机械设计基础-轴课件

1、 第十一章 轴 第十一章 11.1 概述 一、轴的用途与分类 1、功用：1）支承回转零件；2）传递运动和动力 2、分类： 按承载情况分： 11.1 概述 一、轴的用途与分类 1、功用：1）支承回转(1)转轴扭矩和弯矩 (1)转轴扭矩和弯矩 (2)心轴只受弯矩 (2)心轴只受弯矩 (3)传动轴主要受扭矩 (3)传动轴主要受扭矩 按轴线形状分 (1) 直轴：(2) 阶梯轴 光轴(3) 曲轴： 空心轴和钢丝软轴 按轴线形状分 (1) 直轴：(2) 阶梯轴 光轴(3) 曲轴二、轴设计的主要内容 1、结构设计 2、工作能力计算 二、轴设计的主要内容 1、结构设计 2、工作能力计算 11.2 轴的材料及选

2、择 轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件。锻件的内部组织均匀，强度较好，重要的轴、大尺寸或阶梯尺寸变化较大的轴，应采用锻制毛坯。对直径较小的轴，可直接用圆钢加工。 由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故轴采用碳钢制造最广泛，其中最常用的是45号钢。不重要或低速轻载的轴以及一般传动的轴也可以使用Q235、Q275等普通碳钢制造。11.2 轴的材料及选择 轴的材料主 合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴的耐磨性，以及处于高温条件下工作的轴，常采用合金钢。 高

3、强度铸铁和球墨铸铁由于容易作成复杂的形状，而且价廉，吸振性和耐磨性好，对应力集中的敏感性较低，故常用于制造外形复杂的轴。 合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。11.3最小轴径的估算 1传递转矩的圆截面轴，其强度条件为 =（MPa） 2既传递转矩又承受弯矩的轴，按扭转强度条件估算轴径的设计公式为（mm） 11.3最小轴径的估算 1传递转矩的圆截面轴，其强度条件为11.4 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 尽量避免应力集中 11.4 轴的结构设计要求： 轴和轴上零件要有准确、牢固轴上零件的轴向定位及固定.轴向固

4、定(轴肩、轴环、螺母、套筒及轴端挡圈定位等)轴上零件的轴向定位及固定.轴向固定(轴肩、轴环、螺母、套筒机械设计基础-轴课件机械设计基础-轴课件要求r轴R孔或r轴C孔 错误 正确1）轴肩和轴环 要求r轴R孔或r轴C孔 错误 正确1）轴肩和轴环 要求轴肩高度滚动轴承内圈高度错误 正确2）套筒 要求轴肩高度滚动轴承内圈高度错误 正确2）套筒 3）轴用圆螺母 当用轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈进行零件的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，要求L轴L毂4）轴端挡圈 3）轴用圆螺母 当用轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈进行零正确正确正确正确轴上零件的周向定位及固定 为了满足机器传递运动和转矩的要求，轴上

5、零件除了需要轴向定位外，还必须有可靠的周向定位。常用的周向定位及固定方法有键、花键、销、过盈配合及紧定螺钉等。轴上零件的周向定位及固定 为了满足机器传递运动和转矩的1）键2）花键3）紧定螺钉、销 4）过盈配合1）键2）花键3）紧定螺钉、销 4）过盈配合轴的结构工艺性 （）轴的结构应便于加工与装配。形状力求简单，阶梯轴的级数尽可能少，而且各段直径不易相差太大。（）轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退刀槽。轴的结构工艺性 （）轴的结构应便于加工与装配。形状力求简（）轴上各圆角、倒角、砂轮越程槽及退刀槽等尺寸尽可能统一，同一轴上的各个键槽应开在同一母线位置上。（）为便于装配，轴

6、端应有倒角。轴肩高度不能妨碍零件的拆卸。（）对于阶梯轴一般设计成两端小中间大的形 状，以便于零件从两端装拆。（）轴上各圆角、倒角、砂轮越程槽及退刀槽等尺寸尽可能统一，注意：（2）同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。 （1）与标准零件相配合轴径应取标准值。（4）转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。 （3）各轴段与其上相配合零件宽度相对应。（5）同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同 尺寸。注意：（2）同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。 （1）与标11.5 轴的强度和刚度校核计算一、按扭转强度条件计算用于：只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算 结构设计前按扭矩初估轴的直径dmin 11

7、.5 轴的强度和刚度校核计算一、按扭转强度条件计算用强度条件 设计公式 放大轴径：一个键槽：35% 二个键槽：710% 取标准值轴上有键槽时：强度条件 设计公式 放大轴径：一个键槽：35%轴上有键槽时二、按弯扭合成强度条件计算条件：已知支点、扭距，弯矩 步骤： 1、作轴的空间受力简图二、按弯扭合成强度条件计算条件：已知支点、扭距，弯矩 步骤：2、求水平面支反力RH1、RH2作水平面弯矩图 2、求水平面支反力RH1、RH2作水平面弯矩图 3、求垂直平面内支反力RV1、RV2，作垂直平面内的弯矩图 4、作合成弯矩图 3、求垂直平面内支反力RV1、RV2，作垂直平面内的弯矩图 5、作扭矩图 6、作当

8、量弯矩图 为将扭矩折算为等效弯矩的折算系数 5、作扭矩图 6、作当量弯矩图 为将扭矩折算为等效弯矩的折7、校核 危险截面轴的强度设计公式 三、轴的安全系数校核计算1、疲劳强度校核 2、静强度校核校核轴对塑性变形的抵抗能力 7、校核 危险截面轴的强度设计公式 三、轴的安全系数校核计算四、轴的刚度计算 1、弯曲刚度 挠曲线方程： 挠 度： 偏转角： 四、轴的刚度计算 1、弯曲刚度 挠曲线方程： 挠 度： 2、扭转刚度 2、扭转刚度 11.6 轴的设计计算设计轴的一般步骤为：1）选材2）按扭转强度估算轴的最小直径3）设计轴的结构，绘出轴的结构草图（确定轴上零 件的位置和固定方法；确定各轴段直径、长度

9、。）4）按弯扭合成进行轴的强度校核。一般选23个危 险截面进行校核。若危险截面强度不够或强度裕 度太大，则必须重新修改轴的结构。11.6 轴的设计计算设计轴的一般步骤为：1）选材4）按机械设计基础-轴课件例：图示为一电动机通过一级直齿圆柱齿轮减速器带 动带传动的简图。已知电动机功率为30KW,转速 n=970r/min,减速器效率为0.92，传动比i=4,单向 传动，从动齿轮分度圆直径d2=410mm,轮毂长度 105mm,采用深沟球轴承。试设计从动齿轮轴的结 构和尺寸。例：图示为一电动机通过一级直齿圆柱齿轮减速器带解：（1）求输出轴的转速与输出功率。 n2=n1/i=970/4=242.5r/min P2=0.92*P1=0.92*30=27.6KW（2）选择轴的材料和热处理方法。 轴采用45钢正火处理。查表b=600MPa。（3）估算轴的最小