已看 已看 机械设计第1章 轴综述

第1章轴1.1轴的分类与选材一、轴的分类

1、轴的用途：支承回转零件实现回转运动、传递转矩。

2、轴的分类：

(1)按轴的中心线分：直轴，阶梯轴、锥轴曲轴，主要用于作往复运动钢丝软轴

(2)按轴的受力状态分：转轴——同时受转矩和弯矩心轴——只受弯矩，不受转矩传动轴——只受转矩，不受弯矩

转动的心轴——受变应力不转动的心轴——受静应力；

传动轴转轴固定心轴转动心轴

试分析图示巻扬机中各轴所受的载荷，并由此判断各轴的类型。举例：ⅣⅠⅡⅢP二、轴的设计包括两部分内容：1、工作能力设计：强度问题、刚度问题、高速转轴的振动稳定性；2、轴的结构设计：轴上零件在轴上有确定的位置；轴上零件与轴的径向、轴向、周向固定；良好的工艺性；如：加工、热处理、装配、检验、维修等；三、轴的材料轴的材料应具有一定的强度、刚度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性，主要采用碳素钢与合金钢。

碳素钢：对应力集中的敏感性较小，应用广泛。常用的有30～50钢，最常用的是45钢。为保证其力学性能，应进行调质或正火处理。合金钢：具有较高的机械强度，可淬性也较好。可用于传递功率大、减少质量、提高轴颈耐磨性。常用20Cr、40Cr等合金铸铁或球墨铸铁：吸振性较高、热处理后获得所需的耐磨性、对应力集中敏感性也较低、可靠性不如钢制轴1.2轴的结构设计轴的设计过程：初估轴径—确定轴的结构—强度计算一、轴的组成：1、轴的毛坯：圆钢（棒料车制）——常用于尺寸较小的轴锻造毛坯——常用于尺寸较大的轴铸造毛坯——应用很少焊接的毛坯——节约贵重的合金钢或优质钢，或是为了解决大件锻造的困难。2、轴的组成：轴颈、轴头、轴身轴颈——轴上被支承部分；轴头——安装轮毂部分；轴身——联接轴颈和轴头的部分二、轴的结构设计步骤1、分析轴的工作状况，拟订轴上零件的装配方案和轴在机器中的安装情况2、根据已知的近似载荷，初估轴径3、根据受力、安装、固定及装配的要求确定径向尺寸4、根据零件的位置、配合长度、支承结构和形式确定轴向尺寸5、考虑加工和装配的工艺性使轴结构更加合理

拟定轴上零件的装配方案

原则：1）轴的结构越简单越合理

2）装配越简单、方便越合理阶梯轴、端部倒角，便于装拆（如轴肩等）定位和固定：轴向、周向、径向；过定位问题轴承间隙调整，轴承端盖，密封相关问题三、零件在轴上的安装1、轴上零件在轴向的固定和定位方法：轴肩（或轴环）、套筒、挡圈、圆螺母、锥端轴头当用轴肩、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，要求与轮毂相配合的轴段长度要略小于轮毂长度,即L轴<L毂轴端挡圈

错误

正确正确轴承端盖

锁紧挡圈、紧定螺钉或销

轴承端盖与机座间加垫片，以调整轴的位置

紧定螺钉当轴向力很小时，可采用紧定螺钉作轴向定位。这种定位方式结构简单，装拆方便，零件位置可以调证并可兼做周向固定。轴肩过渡圆角半径小于轴上零件的圆角半径或倒角

r<C1或r<R轴肩：定位轴肩：简单可靠，有应力集中，多也不利于加工，轴肩高度一般为5~8mm，滚动轴承处的定位按其安装尺寸确定非定位轴肩：多为配合方便或尺寸过度，轴肩高度一般

1~2mm定位轴肩非定位轴肩h=(2~4）C或Rh=1~2mm轴环宽度：b≥1.4h要求r轴<R孔或r轴<C孔

错误

正确错误

正确要求轴肩高度<滚动轴承内圈高度2、轴上零件的周向固定和定位

方法：键、花键、过盈配合、成形联结、销

同一轴上的键应布置在一条直线上，键宽最好相同过盈配合四、轴的结构工艺性

1、轴肩合理：定位轴肩5~8mm，非定位轴肩1~2mm

减少安装配合面，注意过定位2、轴端450倒角，以便于安装3、键槽要靠近轴与轮毂先接触的直径变化处4、注意退刀槽和越程槽轴的结构以简单为宜，可以节省加工成本，热处理不易变形，应力集中减小5、合理的表面粗糙度和加工方法6、适当的过渡圆角，以减少应力集中轴系结构改错四处错误正确答案三处错误正确答案两处错误1.左侧键太长，套筒无法装入2.多个键应位于同一母线上各轴段的直径和长度的确定1、各轴段直径确定

a)按扭矩估算轴段直径dmin

，公式1-2b)按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径，经验值

②同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。

注意：①与标准零件相配合轴径应取标准植2、各轴段长度

②转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。

①各轴段与其上相配合零件宽度相对应1.3轴的强度计算一、计算方法受载情况及应力———计算方法

传动轴——按扭转强度条件计算

心轴——按弯曲强度条件计算

转轴——按弯扭合成强度条件计算重要的轴——疲劳强度精度（安全系数强度）校核计算过载大或应力循环不对称——静强度条件计算

二、扭转强度计算

计算简单，精度低，主要用于轴的初估

强度条件：

=T/WT=[

]

当弯矩较大时C宜取较大值，否则取较小值。一般初估最小直径，单键轴径需增加3%，双键轴径组增加7%.

T——轴所传递的扭矩，T=9.55106P/n

WT——轴抗扭截面模量，对实心轴为d3/16

C——与材料有关的系数三、弯扭合成强度计算（许用弯曲应力计算法）计算简单、精度高步骤：1绘制轴的受力计算简图

2求出水平、垂直面的支反力

3绘制水平、垂直面的弯矩MX、

MY图

4计算合成弯矩，绘制合成弯矩图

M=（MX2+

MY2）1/2

5绘制转矩图6按强度理论计算当量弯矩Me

=（M2+(T)2）1/2

绘制当量弯矩图

α——应力校正系数。

转矩T不变：=[σ-1b]/[σ+1b]

转矩T为脉动循环：=[σ-1b]/[σ0b]

转矩T为对称循环：

取1；〔σ+1b〕为材料在静应力状态下的许用弯曲应力；〔σ

0b

〕为材料在脉动循环应力状态下的许用弯曲应力；〔σ-1b

〕为材料在对称循环应力状态下的许用弯曲应力；

7确定危险截面，校核危险截面轴径

σb=Me/W=Me/0.1d3

[σ-1b](W—抗弯截面模量）或d(Me/(0.1[σ-1b]))1/3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

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算系数

7、校核

危险截面轴的强度设计公式

四、疲劳强度精度（安全系数强度）校核计算1、疲劳强度校核

强度条件为：S>[S]四、静强度计算校核轴对塑性变形的抵抗能力1、按弯扭合成校核强度条件：

0

（

02+3

2

）1/2[0]2、按安全系数法校核强度条件：S0<[S0]1.4轴的刚度计算刚度变形变形量y、

、

y[y],[],[]一、弯曲刚度计算方法：当量轴径法、能量法当量轴径法：阶梯轴光轴等效光轴直径：de=(dili)/(li)y、

可根据材力知识求二、扭转刚度计算

对于实心轴：=(1/G)((Tili)/(0.1di4))G——材料的剪切模量四、提高轴的疲劳强度和刚度的措施1、分析轴上零件的特点，减小轴受载荷选择受力方式以减小轴的载荷，改