的结构工艺性二、轴的结构设计 143 轴的结构设计 n轴肩或轴环n套筒n弹性挡圈n圆螺母加止动垫圈、双圆螺母n紧定螺钉、锁紧挡圈、销钉n轴端挡圈n圆锥面（二）轴上零件的定位-轴向定位143 轴的结构设计 143 轴的结构设计1）轴肩、轴环轴肩轴环 结构简单，定位可靠，可承受较大轴向力143 轴的结构设计 轴肩的尺寸要求:r C 或或 r RDdrRDdCr或h(0.070.1)dCDdrDdrRb(与滚动轴承相配合处的h和b值,见轴承标准)一般，定位轴肩：h(35）mm非

7、定位轴肩:h(0.51)mm轴环宽度:b1.4hhh143 轴的结构设计 143 轴的结构设计2）套筒 特点结构简单结构简单,定位可靠定位可靠,用于零件间距用于零件间距较小场合较小场合,轴转速较高时不易选用轴转速较高时不易选用143 轴的结构设计 特点结构简单结构简单,只能承受很小的轴向力只能承受很小的轴向力143 轴的结构设计3）弹性挡圈 固定可靠,装拆方便,可承受较大轴向力,但螺纹对轴削弱较大.4）圆螺母加止动垫片143 轴的结构设计 5）双圆螺母143 轴的结构设计 适用于轴向力很小适用于轴向力很小,转速很低或转速很低或为防止零件偶然沿轴向滑动的为防止零件偶然沿轴向滑动的场合场合,亦可用

8、于周向固定亦可用于周向固定6）紧定螺钉 锁紧挡圈143 轴的结构设计 143 轴的结构设计 适用于固定轴端零件特点7）轴端挡圈143 轴的结构设计 143 轴的结构设计 能消除轴与轮毂间的径向间隙,装拆较方便,对中性好,可兼作周向固定,但加工较困难8）圆锥面143 轴的结构设计 n键n花键n销n过盈联接n成型联接（二）轴上零件的定位-周向定位143 轴的结构设计21 装拆方便，互换性好，但对轴强度有削弱143 轴的结构设计1）键 特点精度要求较高，定心性好，拆装方便，但制造需用专用设备和工具。2）花键143 轴的结构设计 圆柱销圆锥销只能传递较小扭矩,互换性好,拆装方便,但对轴强度削弱较大.3

9、）销143 轴的结构设计轴上零件的定位方法 q有配合要求的轴段注意配合零件的要求，尽量采用标准直径；q与标准件配合的轴段采用相应的标准值，例如：滚动轴承、联轴器、密封装置，应满足装配尺寸要求。q非标准轴段：定位轴肩 h(35)mm非定位轴肩 h(0.51)mmq轴上零件安装时，所经过轴上各段直径应小于安装零件轮毂直径，以便于装拆。q滚动轴承定位轴肩高度必须低于内圈端面高度，以便于拆卸，具体尺寸由标准查出。（三）各轴段直径的确定143 轴的结构设计 143 轴的结构设计 主要根据：n轴上零件的轴向尺寸n相邻零件之间的距离n轴上零件的装拆和轴向固定一般:轮毂长度L=(1.52)d毂比轴长23mm（

10、四）各轴段长度的确定143 轴的结构设计详细说明Ld23mm n轴肩直径较小的一边需磨削或车削螺纹时，须留出砂轮越程槽、退刀槽；（五）轴的结构工艺性143 轴的结构设计 轴端应制出45的倒角；砂轮越程槽退刀槽45 n 一根轴上的圆角尽可能统一，退刀槽、越程槽、倒角尽量取同样尺寸；n 不同轴段的键槽宽度尽可能一致，并布置在同一母线上；143 轴的结构设计n 轴段的阶梯数量要尽可能少。 Tmax= T1Tmax = T2T3T2T1T2T1T3合理不合理 143 轴的结构设计（五）提高轴的强度和刚度的措施1、合理布置传动零件位置，以减小轴上载荷输入T1输出T2输出T3输入T1输出T3输出T223

11、143 轴的结构设计2、改进轴上零件结构，以减小轴上载荷QQ合理不合理 3、改进轴的结构以减小应力集中n轴结构要尽量避免突然变化，增大过渡圆角半径，可采用 143 轴的结构设计r内凹圆角隔离环 n轴与轮毂为过盈配合时，配合边缘会产生较大的应力集中，为了减小应力集中，可在轴或毂上开卸荷槽，或加大配合部分直径。143 轴的结构设计 盘铣刀比端铣刀加工的键槽在过渡处产生的应力集中小；渐开线花键比矩形花键在齿根处的应力集中小，设计时要适当考虑。143 轴的结构设计端铣刀盘铣刀 4、改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度表面强化处理，方法有：表面高頻淬火等热处理；表面渗碳、氰化、氮化等化学热处理；辗压、噴丸

12、等强化处理；合理减小轴的表面及圆角处的加工粗糙度值。143 轴的结构设计 36362 . 01055. 9161055. 9dnPdnPWTT 3362 . 01055. 9nPd-设计公式一、按扭转强度条件计算 144 144 轴的强度计算轴的强度计算轴的扭转强度条件为：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% 362 . 0/1055. 9C令3nPCd 作出轴的计算简图(即力学模型)，求支承反力二、按弯扭合成强度条件计算 144 144 轴的强度计算轴的

13、强度计算n轴的载荷简化n将轴上的分布载荷简化为集中力，作用在轮毂宽度的中点；n轴毂采用过盈配合时，由于轴的弹性变形，载荷分布要向轴的两端集中；n作用在轴上的扭矩从传动件轮毂宽度中点算起；n忽略上零件的自重及轴承中的摩擦力。 144 144 轴的强度计算轴的强度计算FFFlaa=(0.20.3)l2F2Fn将轴上的分布载荷简化为集中力，作用在轮毂宽度的中点；轴毂采用过盈配合时，由于轴的弹性变形，载荷分布要向轴的两端集中； n轴的支承简化 144 144 轴的强度计算轴的强度计算l3lee与轴承的宽径比有关 144 144 轴的强度计算轴的强度计算FtFaFtFrFH2FH1MHFrFaMV1BACDFV2MHFV1FV1MV2M1M2MVTTFV1FV1FH1FV2FH2M=水平面受力图水平面弯矩图垂直面受力图垂直面弯矩图合成弯矩图扭矩图TT作出轴的计算简图22VHMM 画出垂直面受力图及弯矩图MV画出水平面受力图及弯矩图MH画出合成弯矩图M画出扭矩图T 331 . 032dMdMWMWTdTWTT22 . 03？2)( T校核轴的强度 144 144 轴的强度计算轴的强度计算WTMe22224be扭转切应力静应力脉动循环