机械设计基础第12章轴

1、第第12章章 轴轴的设的设计计 了解轴的基本概念，掌握轴的结构设计，了解轴的强度计算。 2轴：轴：shaftshaft一 轴的功用轴的功用传递运动和动力传递运动和动力支承回转零件支承回转零件二 轴的类型轴的类型可以弯曲且不影响传递扭矩。比可以弯曲且不影响传递扭矩。比如汽车、摩托车和轮船里程表、如汽车、摩托车和轮船里程表、转速表，计数器，割草机及各种转速表，计数器，割草机及各种机械转动仪表中的、通下水的、机械转动仪表中的、通下水的、等等等等3转转 轴轴 心心 轴轴 传动轴传动轴 按受载性质分：按受载性质分：只受弯矩只受弯矩M M只受扭矩只受扭矩T T 既受弯矩既受弯矩M M，又受扭矩，又受扭矩T

2、 T转动心轴转动心轴 固定心轴固定心轴 4三确定轴的形状和尺寸确定轴的形状和尺寸刚度 5N6四四轴的材料轴的材料碳素钢、合金钢和铸铁碳素钢、合金钢和铸铁碳素钢碳素钢 具有较好的综合力学性能，应用较多，尤具有较好的综合力学性能，应用较多，尤其是其是4545钢钢应用最广应用最广合金钢合金钢 具有较高的力学性能，但价格较贵，多用具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴于有特殊要求的轴铸铁：用来制造形状复杂的轴，具有成本低廉、吸振性铸铁：用来制造形状复杂的轴，具有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感较低等优点。较好、对应力集中的敏感较低等优点。7加工工艺性要好便于轴上零件装拆轴上零件要有

3、准确的定位轴上零件要有可靠的固定尽量减少应力集中轴颈轴颈轴头轴头轴身轴身 与轴承相配的部分与轴承相配的部分 与轮毂相配的部分与轮毂相配的部分 连接轴颈与轴头部分连接轴颈与轴头部分 轴颈轴颈 轴身轴身 轴头轴头 轮毂：齿轮中心的圆柱部分轮毂：齿轮中心的圆柱部分, ,常带有一孔常带有一孔, ,其作用是安装在轴其作用是安装在轴上使其在轴上转动或与轴一起转动上使其在轴上转动或与轴一起转动 8一一轴肩或轴环轴肩或轴环 简单可靠，能受较大轴向力简单可靠，能受较大轴向力 定位轴肩：定位轴肩： 非定位轴肩：非定位轴肩： 滚动轴承的定位轴肩或轴环高滚动轴承的定位轴肩或轴环高度查轴承标准度查轴承标准为保证定位准确

4、，为保证定位准确，R R 或或 C C r r h h=(0.070.1)=(0.070.1)d d ，一般为，一般为2.55mm2.55mm便于轴上零件装拆便于轴上零件装拆 h h112 mm2 mm，甚至更小，甚至更小 轴环宽度：轴环宽度：b b 1.4 1.4 h h h 阶梯轴上截面变化之处阶梯轴上截面变化之处 9套筒套筒 间距较大、转速较高时不宜采用间距较大、转速较高时不宜采用用于两个用于两个近距离近距离零件间零件间需切制螺纹，削弱了轴的强度需切制螺纹，削弱了轴的强度用于两零件距离较远时，或轴端用于两零件距离较远时，或轴端圆螺母和止动垫圈圆螺母和止动垫圈对顶螺母（两个细牙螺母）对顶螺

5、母（两个细牙螺母）螺母螺母 需切环槽，削弱了轴的强度需切环槽，削弱了轴的强度弹性挡圈弹性挡圈 只能受较小轴向力、常用于滚动只能受较小轴向力、常用于滚动轴承的固定轴承的固定10与轮毂相配的轴与轮毂相配的轴段长度应比轮毂段长度应比轮毂宽度短宽度短2 23 mm!3 mm!11目的：防止零件与轴发生相对转动，并传递转矩目的：防止零件与轴发生相对转动，并传递转矩二如：滚动轴承内圈与如：滚动轴承内圈与轴之间的配合轴之间的配合1213结构设计之前，要先拟定好轴上零件的装配方案 确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互关系 14 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可轴上零件的装配方案不同，则

6、轴的结构形状也不相同。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。拟定几种装配方案，进行分析与选择。 15轴应便于加工、测量，工作量少、生产效率高轴应便于加工、测量，工作量少、生产效率高 三三轴的加工和装配工艺性轴的加工和装配工艺性通常情况下轴应设计成阶梯直轴通常情况下轴应设计成阶梯直轴轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽等轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽等尺寸一致尺寸一致不同轴段的各键槽应布置在同一直线上不同轴段的各键槽应布置在同一直线上磨削或车螺纹应留有越程槽或退刀槽磨削或车螺纹应留有越程槽或退刀槽越程槽越程槽 轴上零件应装拆方便轴上零件应装拆方便 轴的配合直径应尽量按标准值选取轴的配合直径应尽

7、量按标准值选取轴的标准尺寸系列轴的标准尺寸系列16便于轴承的装拆1718要求轴肩高度要求轴肩高度 滚动轴承内圈高度滚动轴承内圈高度错误 正确19四四方案方案b b T方案方案 a a轴径小轴径小 20改变轴上零件的结构，可使轴受载减小改变轴上零件的结构，可使轴受载减小例：例：21输出 输出 输入 输出 输出 输入 合理合理 不合理不合理 22合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。应力集中出现在截面突然发生变化或过盈配合边缘处。应力集中出现在截面突然发生变化或过盈配合边缘处。措施：措施：1) 1) 用圆角过渡；用圆角过渡； 2) 2) 尽量避免在轴上开横孔、

8、切口或凹槽尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽; ;23主要措施：主要措施： 轴轴的剖面尺寸变化不能太急剧的剖面尺寸变化不能太急剧 若圆角半径增大受限时，可采用下列方法：若圆角半径增大受限时，可采用下列方法：凹切圆角凹切圆角过渡肩环过渡肩环 适当加大过渡圆角半径适当加大过渡圆角半径减载槽减载槽轴系结构改错轴系结构改错25套筒外径如何确定？套筒外径如何确定？假设最细处直径为假设最细处直径为28mm28mm，如何确定其它轴段直径？，如何确定其它轴段直径？ 小端外径查滚动轴承的内圈安装尺寸确定，大端外径小端外径查滚动轴承的内圈安装尺寸确定，大端外径等于齿轮右侧轴环外径！等于齿轮右侧轴环外径！2626一T

9、TTW 639.55 10/16P nd T 639.55 100.2Pd n 633T9.55 100.2Pdn 3mmPCn C C：与轴的材料：与轴的材料 有关有关只受转矩或弯矩相对转矩较小时，只受转矩或弯矩相对转矩较小时，C C 取小值；反之取较大值取小值；反之取较大值 若最细轴段有一个键槽，若最细轴段有一个键槽，d d 值增大值增大5% 5% ；有两个键槽，增大；有两个键槽，增大10%10%、承载情况、承载情况 如果如果轴是转轴轴是转轴：也可用设计式来估算受扭轴段的最细处直径也可用设计式来估算受扭轴段的最细处直径4545：C C=118107 =118107 27例题例题1 1：在初

10、算轴传递转矩段的最小直径公式在初算轴传递转矩段的最小直径公式 中，中，3/dCP n 系数系数C C与什么有关？与什么有关？ 当材料已确定时，当材料已确定时，C C 值应如何选取？值应如何选取？ 计算出的计算出的d d 值应经如何处理才能定出最细段直径？值应经如何处理才能定出最细段直径？ 此轴径应放在轴的哪一部分？此轴径应放在轴的哪一部分？ 请问：请问： 与轴的材料和轴的承载情况有关与轴的材料和轴的承载情况有关 当轴上弯矩相对转矩较大时，当轴上弯矩相对转矩较大时，C C 值应取大些值应取大些 根据最细轴段处键槽数目的个数适当增大该处根据最细轴段处键槽数目的个数适当增大该处直径，然后将所得直径按

11、优先数系来取值直径，然后将所得直径按优先数系来取值 轴的最末端，一般是外伸端轴的最末端，一般是外伸端28试分析如下方案图中双级斜齿圆柱齿轮减速器的三根试分析如下方案图中双级斜齿圆柱齿轮减速器的三根轴的类型是什么？最细轴径估算公式中轴的类型是什么？最细轴径估算公式中C C值如何选取？值如何选取？最细轴径是哪一段？最细轴径是哪一段？29二22cabT4 bM W TTT W 2TW 2242M WTW22MTW 3/32Wd 3/16TWd 30实际上弯曲应力b和扭转应力T的性质可能不同对于转轴和转动的心轴：弯曲应力bT 不同的不同的 ，对轴疲劳强度的影响程度也不同，对轴疲劳强度的影响程度也不同需将不是对称循环的扭剪应力折算为对称循环变应力需将不是对称循环的扭剪应力折算为对称循环变应力22ca()MMT 当量弯矩：当量弯矩： 若若T T 的变化规律不清楚，的变化规律不清楚，一般按脉动循环处理一般按脉动循环处理！3122ca()MTW 130 1cab.Md 校核式：校核式：危险截面危险截面 Mca最大处最大处Mca较大且较大且d 较小处较小处32弯扭合成法计算流程：弯扭合成法计算流程： 垂直面受力垂直面弯矩扭矩轴的当量弯矩水平面受力水平面弯矩合成弯矩强度不满足要求1