湖南大学机械设计课件第14章

1、第十四章 轴（一）教学要求掌握轴结构设计特点，及轴的强度计算方法，了解轴的疲劳强度计算和振动（二）教学的重点与难点轴的弯扭合成法强度计算方法（三）教学内容14-1 轴的功用及分类一、功用支承旋转零件、传递运动与动力。二、分类：1）、按承载情况分为三类： 转轴最常见，受弯+扭例如齿轮轴心轴只承受弯曲而不承受扭矩。又分为：转动心轴如火车轮轴固定心轴如自行车前轮轴传动轴主要受扭矩而不受弯矩或弯矩很小的轴2）、按轴线形状又分为三种：直轴光轴作传动轴（应力集中小） 阶梯轴优点：1）便于轴上零件定位；2）便于实现等强度 空心轴曲轴挠性钢丝轴它可将运动灵活地传到狭窄的空间位置，如牙铝的传动轴。另外还有空心轴

2、（机床主轴）等。14-2 轴的设计要点一、主要内容：结构设计指安装、定位及制造工艺等工作能力设计指强度、刚度、稳定性等二、轴常用材料：主要用： 碳钢30、40、45等。 载荷小时可用Q235A、Q275等。合金钢常用20Cr、40Cr等。 热处理方法常调质、正火。此外：还可高频淬火、渗碳、氮化、氰化、强化处理（喷丸、滚压等）。其它材料高强度铸铁、合金铸铁、球墨铸铁等，易铸造成型。毛坯（钢制）常选轧制圆钢或锻件、或圆型材，少用铸造）注意：、由于碳素钢与合金钢的弹性模量基本相同，所以采用合金钢并不能提高轴的刚度。、轴的各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（喷丸、滚压）对提高

3、轴的疲劳强度有显著效果。14-3 轴的结构设计含外形和尺寸轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。轴的结构设计要求：、轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置；、轴上零件装拆、调整方便；、轴应具有良好的制造工艺性等；轴肩、尽量避免应力集中。一、要素轴头安装轮毂的轴段轴颈与轴承配合处轴肩轴环轴端轴段不安装任何零件轴身轴颈与轴头之间的轴段直径最好为偶数或5的倍数。二、结构常为阶梯轴结构。要求：能使轴上零件位置确定便于装拆和调整易于制造应考虑：毛坯类型轴上力的分布和大小安装位置及顺序、配合性质、固定方法轴承类型、尺寸轴的加工方法、装配方法轴结构设

4、计要点解说： （1）、各段配合直径d应尽量符合标准尺寸规定。与滚动轴承、联轴器、油封等标准件相配合处的轴径，应符合标准件规定的内径系列。（2）、与轴上零件（如齿轮）相配合的一段轴的长度，要比轴上相配零件的宽度短2-3mm,（即轴不露头），这样才可将轴上零件固定。（3）、台阶有两类：定位用台阶若台阶过低，则定位欠可靠；若台阶过高，则径向尺寸和应力集中增大。一般取h=（23）C或RC倒角尺寸 R圆角直径非定位用台阶这类台阶是为了装配时容易让零件通过而设，一般台阶高度很小，在直径方向上差13mm即可。（4）、轴的过渡圆角半径r应比与之相配合的零件的倒角C或圆角半径R小，这样才可使零件的端面紧贴轴的台

5、肩，起到定位作用。（5）、为制造方便，同一根轴上的圆角半径、倒角尺寸、中心孔尺寸等应尽量一致，键槽的布置宜处于同一直线上。三、零件在轴上的定位方法1、轴向定位方法轴肩定位轴肩高度h=（0.070.1）d，分为定位轴肩和非定位轴肩套筒定位圆螺母定位双圆螺母单圆螺母+止动垫圈弹性挡圈定位紧定螺钉定位轴端挡圈定位锁紧挡圈定位（套上开螺孔、用紧定螺钉限位） 2、周向定位方法键、花键定位 销定位紧定螺钉定位过盈配合定位不宜用于重载和多次装配的场合四、加工和装配工艺性 注意： 1）、形状尽量简单，阶梯级数尽量少2）、各段的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸尽量统一3）、注意车削退刀槽、砂轮越程槽 4）、多

6、处有键槽时，宜同向（同母线） 5）、轴端有倒角便于装配6）、宜中间大、两边小；或一边大、一边小7）、勿使零件装配时接触其它配合面14-4 轴的强度、刚度设计计算一、注意事项：1、接近等强度条件。按等强度理论设计出等弯截面梁例如鱼腹梁、叠板弹簧2、尽量避免截面突变以产生应力集中现象。 常考虑过渡处倒圆角 半径r越大，效果越好，但因仍要可靠地轴向定位，所以可加装中间环（又称肩环、隔离环等内凹圆角也是措施之一3、过盈配合的轴和孔在刚进入配合处应力集中较严重，此时可考虑用减(卸)载槽、或加大配合部分直径的方法改善。4、尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽、切螺纹等。5、注意减小Ra，避免产生疲劳裂纹。对应力集中敏感的高强度材料，尤应注意。6、可用碾压、喷丸、渗碳、氮化等强化表面的方法以提高轴的疲劳强度。7、注意轴上零件的布置。二、强度计算：1、扭转强度计算。只适应于仅受扭转的传动轴 （Mpa）或写为设计公式形式： （mm）注意：若开键槽，应d值因为键槽削弱了轴的强度 开一个键槽d 值增大 35%。 开两个键槽d 值增大 710%。d值应圆整为标准值2、按弯曲强度条件计算。仅用于只受弯矩的心轴按材料力学中介绍的方法计算3、按弯扭组合变形计算。仅用于既弯又扭的转轴按材料力学中介绍的组合变形方法计算。要求 ：采用第三强度理论（最大剪