机械设计基础轴

1、机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering 轴的功用 轴的分类 轴的材料 轴的结构要求 轴上零件的定位和固定 轴的结构设计 轴的设计计算机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering一一. 轴的功用轴的功用1）支承回转零件；）支承回转零件；2）传递运动和动力）传递运动和动力 二二. 轴的分类轴的分类按承载情况分：按承载情况分： 心轴心轴只

2、受弯矩只受弯矩 转轴转轴扭矩和弯矩扭矩和弯矩 传动轴传动轴主要受扭主要受扭矩矩机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering按轴线形状可分为：直轴直轴曲轴曲轴挠性钢丝轴挠性钢丝轴实心轴实心轴空心轴空心轴光轴光轴阶梯轴阶梯轴三三. 轴的材料轴的材料选择轴的材料要考虑选择轴的材料要考虑 1.1.轴的强度、刚度及耐磨性要求；轴的强度、刚度及耐磨性要求；2.2.轴的热处理方法及机加工工艺性的要求；轴的热处理方法及机加工工艺性的要求；3.3.轴的材料来源和经济性等。轴的材料来源

3、和经济性等。机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering轴的常用材料轴的常用材料30、35、40、45、50：加工工艺性好，应用最广，加工工艺性好，应用最广， 主要用于一般用途的轴主要用于一般用途的轴20Cr、20CrMnTi、40Cr、38CrMoAl：热处理工艺性热处理工艺性 好，主要用于重要的轴好，主要用于重要的轴QT600-3：良好的铸造工艺性，减振性好，对应力良好的铸造工艺性，减振性好，对应力 集中的敏感性低，用于形状复杂的曲轴集中的敏感性低，用于形状复杂

4、的曲轴Q235： 不重要或受力较小的轴不重要或受力较小的轴机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering四四. 影响轴的结构的因素影响轴的结构的因素（1）轴上零件的类型、尺寸、数量、配合性质及其定位 固定的方法；（2）轴上作用力的大小及其分布情况；（3）轴承的类型、尺寸和位置；（4）轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求。机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronic

5、s Engineering五五. 轴的结构应满足的条件轴的结构应满足的条件 （1）轴上零件有准确的位置和可靠的相对固定；）轴上零件有准确的位置和可靠的相对固定；（2）轴上零件应便于装拆和调整；）轴上零件应便于装拆和调整；（3）形状、尺寸应有利于减少应力集中；）形状、尺寸应有利于减少应力集中；（4）良好的制造和安装工艺性。）良好的制造和安装工艺性。 机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering3. 轴上零件的定位和固定轴上零件的定位和固定. . 轴上零件的轴向定位和固

6、定轴上零件的轴向定位和固定轴肩 轴环机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering套筒圆螺母轴端挡圈机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering紧定螺钉弹性挡圈圆锥面机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering.

7、 . 轴上零件的周向定位轴上零件的周向定位键键花键花键机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering过盈配合销成型面机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering拟订轴上零件的装配方案估算轴的最小直径轴上各段直径和长度的确定考虑轴的结构工艺性并注意提高轴的疲劳强度 机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE

8、OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics En

9、gineering机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering 有配合要求的轴段，采用标准直径；有配合要求的轴段，采用标准直径； 安装标准件部位的轴径，应取为相应的标准值。安装标准件部位的轴径，应取为相应的标准值。 各段的长度主要根据轴上零件和轴承与轴配合部各段的长度主要根据轴上零件和轴承与轴配合部分的轴向尺寸决定，同时要保证零件所需的装配分的轴向尺寸决定，同时要保证零件所需的装配和调整空间。和调整空间。 3336nPCnP2 . 01055. 9d机械基础教研室机

10、械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering 轴的结构工艺性和轴的疲劳强度要求轴的结构工艺性和轴的疲劳强度要求 轴径变化处圆角过渡 轴端部倒角、过盈配合段导向锥 键槽在同一母线上 退刀槽、越程槽 注意提高轴的疲劳强度 结构力求简单，便于加工rr(a)rr(a)rr(a)rr(a)机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering机械基础教研室机械基础教研室 孙

11、雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering 定位轴肩：定位轴肩： r轴 C孔或r轴 R 孔 轴肩或轴环的高度h必须大于C 孔或R 孔 轴肩高度轴肩高度滚动轴承内圈高度滚动轴承内圈高度h=（0.07d3）（）（0.1d5） mm 或依经验公式 高速级d=(0.81.2)D 低速级d=(0.30.4) a 轴环宽度轴环宽度 bl

12、.4h 非定位轴肩：非定位轴肩： h=1.5-2mm, r(D-d)/2机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering机械基

13、础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF

14、TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering请完成如图所示的轴系设计。请完成如图所示的轴系设计。请选择齿轮的装配方向请选择齿轮的装配方向机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering思考题：思考题：试指出图中结构不合理的地方，并予以改正。试指出图中结构不合理的地方，并予以改正。机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronic

15、s Engineering机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering 选择轴的材料 轴的结构设计 轴的强度校核机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering应力分析：

16、应力分析：FT弯曲应力弯曲应力b 对称循环变应力；对称循环变应力；扭剪应力扭剪应力T 循环特征根据实际情况而定。循环特征根据实际情况而定。计算方法：计算方法： 按扭转强度计算；按扭转强度计算； 按弯扭合成强度计算；按弯扭合成强度计算； 安全系数法计算。安全系数法计算。一般的轴一般的轴一、一、按扭转强度计算按扭转强度计算扭剪应力扭剪应力:轴的抗扭轴的抗扭剖面系数剖面系数机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering扭转强度公式一般用来初算轴的直径，扭转强度公式一般用来初

17、算轴的直径，扭转强度设计式扭转强度设计式: 令其为系数令其为系数 C系数系数 C C 与轴的材料和承载情况有关，查表与轴的材料和承载情况有关，查表10-210-2。弯矩相对转矩较小或只受转矩时，弯矩相对转矩较小或只受转矩时，C 取小值。取小值。若该轴段有一个键槽，若该轴段有一个键槽，d 值值增大增大5% , ,弯矩较大时，弯矩较大时，C 取大值。取大值。计算出的计算出的 d 作为受扭段的最小直径作为受扭段的最小直径 dmin 。注意：注意：有两个键槽，有两个键槽，增大增大10% 。机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY Scho

18、ol of Mechatronics Engineering此方法既考虑弯矩又考虑转矩，比前法精确。此方法既考虑弯矩又考虑转矩，比前法精确。二、二、按弯扭合成强度计算按弯扭合成强度计算需已知：需已知：轴的支反力作用点、外载荷的大小及位置。轴的支反力作用点、外载荷的大小及位置。弯、扭联合作用时，采用第三强度理论。弯、扭联合作用时，采用第三强度理论。则轴危险截面上的当量应力：则轴危险截面上的当量应力：对于直径为对于直径为 d 的实心轴：的实心轴：机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics E

19、ngineering由于由于 b b 与与 的循环特征可能不同，需引进的循环特征可能不同，需引进校正系数校正系数将将 折合成对称循环变应力。折合成对称循环变应力。则强度条件为：则强度条件为： 当量弯矩当量弯矩校正系数校正系数的取值：的取值： 对于不变的转矩：对于不变的转矩： 频繁启动、振动或频繁启动、振动或情况不明：情况不明： 经常双向运转：经常双向运转：对称循环变对称循环变应力下的许应力下的许用应力用应力机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering设计式：设计式：

20、三、轴设计步骤和方法三、轴设计步骤和方法1、根据功率、根据功率 P 和转速和转速 n ，用扭转强，用扭转强度公式初算受扭段的最小直径度公式初算受扭段的最小直径dmin 。2、根据初算轴径，进行轴的结构设计。、根据初算轴径，进行轴的结构设计。3、按弯扭合成强度校核轴的危险截面。、按弯扭合成强度校核轴的危险截面。N机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering将将 dmin 圆整成标准直径（查圆整成标准直径（查“机械设计课程设计机械设计课程设计”）受扭段受扭段最小直径最小

21、直径dmin机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering水平弯矩水平弯矩 Mxy4.作出扭矩图作出扭矩图T 5.作出当量弯矩图作出当量弯矩图垂直弯矩垂直弯矩 Mxz22. 3xzxyMMM合成弯矩：2213()0.16.ebbMTMWd强度校核22()eMMT1.作出轴的受力图，计算支反力；作出轴的受力图，计算支反力；2.作出弯矩图作出弯矩图MxyMxzFtFaFr危险截面危险截面直径直径若强度不足，应适当增大轴径。若强度不足，应适当增大轴径。机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering 轴的功用u轴的分类 轴的材料 影响轴的结构的因素影响轴的结构的因素u轴的结构应满足的要求u轴上零件的定位和固定u轴的结构设计机械基础教研室机械基础教研室 孙雅萍 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering改变轴上零件的结构，使受载减