机械设计基础 轴系

1、轴轴1工业设计机械基础工业设计机械基础轴轴1 概述概述2 轴的结构设计轴的结构设计3 轴的计算轴的计算轴轴2工业设计机械基础工业设计机械基础1 概概 述述一、主要功用一、主要功用二、分类二、分类1、按承载分心轴心轴：传动轴传动轴：转轴转轴：1、支承轴上回转零件（如齿轮等）2、传递运动和动力 轴轴主要用于支承转动零件，传递运动和动力，同时又受轴承支承，是机械中必不可少的重要零件。只承受弯矩（ M ），不传递转矩（ T 0） 只受转矩（ T ），不受弯矩（ M 0）既传递转矩（ T ）、又承受弯矩（ M ）轴轴3工业设计机械基础工业设计机械基础心轴心轴：只承受弯矩（ M ），不传递转矩（ T 0

2、）转动心轴：固定心轴：轴转动轴固定问问：火车轮轴属于什么类型 ？问问：自行车轴属于什么类型 ？轴轴4工业设计机械基础工业设计机械基础转轴转轴：既传递转矩（ T ）、又承受弯矩（ M ） 如：减速器中的轴。传动轴传动轴：只受转矩（ T ），不受弯矩（ M 0 ） 如：汽车下面的传动轴。轴轴5工业设计机械基础工业设计机械基础讨论讨论：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型 ？ 0 轴：轴：轴：轴：轴：轴：传动轴转轴转动心轴转轴转轴转动心轴 如何判断轴是否传递转矩： 从原动机向工作机画传动路线，若传动路线沿该轴轴线走过一段距离，则该轴传递转矩。 如何判断轴是否承受弯矩： 该轴上除联轴器外是否还有其它传动

3、零件，若有则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。轴轴6工业设计机械基础工业设计机械基础曲轴曲轴：发动机专用零件2、按轴线形状分直轴直轴：又可分为实心、空心（加工困难）光轴：阶梯轴：轴轴7工业设计机械基础工业设计机械基础钢丝软轴钢丝软轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。动力源被驱动装置接头接头钢丝软轴曲轴曲轴：轴轴8工业设计机械基础工业设计机械基础三、轴的材料三、轴的材料1、碳素钢：30、35、45、50（正火或调质），45 钢应用最广。 价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。2、中、低碳合金钢：20Cr、35SiMn、40Cr、40MnB 等。 强度高、寿命长，对应力集中敏感， 用于重载、小尺寸的轴。钢材

4、种类热处理对钢材弹性模量 E 影响很小讨论：当轴的刚度不足时，如何提高轴的刚度 ？ 用热处理合金钢不能提高轴的刚度。注意：轴轴9工业设计机械基础工业设计机械基础3、合金铸铁、QT：铸造成形，吸振，可靠性低，品质难控制。 常用于凸轮轴、曲轴。四、轴设计的主要问题四、轴设计的主要问题失效形式：1、疲劳破坏疲劳强度校核2、变形过大刚度验算（如机床主轴）3、振动折断高速轴，自振频率与轴转速接近4、塑性变形短期尖峰载荷验算屈服强度轴轴10工业设计机械基础工业设计机械基础 设计的主要问题设计的主要问题：1、合理的结构设计 保证轴上零件有可靠的工作位置，装配、拆卸方便， 周向、轴向固定可靠，便于轴上零件的调

5、整；2、工作能力计算 a、有足够的强度 疲劳强度、静强度； b、有足够的刚度 防止产生大的变形； c、有足够的稳定性 防止共振 稳定性计算。轴轴11工业设计机械基础工业设计机械基础2 轴的结构设计轴的结构设计一、目的一、目的 确定轴的尺寸、形状：d 、l ；二、要求二、要求 1、轴与轴上零件要有准确的相对位置； 2、受力合理 轴结构有利于提高轴的强度和刚度； 3、轴的加工、装配有良好的工艺性、减少应力集中；三、轴的毛坯三、轴的毛坯 d小 圆钢（棒料）：车制； d大 锻造毛坯； 结构复杂 铸造毛坯，如曲轴； 空心轴：充分利用材料，质量，但加工困难。轴轴12工业设计机械基础工业设计机械基础四、阶梯

6、轴的结构设计四、阶梯轴的结构设计F等强度阶梯轴1、拟定轴上零件装配方案装轴承处 尺寸 轴承内径；装轮毂处 直径与轮毂内径相当；联接轴颈和轴头部分。组成轴颈：轴头：轴身：轴轴13工业设计机械基础工业设计机械基础滚动轴承齿轮套筒轴承端盖半联轴器轴端挡圈rRhrChb2-3mm 2、零件在轴上的固定（1）轴向固定轴轴14工业设计机械基础工业设计机械基础a）借助轴本身形状定位：轴肩、圆锥形轴头； b）借助挡圈、圆螺母、套筒等定位。注意：防止过定位 L轴段长度 B轮毂宽 ( 2 3 ) mm保证轴上零件可靠定位：轴圆角半径 r 轴上零件倒角尺寸 c 轴肩高度 h 或：轴圆角半径 r 轴上零件圆角半径 R

7、 轴肩高度 h轴轴15工业设计机械基础工业设计机械基础（2）周向固定 键、花键、成形联接、弹性环联接、过盈、销等 轴毂联接定位轴肩：非定位轴肩：五、轴段尺寸五、轴段尺寸 1、d ：由载荷 dmin 由结构设计要求确定各段的 d ； 2、L ：由轴上零件相对位置及零件宽度决定，同时考虑： 1）轴段长比轮毂宽小 2 3 mm 可靠定位； 2）传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离（查手册）。固定方式固定方式h ( 0.07 0.1 ) d ； d ：轴颈尺寸 h ( 1 2 ) mm轴轴16工业设计机械基础工业设计机械基础注意：各轴段直径 d 和长度 L 的确定。轴轴17工业设计机械基础工业设计机

8、械基础六、轴的结构工艺性设计六、轴的结构工艺性设计1、需磨削的轴段：砂轮越程槽。3、轴端应有倒角：c 45 便于装配。4、装配段不宜过长。5、固定不同零件的各键槽应布置在同一母线上，以减少装夹次数。2、需切制螺纹的轴段：螺纹退刀槽。轴轴18工业设计机械基础工业设计机械基础3 轴的计算轴的计算一、轴的强度计算一、轴的强度计算 1、按许用切应力计算（按扭转强度计算）强度条件： MPa2 . 01055. 936TdnPWTmm2 . 01055. 936nPd式中：WT 抗扭截面系数，mm3 许用切应力，MPa轴轴19工业设计机械基础工业设计机械基础 公式应用： a）传动轴精确计算； b）转轴的初

9、估轴径 dmin 结构设计，逐步阶梯化 di （ 支点、力作用点未知）； c）对于转轴：算出 dmin 结构设计 弯矩图 弯扭合成 强度计算； d）有键槽处：若轴上开键槽：d 适当， 单键：（ 3 5）%； 双键：（ 7 10）%； 花键：计算出的 d 为内径。轴轴20工业设计机械基础工业设计机械基础2、按许用弯曲应力计算（弯扭合成强度计算） 已知条件：作用力大小、位置、轴 d 、l 、支点位置 由 dmin （扭转初估） 结构设计 支点、力大小、作用点 画出 M 、T 合成弯矩图 危险截面 计算。 步骤：P247 1）画出轴的空间受力简图：力分解到水平面、垂直面轴轴21工业设计机械基础工业设

10、计机械基础2）作水平面弯矩 Mxy 图和垂直面弯矩 Mxz 图2xz2xyMMM3）作出合成弯矩图4）绘转矩 T 图轴轴22工业设计机械基础工业设计机械基础5）求当量弯矩22)( TMM，绘M 图 根据转矩性质不同而引入的应力校正系数。 一般为对称循环变化（弯矩引起的弯曲应力）1）单向旋转、载荷稳定：切应力接近不变 r +1；3 . 0b1b12）单向旋转、载荷不稳定：切应力接近脉动循环 r 0；6 . 0b0b13）连续正反转、载荷不稳定：切应力接近对称循环，r -1；1b1b1T ：轴轴23工业设计机械基础工业设计机械基础7）强度条件：MPa1 . 0)(322cdTMWM式中： W 轴的抗弯截面系数； 轴的许用弯曲应力，见表 14-1。6）确定危险截面。mm1 . 03Md二、轴的刚度计算二、轴的刚度计算 轴的变形：挠度y 、偏转角 、转角 y y 刚度条件：轴轴24工业设计机械基础工业设计机械基础