第12章轴的设计xin

1、1第三篇第三篇 轴系零部件设计轴系零部件设计第十二章第十二章 轴的设计轴的设计重点内容重点内容轴的强度计算轴的强度计算轴的轴的2212-1 概概 述述1.1.轴的功用及分类轴的功用及分类3.3.轴设计的主要内容轴设计的主要内容2.2.轴的材料轴的材料33轴的功用及分类轴的功用及分类支承支承回转件回转件一、功用一、功用4轴的功用及分类轴的功用及分类支承支承回转件回转件传递传递运动和动力。运动和动力。一、功用一、功用512-1 概述概述1、分类、分类转轴转轴传动轴传动轴心轴心轴承载情况承载情况转矩转矩+ +弯矩弯矩转矩转矩弯矩弯矩功用：功用：用来用来支撑支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、旋转的机械

2、零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等，并链轮、凸轮等，并传递传递运动和动力。运动和动力。6转转 轴轴既传递转矩（既传递转矩（T T）又承受弯矩（又承受弯矩（M M）7转转 轴轴既传递转矩（既传递转矩（T T）又承受弯矩（又承受弯矩（M M）8 转转 轴轴轴轴轴轴 电动机电动机齿轮齿轮 带式输送机带式输送机TFr99发动机发动机后桥后桥传动轴传动轴 只传递转矩，不受弯矩只传递转矩，不受弯矩M=0M=0，T0T0传动轴传动轴10心心 轴轴 只承受只承受弯矩弯矩（M M），）， 不传递不传递转矩转矩（T=0T=0）2.2.转动心轴：轴转动转动心轴：轴转动1.1.固定心轴：轴固定固定心轴：轴固定11前轮

3、轮毂前轮轮毂固定心轴固定心轴前叉前叉自行车自行车前轮轴前轮轴火车轮轴火车轮轴车厢重力车厢重力 支撑反力支撑反力转动心轴转动心轴12分析：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？分析：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？0 0 轴：轴：轴：轴：轴：轴：轴：轴：轴：轴：轴：轴：传动轴传动轴转轴转轴心轴心轴转轴转轴转轴转轴心轴心轴13类类型型2.2.按轴的按轴的形状形状分为分为直轴直轴光轴光轴阶梯轴阶梯轴曲轴曲轴直轴直轴14类类型型2.2.按轴的按轴的形状形状分为分为曲轴曲轴直轴直轴直轴直轴153.3.特殊用途的轴特殊用途的轴挠性软轴挠性软轴动力源动力源被驱动装置被驱动装置接头接头接头接头钢丝软轴钢丝软

4、轴空心轴空心轴16轴线形状轴线形状直轴直轴曲轴曲轴直径直径光轴光轴阶梯轴阶梯轴装拆和定位装拆和定位空心空心空心轴空心轴实心轴实心轴刚度刚度挠性轴挠性轴刚性轴刚性轴17二、轴的设计步骤二、轴的设计步骤1.选择材料选择材料(表表12-1)根据不同的工作状况根据不同的工作状况3. .结构设计结构设计形状形状 + + 尺寸尺寸4. .强度验算）强度验算）(精确精确)弯弯-扭复合强度扭复合强度2. .估算估算基本直径基本直径按扭转强度估算按扭转强度估算按经验公式估算按经验公式估算18轴设计的主要内容轴设计的主要内容失效形式失效形式变形过大变形过大振动折断振动折断塑性变形塑性变形设计的主要内容：设计的主要

5、内容：1.合理的结构设计合理的结构设计定位、固定、装拆及调整定位、固定、装拆及调整2.可靠的工作能力可靠的工作能力足够的足够的强度、刚度、稳定性强度、刚度、稳定性疲劳破坏疲劳破坏19三、轴的材料三、轴的材料1). .材料要求材料要求1)足够的疲劳强度足够的疲劳强度2)较小的应力集中较小的应力集中3)良好的加工工艺性良好的加工工艺性2). .常用材料常用材料优质中碳钢优质中碳钢: :45钢钢a) 一般情况一般情况调质处理调质处理20b) 受力小或不重要受力小或不重要普通碳素钢普通碳素钢: :Q235,Q275c) 强度高、尺寸小或特殊要求强度高、尺寸小或特殊要求低碳合金钢低碳合金钢: :20Cr

6、，20CrMnTi中碳合金钢中碳合金钢: :40Cr，40CrNi渗碳淬火渗碳淬火表面淬火表面淬火d) 结构形状复杂结构形状复杂高强度铸铁或球墨铸铁高强度铸铁或球墨铸铁21设计目标：设计目标：轴的设计轴的设计 使轴的各部分具有合理的使轴的各部分具有合理的形状形状和和尺寸尺寸。F F等强度等强度阶梯轴阶梯轴2212-2 轴径的初步估算轴径的初步估算1、按扭转强度条件估算轴径按扭转强度条件估算轴径（基本直径）（基本直径）T36TT0.2109.55ndPWT只考虑转矩的影响。降低许用扭剪应力只考虑转矩的影响。降低许用扭剪应力考虑考虑弯弯矩矩的影响的影响T-轴的转矩轴的转矩nPT6109.5533T

7、ddW0.216WT-轴的抗扭剖面系数轴的抗扭剖面系数23材料材料 T CQ235、201220158 134Q275、3520 30134 1174530 40117 10640Cr,35SiMn,20CrMnTi40 52106 97常用材料的常用材料的 T和和C值值333T60.2109.55nPCnPd轴径估算公式：轴径估算公式：24注注意意事事项项1.表中已考虑了弯矩对轴的影响。表中已考虑了弯矩对轴的影响。2. 当弯矩较大时，当弯矩较大时， C 取大值。取大值。3. 当用当用Q235，Q275及及35SiMn时，时，C取较大值。取较大值。4. 若有一个键槽，若有一个键槽，d 应增大应

8、增大5%；有两个键槽，；有两个键槽，应增大应增大10%，最后圆整为标准值。，最后圆整为标准值。材料材料 T CQ235、201220158 134Q275、3520 30134 1174530 40117 10640Cr, 35SiMn, 20CrMnTi40 52106 97252、按经验公式估算轴径按经验公式估算轴径( (一般减速器一般减速器) )1) 高速轴高速轴的最小轴径按与其相联的的最小轴径按与其相联的电动机轴径电动机轴径 D 估算估算: :Dd1.2)(0.82) 低速轴低速轴的最小直径按同级的最小直径按同级齿轮中心距齿轮中心距 a 估算估算: :ad0.4)(0.326选择材料选

9、择材料 估算轴径估算轴径 设计结构设计结构确定尺寸确定尺寸 校核强度校核强度设计步骤设计步骤拟定方案拟定方案12-3 轴的轴的结构设计结构设计27拟定方案拟定方案28轴轴轴轴 电动机电动机齿轮齿轮 带式输送机带式输送机29轴端挡圈轴端挡圈 带轮带轮轴承盖轴承盖套筒套筒齿轮齿轮 滚动轴承滚动轴承典型阶梯轴典型阶梯轴30阶梯轴各部分的名称阶梯轴各部分的名称典型轴系的结构典型轴系的结构轴头轴头31轴的结构设计轴的结构设计阶梯轴各部分的名称阶梯轴各部分的名称典型轴系的结构典型轴系的结构轴颈轴颈32轴的结构设计轴的结构设计阶梯轴各部分的名称阶梯轴各部分的名称典型轴系的结构典型轴系的结构轴身轴身33轴的结

10、构设计轴的结构设计阶梯轴各部分的名称阶梯轴各部分的名称轴肩轴肩34轴的结构设计轴的结构设计阶梯轴各部分的名称阶梯轴各部分的名称轴环轴环3512-3 轴的轴的结构设计结构设计1、内容内容主要尺寸主要尺寸形状形状尺寸尺寸细节尺寸细节尺寸362、设计要求、设计要求设计依据设计依据具备具备良好结构工艺性良好结构工艺性；满足满足轴上零件的定位和固定要求轴上零件的定位和固定要求；具备具备足够的强度和刚度。足够的强度和刚度。37制造、安装、加工工艺性要求制造、安装、加工工艺性要求1 1）阶梯轴便于轴上零件的定位和拆装）阶梯轴便于轴上零件的定位和拆装38制造、安装、加工工艺性要求制造、安装、加工工艺性要求2d

11、1d2 2）结构力求简单，相邻轴段直径相差不宜）结构力求简单，相邻轴段直径相差不宜过大，以选择合适的圆钢，减少切削用量。过大，以选择合适的圆钢，减少切削用量。5 51010( () )mmmm定位轴肩定位轴肩2 23 3( () )mmmm非位轴肩非位轴肩39制造、安装、加工工艺性要求制造、安装、加工工艺性要求3 3）同一轴上）同一轴上倒角倒角、圆角半径、退刀槽同尺寸。、圆角半径、退刀槽同尺寸。倒角倒角40制造、安装、加工工艺性要求制造、安装、加工工艺性要求3 3）同一轴上倒角、）同一轴上倒角、圆角半径圆角半径、退刀槽宽同尺寸。、退刀槽宽同尺寸。轴肩轴肩41制造、安装、加工工艺性要求制造、安装

12、、加工工艺性要求4 4）磨削加工留越程槽）磨削加工留越程槽42制造、安装、加工工艺性要求制造、安装、加工工艺性要求4 4）磨削加工留越程槽）磨削加工留越程槽越程槽越程槽43制造、安装、加工工艺性要求制造、安装、加工工艺性要求4 4）磨削加工留越程槽）磨削加工留越程槽、切削螺纹应留退刀槽、切削螺纹应留退刀槽d1d244制造、安装、加工工艺性要求制造、安装、加工工艺性要求磨削加工留越程槽磨削加工留越程槽、切削螺纹应留退刀槽、切削螺纹应留退刀槽45制造、安装、加工工艺要求制造、安装、加工工艺要求5 5）固定不同零件的各键槽应布置在同一母线上）固定不同零件的各键槽应布置在同一母线上6 6）为便于加工和

13、检验，轴径应圆整；轴颈应）为便于加工和检验，轴径应圆整；轴颈应等 于 轴 承 内 径 ； 螺 纹 应 符 合 螺 纹 标 准等 于 轴 承 内 径 ； 螺 纹 应 符 合 螺 纹 标 准46制造、安装、加工工艺要求制造、安装、加工工艺要求7 7）为便于装配，轴端应）为便于装配，轴端应倒角倒角；倒角倒角47制造、安装、加工工艺要求制造、安装、加工工艺要求7 7）为便于装配，轴端应）为便于装配，轴端应倒角倒角；过盈配合零过盈配合零件装入端应加工件装入端应加工导向锥面导向锥面。48轴上零件的定位轴上零件的定位a.轴向定位轴向定位1) 目的目的保证轴上零件准确的工作位置。保证轴上零件准确的工作位置。弹

14、弹性性挡挡圈圈套套筒筒轴轴端端挡挡圈圈圆圆锥锥面面圆圆螺螺母母紧紧定定螺螺钉钉 定位方法定位方法2) 方法方法轴轴肩肩与与轴轴环环49轴肩与轴环轴肩与轴环RC轴肩轴肩轴环轴环rrd2d350特点特点简单可靠；承受大轴向力简单可靠；承受大轴向力应力集中；不利加工应力集中；不利加工设计要点设计要点r R 或或 C h轴肩与轴环轴肩与轴环应用应用广泛广泛h=(0.070.1)db=1.4h51 套筒套筒特点特点简化结构、定位可靠、不削弱强度；简化结构、定位可靠、不削弱强度；近距离零件间的相对固定；近距离零件间的相对固定；不宜用于高速转轴。不宜用于高速转轴。52 套筒套筒应用应用不宜用于高速转轴。不宜

15、用于高速转轴。设计要点设计要点间隙配合，尺寸灵活间隙配合，尺寸灵活高度低于轴承内圈高度低于轴承内圈53轴端挡圈轴端挡圈特点特点工作可靠，承受较大轴向载荷工作可靠，承受较大轴向载荷。应用应用止动垫圈防松止动垫圈防松广泛用于轴端广泛用于轴端设计要点设计要点5455b. 周周向固定向固定1)目的目的保证轴上零件与轴一起转动，传递转矩保证轴上零件与轴一起转动，传递转矩花键联接花键联接平键联接平键联接2)方法方法过盈配合联接过盈配合联接销钉联接销钉联接5657提高轴的强度和刚度提高轴的强度和刚度a. 减小应力集中减小应力集中1)1)增大过渡圆角半径增大过渡圆角半径2)避免开设横孔、切口和凹槽避免开设横孔

16、、切口和凹槽b. 改善轴的表面质量改善轴的表面质量1)合理选择表面粗糙度合理选择表面粗糙度2)采用表面强化处理采用表面强化处理c. 改善轴的受力状况改善轴的受力状况58a). 减小应力集中减小应力集中1)增大过渡圆角半径；增大过渡圆角半径；2)避免开设横孔、切口和凹槽；避免开设横孔、切口和凹槽；3)增加卸载槽、增大轴径等可减小过盈配合的增加卸载槽、增大轴径等可减小过盈配合的局部应力。局部应力。轴上开卸载槽轴上开卸载槽增大轴的直径增大轴的直径毂端开卸载槽毂端开卸载槽59b). 改善轴的表面质量改善轴的表面质量1) 表面愈粗糙表面愈粗糙疲劳强度愈低疲劳强度愈低提高表面粗糙度；提高表面粗糙度； 2)

17、 采用表面强化处理采用表面强化处理 表面高频淬火；表面高频淬火； 表面渗碳、氰化、氮化等化学处理；表面渗碳、氰化、氮化等化学处理； 碾压、喷丸等强化处理。碾压、喷丸等强化处理。 通过碾压、喷丸等强化处理时可使轴的表面产生预通过碾压、喷丸等强化处理时可使轴的表面产生预压应力，从而提高轴的疲劳能力。压应力，从而提高轴的疲劳能力。 60c). 改善轴的受力状况改善轴的受力状况改进零件的结构改进零件的结构减小轴的载荷减小轴的载荷轴强度和刚度轴强度和刚度 FlF1、合理地布置轴上的荷载、合理地布置轴上的荷载612、合理地轴上支撑位置、合理地轴上支撑位置aalqlqc). 改善轴的受力状况改善轴的受力状况

18、62各轴段尺寸的确定各轴段尺寸的确定1.1.直径的确定直径的确定2.2.长度的确定长度的确定63轴各部分尺寸的确定轴各部分尺寸的确定1.1.直径的确定直径的确定1） 基本直径的确定基本直径的确定按按扭转扭转强度强度条件估算条件估算 d1基本直径基本直径：最细的最细的64轴各部分尺寸的确定轴各部分尺寸的确定1.1.直径的确定直径的确定2） 直径直径d2d2d2= d1+(510)mm65轴各部分尺寸的确定轴各部分尺寸的确定1.1.直径的确定直径的确定2） 直径直径d2d3d2= d1+(510)mm3） 直径直径d3d3 = 轴承内径轴承内径d3= d2+(23)mm 66轴各部分尺寸的确定轴各

19、部分尺寸的确定1.1.直径的确定直径的确定2） 直径直径d2d4d2= d1+(510)mm3） 直径直径d3d3 = 轴承内径轴承内径d3= d2+(23)mm 4） 直径直径d4d4= d3+(23)mm一键增大一键增大(3-5)%67轴各部分尺寸的确定轴各部分尺寸的确定1.1.直径的确定直径的确定2） 直径直径d2d5d2= d1+(510)mm3） 直径直径d3d3 = 轴承内径轴承内径d3= d2+(23)mm 4） 直径直径d4d4= d3+(23)mm5）直径）直径d5d5= d4+(510)mm一键增大一键增大(3-5)%d5= d4+2h或或68轴各部分尺寸的确定轴各部分尺寸

20、的确定1.1.直径的确定直径的确定2） 直径直径d2d7d2= d1+(510)mm3） 直径直径d3d3 = 轴承内径轴承内径d3= d2+(23)mm 4） 直径直径d4d4= d3+(23)mm5）直径）直径d5d5= d4+(510)mm一键增大一键增大(3-5)%6. 直径直径d7d7 = d3d5= d4+2h或或69轴各部分尺寸的确定轴各部分尺寸的确定1.1.直径的确定直径的确定2） 直径直径d2d6d2= d1+(510)mm3） 直径直径d3d3 = 轴承内径轴承内径d3= d2+(23)mm 4） 直径直径d4d4= d3+(23)mm5）直径）直径d5d5= d4+(51

21、0)mm一键增大一键增大(3-5)%6. 直径直径d7d6= d7+(510)mm7. 直径直径d6d7 = d3d5= d4+2h或或702. 长度的确定长度的确定1） L1L1=L-(23)mmL7LLLld+(23)1emBc1c2+3Bz2Bc轴各部分尺寸的确定轴各部分尺寸的确定 L1 L2 L3L4L5L6受限于轴端零件受限于轴端零件联轴器：联轴器：或间接计算或间接计算带轮：带轮：L1=Bd-(23)mm712. 长度的确定长度的确定2） L2L7LLLld+(23)11=Lld-LL2=m+e+1emBc1c2+3Bz2Bc轴各部分尺寸的确定轴各部分尺寸的确定 L1 L2 L3L4

22、L5L6方便调整轴承间隙方便调整轴承间隙Lld=h+e+sh h螺钉拧入深度螺钉拧入深度s s螺钉头厚度螺钉头厚度722. 长度的确定长度的确定2） L2L7LLLld+(23)1L2=m+e+1emBc1c2+B+(38) =m+Bz+33Bz2Bc轴各部分尺寸的确定轴各部分尺寸的确定 L1 L2 L3L4L5L6方便调整轴承间隙方便调整轴承间隙B=c1+c2+ c1、c2 查手册查手册8 箱体壁厚箱体壁厚3 = =（5 51010） 油润滑油润滑3 = = （10102020） 脂润滑脂润滑732. 长度的确定长度的确定3） L3L7LLLld+(23)1L3=Bz+2+3 +(2(23)3)emBc1c2+