机械设计15轴系结构

第15章

轴1

§15-1概述轴系结构由轴及轴上零件组成，应满足工作要求，实现正确的运动。轴系结构设计要解决的问题：轴的结构设计；轴的支承形式；轴上零件的固定方法；轴系的润滑及密封方式23

(一)轴的用途及分类

按承受载荷分为：转轴、心轴、传动轴转轴:弯+扭既承受弯矩又承受扭矩4心轴:只承受弯矩,不承受扭矩5传动轴:只承受扭矩,不承受弯矩6北京航空航天大学考研试题

如将轴类零件按受力方式分类,可将受

作用的轴称为心轴,受

作用的轴称为传动轴,受

作用的轴称为转轴,自行车的后轮轴是

轴。7机器、机构、构件、零件8曲轴、直轴（光轴、阶梯轴）按轴线分为：910（二）轴设计的主要内容1.轴的结构设计根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等要求，合理确定轴的结构形式和尺寸。2.工作能力计算进行轴的强度、刚度和振动稳定性等计算。11

（三）轴的材料12

§15-2轴的结构设计

包括：轴的外形和全部结构尺寸13轴颈轴头轴环轴头轴套挡油环14

（一）拟定轴上零件的装配方案1516（二）轴上零件的定位

1.零件的轴向定位通过轴肩（定位轴肩、非定位轴肩）、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母保证零件的轴向定位。（1）轴肩定位定位轴肩高度h=(0.07-0.1)d；轴和零件上的倒角和圆角尺寸见表15-2；轴肩处过渡圆角半径r<相配零件毂孔端部圆角半径R或倒角尺寸C。17

（2）套筒定位定位轴肩非定位轴肩定位轴肩高度h=(0.07-0.1)d18（3）轴端挡圈定位：止动垫片19（4）圆螺母定位20

（5）轴承端盖定位212223轴上圆角、倒角值的常用范围见表15-224（6）弹性挡圈定位25（7）锁紧挡圈定位26（8）圆锥面定位27华中科技大学考研试题轴上零件的轴向定位和固定，常用的方法有：（1）

；（2）

；（3）

；（4）

。282.零件的周向定位用键、花键、销、紧定螺钉及过盈配合等保证。其中：紧定螺钉只用于传力不大之处。29（三）各轴段直径和长度的确定30轴颈轴头轴身313233

（三）各轴段直径和长度的确定1.初步确定轴的最小直径34轴颈轴头轴身定位轴肩高度h=(0.07-0.1)d352.考虑有配合要求零件的装拆方便362.考虑有配合要求零件的装拆方便37（四）提高轴的强度的常用措施1.合理布置轴上零件以减小轴的载荷382.改进轴上零件结构以减小轴的载荷轴受弯、扭？393.改进轴的结构以减小应力集中的影响隔离杯内凹圆角40

4.改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度41

(五)轴的结构工艺性4243轴装配方案比较44

§15-3轴的计算1.按扭转强度条件计算：简便、计算精度低。适用于以转动为主的传动轴；初步估算直径；不重要的轴45表15-3轴常用几种材料[τ]、A0轴的材料Q235-A20Q275、351Cr18Ni9Ti4540Cr、35SiMn38SiMnMo3Cr13[τ]/MPa15-2520-3525-4535-55A0149-126135-112126-103112-97注：弯矩较小、轴向载荷较小或只受扭矩作用时[τ]取较大值，A0取较小值；反之[τ]取较小值，A0取较大值46

键槽对轴径的影响d>100mm时：有一个键槽时，轴径增大3%；有二个键槽时，轴径增大7%；d≤100mm时：有一个键槽时，轴径增大5%-7%；有二个键槽时，轴径增大10%-15%；注意：（1）轴径圆整至标准值；（2）只作为承受扭矩作用轴段的dmin472.按弯扭合成强度条件计算

主要用于一般重要的、弯扭复合的轴，计算精度中等。1）作出轴的计算简图（力学模型）48

a值查滚动轴承样本或手册；

e值与滑动轴承的宽径比B/d有关：

B/d≤1时，e=0.5B；

B/d>1时，e=0.5d，但不小于（0.25-0.35）B；调心轴承：e=0.5B求出各支承处的水平反力和垂直反力491）计算简图水平分力水平面弯矩图垂直分力、力矩垂直面弯矩图2）总合成弯矩图3）扭矩图504）校核轴的强度根据第三强度理论通常弯曲应力是对称循环变应力；扭转切应力常常不是对称循环变应力。因此，考虑循环特性不同，引入折合系数α当扭转切应力为静应力时，α≈0.3；当扭转切应力为脉动循环变应力时，α≈0.6；当扭转切应力亦为对称循环变应力时，α=1。51对于直径为d的圆轴：抗弯、抗扭截面系数计算公式见表15-4[σ-1]见表15-1当量弯矩52注意：心轴计算时：T=0转动心轴用[σ-1]；固定心轴用[σ0][σ0]≈1.7[σ-1]53华中科技大学考研试题转轴计算时，当量弯矩公式中，为什么要引入系数α？试说明α≈0.3；

α≈0.6和α=1各适用于什么场合？54553.按疲劳强度条件进行精确校核用于重要的轴，计算精度高，但计算较复杂。计算安全系数:仅有法向应力时:仅有扭转应力时:（1）材料均匀、计算精确：S=1.3-1.5（2）材料不够均匀、计算精度较低：S=1.5-1.8（3）材料均匀性及计算精度很低或d>200mm：

S=1.8-2.556中国地质大学考研试题轴的三种强度计算方法各有何区别？各适用于何种场合？57题目：设计减速器输出轴输入轴与电动机相联，输出轴通过联轴器与工作机相联，输出轴为单向旋转。P=10KW，n1=1450r/min,齿轮机构参数如下：1轴2轴3轴5859601轴2轴3轴6162轴的最小直径63646566IIIIIIIVVVIVIIVIII55mm67IIIIIIIVVVIVIIVIII68IIIIIIIVVVIVIIVIII69IIIIIIIVVVIVIIVIII70IIIIIIIVVVIVIIVIII65mm71IIIIIIIVVVIVIIVIII72s7374755.求轴上的载荷761）计算简图水平分力