机械设计基础第五版第十四章

第十四章轴14-1轴的功用和类型轴是机器中的重要零件之一，用来支持旋转的机械零件。如齿轮、带轮等。分类：承受载荷不同转轴传动轴心轴转轴：既传递转矩又承受弯矩传动轴：只传递转矩不承受弯矩或弯矩很小。汽车传动轴心轴：只承受弯矩不传递转矩。火车轴自行车分类：轴线形状直轴曲轴挠性钢丝轴14-2轴的材料碳素钢：35、45、50，正火或调质处理，

Q235、Q275适用于不重要或受力较小的轴。合金钢：20Cr、20CrMnTi轴的常用材料及其主要力学性能见表14-1。轴的毛坯：圆钢、锻钢、铸钢、球墨铸铁14-3轴的结构设计

主要要求：（1）轴应便于加工，轴上零件要易于装拆（制造安装要求）（2）轴和轴上零件要有准确的工作位置。（定位）（3）各零件要牢固可靠地相对固定（固定）（4）改善受力状况，减小应力集中。一、制造安装要求：为了便于零件的装拆，轴作成阶梯形，为了易于零件安装，轴端及各轴段的端部应倒角轴上磨削的轴段，应有砂轮越程槽，车制螺纹的轴段，应有退刀槽。二.轴上零件的定位：阶梯轴上的截面变化处——轴肩轴肩起轴向定位作用采用套筒定位三、轴上零件的固定：

1、轴向固定：常采用轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈（压板）、销等形式1、轴向固定：同时周向定位轴向力较小时，可采用弹簧挡圈、紧定螺钉。注意：（1）采用套筒、螺母、轴端挡圈作轴向固定时，装零件的轴段长度做得比零件轮毂短2~3mm。注意：（2）为了保证轴上零件紧靠定位面（轴肩）RrrC1hh2、周向固定：采用键、花键、或过盈配合等联接形式。注意：各轴段的键槽应设计在同一加工直线上，尽可能采用同一规格的键槽截面尺寸。四、改善轴的受力状况，减小应力集中1、合理布置轴上的零件，改善轴的受力状况卷筒只受弯矩2、减小应力集中的措施：一般在截面尺寸变化处应采用圆角过渡。重要结构中：采用卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、在轮毂上作出卸载槽B。14-4轴的强度计算根据轴的承载情况，采用相应的计算方法。一、按扭转强度计算：

此方法只适用于承受转矩的传动轴的精确计算。也适用于既受弯矩又受扭矩的轴的近似计算。强度条件：τ—轴的扭切应力，MpaT—转矩，NmmWT— 抗扭截面系数，mm3P—轴传递的功率，Kwn—轴的转速，r/mind—轴的直径，mm[τ]—许用扭切应力，Mpa设计公式：注意：1、对于既传递转矩又承受弯矩的轴，利用上式估算轴径必须把[τ]适当降低（C取大值）。2、当作用在轴上弯矩比转矩小或只传递转矩时，C取较小值。也可采用经验公式来估算轴的直径：高速输入轴直径：d=（0.8~1.2）DD—电动机轴直径低速轴的直径：d=（0.3~0.4）aa—中心距二、按弯扭合成强度计算：在外载荷和支承反力的作用位置确定后，由此可作轴的受力分析，绘制弯矩图和转矩图。这时可按弯扭合成强度计算轴径。危险截面的当量应力：σb—弯矩M产生的弯曲应力τ——转矩T产生的扭切应力对于直径为d的圆轴：W—抗弯截面系数M—弯矩WT—抗扭截面系数T——转矩将σb、τ代入强度条件表达式：[σ–1b]—对称循环下的许用弯曲应力，见表14-3不变的转矩：转矩脉动变化：频繁正反转轴：

是对称循环变应力，的循环特性与不同引入折合系数α：当量应力：校核公式由校核公式得设计公式：按弯扭合成强度计算轴径的一般步骤：（1）将外载荷分解到水平面和垂直面内，求垂直面支反力FV和水平面支反力FH。（2）作垂直面弯矩MV图，水平面弯矩MH图。（3）作合成弯矩M图，（4）作转矩T图，（5）弯扭合成，作当量弯矩Me图，（6）计算危险截面轴径：注意：对于有键槽的截面，应将计算出的轴径加大4%左右。若计算出的轴径小于结构设计的估算轴径，且相差不很大，一般以结构设计的轴径为准。反之，表明结构图中轴的强度不够，必须修改结构设计。14-5轴的刚度计算轴的刚度不够，受弯矩作用会产生弯曲变形，受转矩作用会产生扭转变形，影响轴的正常工作。必须根据轴的工作条件限制其变形量：挠度转角扭角扭角：一、弯曲变形计算：计算轴在弯矩作用下所产生的挠度y，转角θ。方法：（1）按挠曲线的近似微分方程式积分求解（等直径轴）（2）变形能法（阶梯轴）二、扭转变形计算：等直径轴扭角：T—转矩，Nmml—轴受转矩作用的长度，mmG—材料的切变模量，MpaIp—轴截面的极惯性矩d—轴径，mm阶梯轴扭角：14-6轴的临界转速的概念临界转速nc：产生共振时轴的转速。对于重要的，尤