机械设计基础 课件汇 胡孟谦 第8-14章 轴系-机械创新设计

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课程内容第一章机械设计概论第二章平面机构运动简图第三章平面连杆机构第四章凸轮机构第五章其他常用机构第六章齿轮机构第七章蜗杆传动第八章轮系第九章带传动与链传动第十章联接第十一章轴第十二章轴承第十三章联轴器离合器制动器第十四章机械创新设计第八章轴系【教学内容】8-1轴系的分类8-2定轴轮系传动比的计算【学习目标】1.能根据工作要求正确选择轮系；2.能正确计算定轴轮系传动比；3.能正确计算行星轮系的传动比；4.正确分析各构件的相对运动速度。【知识点】

1.轮系的分类与功用：定轴轮系、行星轮系。

2定轴轮系传动比的计算。

3.行星轮系传动比的计算。8-1轮系的分类8-2定轴轮系传动比的计算一、定轴轮系当轮系运转时，若其中各齿轮的轴线相对与机架的位置都是固定不变的，则该轮系称为定轴轮系。1.定轴轮系的分类

定轴轮系又可以分为平面定轴轮系和空间定轴轮系。由轴线互相平行的圆柱齿轮组成的定轴轮系，称为平面定轴轮系（图8-1）。轮系中包含相交轴齿轮、交错轴齿轮的定轴轮系，称为空间定轴轮系（图8-2）图8-1平面定轴轮系图8-2空间定轴轮系二、行星轮系行星轮系具有一个自由度的周转轮系。属共轴式传动装置。1.行星轮系的组成

在轮系运转时，至少一个齿轮的轴线绕另一齿轮固定轴线转动，则该轮系称为行星轮系，主要由行星齿轮、行星架（系杆）和太阳轮组成。行星轮系结构图8-1轮系的分类8-2定轴轮系传动比的计算2.行星轮系的分类（1）根据结构复杂程度分类1）单级行星轮系由一个行星架及其上的行星轮和相啮合的中心轮所构成的轮系简称单级行星轮系。2）多级行星轮系由两级及以上同类型单级行星轮传动机构构成的轮系称为多级行星轮系。3）混合行星轮系由一级或多级行星轮系与定轴轮系所组成的轮系称为混合行星轮系。混合行星轮系

在行星轮系中，安装在构件H上的齿轮2，绕O'O'回转又随构件H绕OO回转，其运动类似行星自转和公转运动，故把齿轮2称为行星齿轮，齿轮1和3称为中心轮，齿轮1又称为太阳轮，齿轮3又称为内齿圈。行星轮系中一般都以太阳轮、内齿圈或行星架作为输入或输出构件，称它们为基本构件。8-2定轴轮系传动比的计算8-1轮系的分类（2）根据行星轮系自由度的不同分类差动轮系：自由度为2的称为差动轮系。简单行星轮系：自由度为1的称为简单行星轮系。行星轮系按中心轮个数的不同又可分为：①2K-H型行星轮系由两个中心轮（2K）一个行星架（H）组成

②3K型行星轮系由三个太阳轮（3K）组成8-2定轴轮系传动比的计算8-1轮系的分类

行星轮与输出轴V之间用等角速输出机构连接，以实现等速比的运动输出，简称为输出机构（或W机构）。当前使用渐开线少齿差行星齿轮传动和摆线少齿差传动，皆属于K-H-V型行星轮系。8-2定轴轮系传动比的计算8-1轮系的分类③K-H-V型行星轮系由一个太阳轮（K）、一

个行星架（H）和一个输出机构（V)所组成的。3.行星轮系的特点及应用行星轮系具有结构紧凑、体积小、质量小、承载能力大等优点，适于结构紧凑的大功率传动。在国防工业、起重运输、矿山冶金、建筑工业等行业中得到越来越广泛的应用。8-2定轴轮系传动比的计算8-1轮系的分类一、轮系的传动比在轮系中，输入轴和输出轴角速度（或转速）之比，称为轮系的传动比，常用字母“i”表示，并在其右下角用下标表明其对应的两轴。计算轮系的传动比时，既要确定传动比的大小，又要确定输入轴和输出轴的转向关系。8-1轴系的分类8-2

定轴轮系传动比的计算

二、传动比的计算图a为一对外啮合圆柱齿轮，两轮转向相反，其传动比规定为负，表示为图b为一对内啮合圆柱齿轮，两轮转向相同，其传动比规定为正，表示为

a外啮合

b内啮合c锥齿轮传动还可用画箭头的方法标注两轮的转向。对外啮合齿轮，可用反方向箭头表示；内啮合时，则用同方向箭头表示；对锥齿轮传动，可用两箭头同时指向或背离啮合处来表示两轴的实际转向；以上可概括为“箭头对箭头、箭尾对箭尾”。8-2

定轴轮系传动比的计算

8-1轴系的分类

a外啮合

b内啮合c锥齿轮传动图8-9所示空间定轴轮系，各轮齿数为z1，z2，z3，z3'，z4；轴I、II、III、IV的转速分别为n1，n2，n3，n4。为确定其传动比的大小，可由该轮系中各对齿轮的传动比求出因图示轮系中含有空间齿轮传动（锥齿轮传动），故只能用画箭头的方法确定其转向。图8-9空间定轴轮系8-2

定轴轮系传动比的计算

8-1轴系的分类由以上分析可推得确定定轴轮系传动比的一般计算公式。设轮1为首轮，轮k为末轮，其间共有（k-1）对相啮合齿轮，则可得定轴轮系传动比的计算方法：1）定轴轮系的总传动比等于组成该轮系的各对齿轮传动比的连乘积，即

（8-2）2）定轴轮系总传动比的大小，等于各对啮合齿轮中所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比，即=从首轮至末轮所有从动轮齿数的乘积/从首轮至末轮所有主动轮齿数的乘积8-1轴系的分类8-2

定轴轮系传动比的计算

3）定轴轮系主、从动轮的转向，可用两种方法判定。标注箭头的方法用于包含空间齿轮传动的一般情况。若定轴轮系中主、从动轮轴线相互平行，则其传动比有正、负之分，其含义为主、从动轮转向相同或相反。对全部由圆柱齿轮组成的定轴轮系，其传动比的正，负决定于外啮合齿轮的对数m，因为出现一对外啮合齿轮，两轴转向即改变一次，因此可用（-1）m判定。此时，可直接由下式计算

从1至k各从动轮齿数的乘积/从1至k各主动轮齿数的乘积(注意：改变轮系的从动轮转向的齿轮，称为惰轮或过桥齿轮。）8-1轴系的分类8-2

定轴轮系传动比的计算

8-1轴系的分类8-2

定轴轮系传动比的计算

例8-1一重物提升装置如图8-12所示。其中各轮齿数为z1=20，z2=50，z2'=16，z3=30，z3'=1，z4=40，z4'=18，z5=52。试求传动比i15，并指出当提升重物时手柄的转向。解：因为轮系中有空间齿轮，计算轮系传动比的大小当提升重物时，主动件1的转向用标注箭头的方法确定，如图中箭头所示。

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机械工业出版社课程内容第一章机械设计概论第二章平面机构运动简图第三章平面连杆机构第四章凸轮机构第五章其他常用机构第六章齿轮机构第七章蜗杆传动第八章轮系第九章带传动与链传动第十章联接第十一章轴第十二章轴承第十三章联轴器离合器制动器第十四章机械创新设计第九章带传动与链传动第一节带传动的类型、特点及其应用第二节普通V带与V带轮第三节带传动的受力分析第四节带传动的弹性滑动及其传动比第五节V带传动的张紧、安装和维护第六节链传动的类型、特点及其应用第七节滚子链传动的结构和标准第一节带传动的类型、特点及其应用1.传动原理分类带传动是一种常用的机械传动装置，如图9-1所示，它由主动带轮1、从动带轮2和环形挠性件3组成如图9-1所示。9-1带传动的类型、特点及其应用（1）摩擦带传动靠传动带与带轮接触面间产生的摩擦力传递运动和动力。通常采用增大接触面积来确保传递的可靠性，如图9-1。（2）啮合带传动靠带的内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动9-1带传动的类型、特点及其应用2.按传动带的截面形状分类按照传动带的横截面形状可以分为平带、V带、多楔带、圆带，如图9-3所示。根据各自的特点可以应用在不同场合。第九章9-1带传动的类型、特点及其应用（1）平带截面形状为矩形，内表面为工作面，主要用于两带轮轴线相距较远距离的传动，如图9-4a。（2）V带V带的截面形状为梯形，两侧面为工作面，如图9-4b。第九章（3）多楔带在平带基体上有若干根V带组成的传动带，图9-4c（4）圆带截面形状为圆形，图9-4d，只适用于传递较小的功率。9-1带传动的类型、特点及其应用

二、带传动的特点和应用

带传动有如下主要的特点：（1）带有良好的弹性和挠性，能缓冲吸振，传动平稳，噪音小；（2）具有过载保护功能，过载时带会打滑，保护其他零件不受损坏，（3）结构简单，易于加工、安装和维护方便，成本低廉；（4）适用大中心距传动；（5）摩擦带与带轮间存在着弹性滑动，不能保证传动比恒定；（6）带必须张紧在带轮上，增加了对轴的压力；（7）外廓尺寸大，需加装防护装置；（8）不适用于高温、易燃易爆及有腐蚀介质的场合。第九章9-1带传动的类型、特点及其应用第九章带传动与链传动第一节带传动的类型、特点及其应用第二节普通V带与V带轮第三节带传动的受力分析第四节带传动的弹性滑动及其传动比第五节V带传动的张紧、安装和维护第六节链传动的类型、特点及其应用第七节滚子链传动的结构和标准一、普通V带的结构

普通V带是标准件，被制成无接头的环形带，截面形状为等腰梯形，其剖面结构由胶帆布（顶布）、顶胶、缓冲胶、抗拉体、底胶、底布（底胶夹布）等组成，V带根据其机构分为V带、切边V带两种，如图9-5所示。图9-5V带结构示意图a)包边V带b)普通切边V带c)有齿切边V带d)底胶夹布切边V带1-胶帆布2-顶布3-顶胶4-缓冲胶5-芯绳6-底胶7-底布8-底胶夹布9-2普通V带与V带轮

顶胶由橡胶制成，工作时受拉力；抗拉体（强力层）由芯绳制成，工作时承受基本拉力；缓冲胶起到固定芯绳的作用，并吸收V带在高速运转时频繁变形产生的动态剪切应力；底胶（压缩层）由橡胶制成，工作时受压力。第二节普通V带与V带轮第九章9-2普通V带与V带轮二、普通V带的尺寸标注1.普通V带型号普通V带为标准件，根据GB/T11544－2012规定，按截面尺寸不同可分为：Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，规格与尺寸见表9-1。第二节普通V带与V带轮表9-1普通V带截面尺寸（摘自GB/T11544-2012）第九章9-2普通V带与V带轮2.普通V带参数（1）楔形角φ0：V带的截面为梯形，两侧边的夹角称为楔形角（或楔角），见表9-1。（2）中性层：V带绕在带轮上产生弯曲，外层受拉伸长，内层受压缩短，两层之间存在一长度和宽度不变的中性层。（3）节宽：中性层上保持不变的周线称为节线，中性层面称为节面，节面的宽度称为节宽，见表9-1。（4）基准长度：V带在规定的张紧力下，节线长度称为基准长度，V带的基准长度Ld已标准化，各种截型普通V带的基准长度见表9-2。（5）基准直径：V带装在带轮上，和节宽相对应的带轮直径称为基准直径（又称为节圆直径），基准直径已标准化。机设设计简介第二节普通V带与V带轮第九章9-2普通V带与V带轮第二节普通V带与V带轮第九章9-2普通V带与V带轮第二节普通V带与V带轮第九章9-2普通V带与V带轮三、V带轮的材料

（1）当V带轮的圆周带速v＜25m／s时以下时，带轮常用的材料为灰铸铁HT150或者HT200；

（2）当速度较高时（v≥25m／s）时，带轮一般采用的是铸钢、锻钢、钢板等制造而成的；

（3）当在较小功率传动时，带轮材料也可采用铸铝合金或工程塑料。第二节普通V带与V带轮第九章9-2普通V带与V带轮第二节普通V带与V带轮四、V带轮的结构尺寸l．V带轮的结构设计要求（1）足够的强度和刚度，无过大的铸造内应力；（2）结构工艺性好，便于制造，质量分布均匀，重量轻；（3）带轮工作表面应光滑，以减少带的磨损；（4）当5m/s＜v＜25m／s时，带轮要进行静平衡。第九章9-2普通V带与V带轮第二节普通V带与V带轮2．V带轮的结构（1）带轮的组成带轮由轮缘、轮辐（辐板）和轮毂组成。轮缘用于安装V带轮，制有相应的V型带槽，轮辐（辐板）轮缘与轮毂相联接的部分，轮毂为带轮与轴相联接的部分。普通V带轮轮槽尺寸见表9-3。第九章9-2普通V带与V带轮（2）轮辐（辐板）结构实心式：用于≤（2.5～3）d0，图9-6a所示；辐板式：用于≤300mm，图9-6b所示；孔板式：用于≤400mm，图9-6c所示；椭圆轮辐式：用于＞400mm，图9-6d所示。V带轮的结构形式及辐板厚度的确定可参阅有关设计手册。第二节普通V带与V带轮第九章9-2普通V带与V带轮第九章带传动与链传动第一节带传动的类型、特点及其应用第二节普通V带与V带轮第三节带传动的受力分析第四节带传动的弹性滑动及其传动比第五节V带传动的张紧、安装和维护第六节链传动的类型、特点及其应用第七节滚子链传动的结构和标准第三节带传动的受力分析一、带传动的受力分析带传动在没有加载时，带的上、下两边都受到相等的张紧力，称为初拉力。当主动带轮在转矩作用下以转速转动时，带进入主动带轮的一边被拉紧，该边称为紧边，紧边拉力；离开主动带轮的一边被放松，该边称为松边，松边拉力，如图

机械设计基础9-3带传动的受力分析带传动的受力分析假设带在工作前后总的长度保持不变，且具有弹性，则带的紧边拉力的增加量等于松边拉力减小量即：机械设计基础第九章9-3带传动的受力分析以平带传动为例，引入柔韧体欧拉公式式中，、分别为带的紧边和松边拉力（N）；e为自然对数的底数；为摩擦因数；为小带轮的包角（rad）一般用当量摩擦因数带替，得联合得有效圆周力可知，带传动的摩擦因数、包角和初拉力越大，其有效圆周力就越大。但初拉力太大会使带的摩擦加剧，降低带的寿命，初拉力太小会照成工作能力不足。因此，合理的选择和保持带传动的初拉力是非常重要。机械设计基础第九章9-3带传动的受力分析二、带传动的应力分析1.两边拉力产生的拉应力紧边拉应力松边拉应力式中，、分别为紧边拉应力和松边拉应力（MPa）；、分别为紧边拉应力和松边拉应力（N）；A为带的横截面积（mm2）。机械设计基础第九章9-3带传动的受力分析二、带传动的应力分析2.离心力产生的拉应力带在带轮上做圆周运动时，由于离心力作用于全部带长，它产生的离心拉应力为式中，为离心力产生的拉应力（MPa）；为每米带长的质量（kg/m），为带速（m/s）。机械设计基础第九章9-3带传动的受力分析二、带传动的应力分析3.弯曲应力带绕在带轮上的部分产生弯曲应力，而V带外层处的弯曲应力最大。根据材料力学公式可得大、小带轮上带的弯曲应力分别为式中，、分别为小带轮和大带轮上带的弯曲应力（MPa）；E为带的弹性模量（MPa）；为带的最外层到节面的距离（mm）；、分别为小带轮和大带轮基准直径（mm）。机械设计基础第九章9-3带传动的受力分析为了防止弯曲应力过大，对每种型号的V带都规定了相应的最小带轮基准直径，见表带工作时，传动带中各截面的应力分布如图。最大应力发生在紧边绕上主动轮处，其值为由于带是在变应力状态下工作的，当应力循环次数达到一定值时，带就会发生疲劳破坏。机械设计基础带轮最小基准直径第九章9-3带传动的受力分析第九章带传动与链传动第一节带传动的类型、特点及其应用第二节普通V带与V带轮第三节带传动的受力分析第四节带传动的弹性滑动及其传动比第五节V带传动的张紧、安装和维护第六节链传动的类型、特点及其应用第七节滚子链传动的结构和标准第四节带传动的弹性滑动及其传动比由于带是弹性体，受力后将会产生弹性变形，且紧边拉力F1大于松边拉力F2，因此紧边的伸长率大于松边的伸长率。这种由于带两边拉力不相等致使两边弹性变形不同，从而引起带与带轮间滑动的现象称为带传动的弹性滑动。它是摩擦带传动中不可避免的现象。机械设计基础第九章9-4带传动的弹性滑动及其传动比由于弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降低率，称为带传动的滑动因数，用ε表示，即从动轮转速的计算式为上两式中：υ1、υ2分别为主动带轮和从动带轮的速度；dd1、dd2分别为主动带轮和从动带轮的基准直径；n1、n2分别为主动带轮和从动带轮的转速（r/min）因ε值较小，故非精确计算时可以忽略不计。机械设计基础第九章第九章9-4带传动的弹性滑动及其传动比第九章带传动与链传动第一节带传动的类型、特点及其应用第二节普通V带与V带轮第三节带传动的受力分析第四节带传动的弹性滑动及其传动比第五节V带传动的张紧、安装和维护第六节链传动的类型、特点及其应用第七节滚子链传动的结构和标准第五节V带传动的张紧、安装和维护

一、带传递的张紧V带在初拉力的作用下，经过一定时间的运转后，会被拉长，即产生了塑性变形，致使初拉力减少，影响V带的工作能力，因此，为了保障带传动的工作性能，须定期检查与重新张紧，常用的方法有：1．调整中心距2．采用张紧轮9-5机V带传动的张紧、安装和维护

1．调整中心距对于水平布置的带传动，调整螺钉3使电动机1在滑道2上移动，直到带被张紧；垂直布置的带传动，调整螺钉4使电动机1绕定轴O摆动而将带张紧。或将电动机安装在浮动的摆架上，利用其自重，改变中心距，自动调节张紧力。第九章第五节9-5机V带传动的张紧、安装和维护2．采用张紧轮若中心距不可调节，可采用张紧轮装置，如图9-11所示。应注意，张紧轮应安装在松边的内侧且靠近大带轮，这样可以避免带包角的减小及V带的双向弯曲。第九章第五节9-5机V带传动的张紧、安装和维护二、V带传动安装和维护（1）安装V带时，将中心距缩小后将带套入，慢慢调整中心距，直至张紧。（2）安装V带时，两带轮轴线相互平行，各带轮相对应的轮槽的对称平面应重合，其偏角β误差不得超过20′。（3）多跟V带传动时，为避免受力不均匀，各带的制造偏差应控制在规定的公差范围内。（4）新旧带不能同时混合使用，更换时，要求全部同时更换。（5）定期对V带进行检查，及时调整中心距或更换V带，以保证V带的传动能力。（6）为了保证安全，带传动应加防护罩，同时应防止油、酸、碱等对V带的腐蚀。第九章第五节9-5机V带传动的张紧、安装和维护第九章带传动与链传动第一节带传动的类型、特点及其应用第二节普通V带与V带轮第三节带传动的受力分析第四节带传动的弹性滑动及其传动比第五节V带传动的张紧、安装和维护第六节链传动的类型、特点及其应用第七节滚子链传动的结构和标准

第六节链传动的类型、特点及其应用

链传动由轴线相互平行的主动链轮1、链条2和从动链轮3组成，如图9-13所示。通过链与链轮轮齿的相互啮合来传递运动和动力。9-6链传动的类型、特点及其应用一、链传动的类型链条根据用途不同分为传动链、起重链和牵引链。起重链和牵引链用于起重机械和运输机械。传动链主要用于一般机械传动。传动链又分为短节距精密滚子链（简称滚子链）、短节距精密套筒链（简称套筒链）、齿形链和成形链，如图9-14所示。第九章a）滚子链b）套筒链c）齿形链d）成型链图9-14链传动的类型9-6链传动的类型、特点及其应用二、链传动的特点和应用

链传动与其他传动相比，主要有以下特点：（1）链传动保证平均传动比不变。（2）链传动无初拉力，引起轴弯曲的作用力较小。（3）链传动可在高温、低温、多尘、油污、潮湿、泥沙等恶劣环境下工作。（4）链传动的瞬时传动比不恒定，传动平稳性较差，有冲击和噪声。（5）链条磨损后易发生跳齿，不宜用于高速和急速反向传动的场合。第九章9-6链传动的类型、特点及其应用二、链传动的特点和应用因此，链传动适用于两轴线平行且距离较远、瞬时传动比无严格要求以及工作环境恶劣的场合，广泛用于农业、采矿、冶金、石油化工及运输等各种机械中。目前，链传动所能传递的功率可达3600kW，常用于100kW以下，链速可达30-40m/s，常用15m/s；传动比最大可达15，一般；效率=0.91~0.97。第九章9-6链传动的类型、特点及其应用第九章带传动与链传动第一节带传动的类型、特点及其应用第二节普通V带与V带轮第三节带传动的受力分析第四节带传动的弹性滑动及其传动比第五节V带传动的张紧、安装和维护第六节链传动的类型、特点及其应用第七节滚子链传动的结构和标准一、滚子链的结构

滚子链由内链板1、外链板2、套筒3、销轴4和滚子5组成。如图9-15所示，外链板与销轴、内链板与套筒之间采用过盈配合，而销轴与套筒之间为间隙配合，可以作相对转动，以适应链条进入和退出链轮时的屈伸；滚子与套筒之间采用间隙配合，以使链与链轮在进入与退出啮合时，滚子与轮齿形成滚动摩擦，减小链和轮齿的磨损度，又可以减轻链的质量，节约材料。9-7滚子链传动的结构和标准图9-15单排滚子链结构相邻两滚子轴线间的距离称链为节距，用P表示，它是链传动的基本参数。P值愈大，链的各部分尺寸愈大，承载能力愈高，且在齿数一定时，链轮尺寸随之增大。滚子链有单排或多排结构，排距用Pt表示。排数愈多，承载能力愈高，但制造与安装误差也愈大，各排链受载不均匀现象愈严重，一般链的排数不超过4排。如图9-16所示。图9-16双排滚子链结构第九章9-7滚子链传动的结构和标准第九章滚子链的基本参数与尺寸见表9-5。表内的链号数乘以25.4/16mm即为节距值。链号中的后缀表示系列。滚子链的标记规定为：链号-排号国标编号。如标记为“12A-2GB/T1243—2006”代表A系列、节距为19.05mm的双排的滚子链。9-7滚子链传动的结构和标准二、滚子链链轮1.链轮的齿形链轮的齿形应能使链轮与链条接触良好，受力均匀，并使链节能顺利的进入和退出与轮齿的啮合。链轮的齿形已有国家标准，规定了滚子链链轮的端面齿槽形状。如图9-17所示，链轮齿形两侧呈圆弧状，以便链节进入或退出啮合。图9-17链轮端面齿形第九章9-7滚子链传动的结构和标准2.链轮的几何参数和尺寸滚子链链轮的主要尺寸及计算公式见表9-6表9-6滚子链链轮主要尺寸及计算公式第九章9-7滚子链传动的结构和标准表9-6滚子链链轮主要尺寸及计算公式（单位：mm）第九章9-7滚子链传动的结构和标准第九章3.链轮的材料一般载荷的链轮为中碳钢淬火处理；高速重载时，链轮用低碳钢渗碳淬火处理；低速时也可用铸铁等温淬火处理。小链轮对材料的要求比大链轮高，如当大链轮材料选用铸铁时，小链轮则采用钢制。9-7滚子链传动的结构和标准第九章4.链轮的结构小直径链轮可做成整体式；中等直径链轮可用辐板式或孔板式；直径较大的链轮可制成焊接式或组合式；组合式链轮的齿圈与轮心可用不同材料制造。a）实心式b）辐板式9-7滚子链传动的结构和标准第九章c）孔板式d）焊接式e）组合式9-7滚子链传动的结构和标准链轮的结构三、链传动的布置、张紧及润滑1.链传动的布置链传动的布置是否合理，对传动的质量和使用寿命有较大的影响，布置时需要注意：（1）两链轮的回转平面应在同一平面内，否则易使链条脱落或产生不正常磨损。（2）两链轮的中心线最好在水平面内，若需要倾斜布置时，倾角应小于45°应避免垂直布置，因为过大的下垂量会影响链轮与链条的正确啮合，降低传动能力。第九章9-7滚子链传动的结构和标准2.链传动张紧的目的主要是为了避免在链条的垂度过大时产生啮合不良和链条的振动现象；同时也为了增加链条与链轮的啮合包角。张紧轮一般压在松边靠近小轮处。张紧轮可以是链轮，也可以是无齿的辊轮。张紧轮有自动张紧式和定期张紧两种。前者多用弹簧、吊重等自动张紧装置；后者用螺栓、偏心等调整装置。另外，还有用托板、压板张紧。第九章9-7滚子链传动的结构和标准3.链传动的良好润滑能缓和冲击、减小摩擦、减轻磨损；不良的润滑会降低链的使用寿命。润滑时应设法在链活动关节的缝隙中注入润滑油，并均匀地分布在链宽上。常用的润滑油有L-AN32、L-AN46、L-AN68、L-AN100等。用螺栓、偏心等调整装置。另外，还有用托板、压板张紧。第九章9-7滚子链传动的结构和标准

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机械工业出版社课程内容第一章机械设计概论第二章平面机构运动简图第三章平面连杆机构第四章凸轮机构第五章其他常用机构第六章齿轮机构第七章蜗杆传动第八章轮系第九章带传动与链传动第十章联接第十一章轴第十二章轴承第十三章联轴器离合器制动器第十四章机械创新设计第十章联接第一节概述第二节螺纹联接第三节键和花键联接第四节其他常用联接一、概述

10-3键和花键联接10-4其他常用联接1、联接的定义联接是指被联接件与联接件的组合结构。一个机构往往需要若干个零件通过联接组和而成。联接件：起联接作用的零件，如螺栓、螺母、键以及铆钉等；被联接件：需要联接起来的零件，如齿轮与轴等

10-2螺纹联接10-1概述

1）联接按组成联接件的两零件间相对位置是否变动可分为静联接和动联接。（1）静联接：相对位置不发生变动的联接。（2）动联接：相对位置要发生变动的联接。2）联接还可分为可拆联接和不可拆联接。（1）可拆联接是指联接不会因为拆开而损坏联接件和被联接件。（2）不可拆联接是指联接拆开时，要损坏联接件或被联接件。2、联接的分类10-3键和花键联接10-4其他常用联接

10-2螺纹联接10-1概述10-3键和花键联接10-4其他常用联接

10-2螺纹联接10-1概述二、螺纹联接螺纹联接：利用带有螺纹的零件构成的可拆联接，将两个或两个以上的零件联接在一起。特点：结构简单，拆装方便，互换性好，工作可靠，形式灵活多样，可反复拆装、应用广泛。（1）.螺纹与旋向螺旋机构通过螺纹将旋转运动变换为直线运动。螺纹的基本几何形状是螺旋线。根据螺旋线的旋向，螺纹有左旋与右旋之分，一般常用右旋螺纹。1.螺纹的类型和主要参数10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述螺纹的主要参数有大径、小径、中径、线数、螺距和导程等。

a）普通螺纹b）管螺纹c）矩形螺纹d）梯形螺纹（2）.螺纹的主要参数10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述

e）锯齿形螺纹螺纹联接的主要类型有螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接以及紧定螺钉联接。螺纹联接件的类型有螺栓、螺钉、双头螺柱、螺母、垫圈等。螺栓联接件的结构种类较多，联接件的头部和尾部有多种结构。六角头的结构一般所需扳手空间小，应用很广泛。方头的结构虽然所需空间大，但能承受的扳手力矩大。2.螺纹联接类型、结构及应用10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述2.螺纹联接类型、结构及应用常见螺栓的结构已经了解，为了满足各种工作场合的要求，需设计不同结构形状的螺母，图所示为几类最常见的螺母。六角螺母b）六角扁螺母c）六角厚螺母10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述3、螺纹联接的预紧和防松1.螺纹联接的预紧（1）预紧的目的增加联接的刚性、紧密性和防松的能力，防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。（2）预紧力F′

联接件在承受工作载荷之前就预加上的作用力，称为预紧力。

一般螺纹联接的预紧力F′规定为：合金钢螺栓：

F′≤（0.5～0.6）σp0.2A1碳素钢螺栓：

F′≤（0.6～0.7）σp0.2A1F′—预紧力（N）；d—螺纹的公称直径（mm）；σp0.2—螺栓材料的规定塑性延伸强度（MPa）；A1—螺杆最小横截面面积（mm2）。对于M10～M68mm的粗牙螺纹，拧紧力矩的经验公式为：T≈0.2F′d在重要的联接中要严格控制预紧力的大小。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述1）摩擦力防松这种方法是设法使螺纹副间产生附加的摩擦力，当螺杆上的轴向载荷减小或消失，螺纹副间的正压力（附加摩擦力）依然存在。①弹簧垫圈防松。但在冲击振动的工作条件下，其防松效果较差，一般用于不甚重要的联接，如图。2.螺纹联接的防松10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述

②双螺母防松。两螺母对顶拧紧后使旋合螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力，从而起到防松作用。该方式结构简单，适用于平稳、低速和重载的固定装置上的联接，但轴向尺寸较大，如图。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述

③自锁螺母防松。螺母一端制成非圆形收口或开缝后径向收口。当螺母拧紧后收口胀开，利用收口的弹力使旋合螺纹压紧。该方式结构简单、防松可靠，可多次装拆而不降低防松能力，如图。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述

④双头螺柱拧入端的紧定，多采用摩擦力防松，如图所示为常用的三种防松形式。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述2）机械方法防松

机械方法防松是利用便于更换的防松元件，限制螺纹联接活动部件间的相对运动，以达到防止的目的。常用的有以下几种。①开口销防松。如图所示，将开口销穿入螺栓尾部小孔和螺母槽内，并将开口销尾部掰开，靠开口销阻止螺栓与螺母相对转动以防松。该方式适用于冲击和振动较大的重要联接。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述

②止动垫圈防松。止动垫圈有圆螺母用止动垫圈和双耳式止动垫圈。该方式结构简单、使用方便、防松可靠，但需有容纳内舌和弯耳之处。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述

③串联钢丝防松。如图所示，用低碳钢丝穿入各螺钉头部的孔内，将各螺钉串联起来使其相互制约，使用时必须注意钢丝的穿入方向。

10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述

（3）破坏螺纹副关系的防松①冲点法。②焊接法。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述

（3）破坏螺纹副关系的防松③粘接法。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述（1）螺栓组的布置应尽可能对称，接合面的几何形状设计成对称的简单几何形状，并使螺栓组的对称中心与结合面的几何形心重合，以使接合面受力比较均匀，如图所示。3.螺纹联接结构设计要点10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述（2）螺栓的布置应使螺栓的受力合理螺栓组承受弯矩和转矩时，须将螺栓尽可能地布置在靠近接合面边缘处，以减少螺栓所承受的载荷，如图所示。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述（3）同一组中各螺栓的直径和材料应相同，保证受力比较均衡。（4）螺栓的排列要有合理的距离分布在同一圆周上的螺栓数，应取为3、4、6、8等易于等分的数目，以便于分度和加工。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述（5）螺栓布置要有合理的距离，在布置螺栓时，螺栓中心线与机体壁之间、螺栓相互之间的距离，要根据扳手活动所需的空间大小来决定，如图。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述（6）避免螺栓承受附加弯曲应力引起附加弯曲应力的因素很多，除因制造、安装上的误差及被连接件的变形等因素外，螺栓、螺母支承面不平或倾斜，都可能引起附加弯曲应力，如图。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述三、键和花键联接联接、花键联接主要用于轴与轴上零件（如齿轮、凸轮和带轮等）的周向固定并传递运动和转矩，有的还可以实现轴上零件的轴向固定或用于引导轴向移动。一、键联接的类型、特点及应用

键联接在机械中应用极为广泛，键可分为平键、半圆键、楔键和切向键等类型。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述1.平键联接平键的两侧面为工作面，工作时靠键的侧面与键槽的挤压传递运动和转矩。键的上面为非工作面，与轮毂键槽表面间留有间隙，故只能用于轴上零件的周向固定，如图所示。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述平键按用途可分为普通平键、导向平键和滑键三种。普通平键用于静联接，按键的端部形状不同分为圆头（A型）、方头（B型）、半圆头（C型）普通平键，如图。a）A型b）B型c）C型10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述使用A型或C型普通平键时，轴上的键槽采用指状铣刀加工，因此键在键槽中的轴向固定好，但键槽会对轴引起较大的应力集中。使用B型普通平键时，轴上键槽用盘状铣刀加工，应力集中较小，但键在键槽中的固定不好，常用螺钉紧定。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述2.导向平键和滑键

导向平键和滑键用于动联接。当轮毂与轴之间有轴向相对移动时，可采用导向平键或滑键。如图当轴上零件要做较大的轴向移动时，宜采用滑键，滑键固定在轮毂上，轮毂带动滑键在轴的键槽中作轴向移动，因而需要在轴上加工长的键槽，如图所示。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述3.半圆键联接

半圆键联接如图所示，属于静联接，键的两个侧面为工作面。优点：工艺性和对中性较好，装配方便，缺点：轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大，故主要用于轻载和锥形轴端的联接。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述4.楔键联接

楔键联接属于静联接，根据楔键的结构不同分为普通楔键（圆头和方头）和钩头楔键两种，如图所示。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述5.切向键联接

切向键联接用于静联接。切向键的联接结构是由两个斜度为1：100的普通楔键组成，如图所示。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述1.花键联接

轴和轮毂孔沿圆周方向均布的多个键齿构成的联接称为花键联接，相比较单个键的联接，花键的类似多个单键的组合。二、花键联接（1）花键分类矩形花键：矩形花键的齿侧为直线，加工方便；标准中规定，用热处理后磨削过的小径定心，定心精度高，稳定性好，因此应用广泛。渐开线花键：渐开线花键的侧面齿廓为渐开线，因此具有以下特点：工艺性好；联接强度高、寿命长；定心精度高；成本较高。因此，它适用于载荷较大、定心精度要求高和尺寸较大的联接，如图所示。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述

（2）花键联接的工作分析花键联接与平键类似，其工作面受到挤压（静联接）、磨损（动联接），齿根受到剪切和弯曲。在实际应用中，挤压破坏、磨损是主要的失效形式。因此，一般只进行挤压和耐磨性的条件性计算。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述

销联接主要用于固定定位或确定零件间的相对位置，也可以传递不大的载荷（或转矩）。在安全装置中，销还常作为剪断元件对重要零部件进行过载保护，故称为安全销。销可分为圆柱销、圆锥销、开口销、异形销等，如图所示。三、销联接

机械中，除螺纹联接、键、花键连接、挑连接外，还经常用到其他一些联接。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述铆接是将铆钉穿过被联接件上的预制孔，经铆合而成的不可拆联接，如图所示。

第四节其他常用联接机械中，除螺纹联接、键、花键连接、挑连接外，还经常用到其他一些联接，如铆接、焊接，粘接，过盈配合以及成形联接等。一、铆接10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述

铆接的种类较多，根据连接件的结构可分为活动铆接、固定铆接和密缝铆接。铆接虽然仍是轻金属结构（如图飞机蒙皮）连接的主要形式，但在钢结构连接中，铆接则主要应用于少数受严重冲击或振动载荷的场合。非金属元件的连接也采用铆接。目前铆接已逐渐减少并被焊接、粘接等其他联接方式所替代，但在桥梁、飞机制造等和重型机架等领域仍在使用。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述1.焊接的分类

二、焊接焊接是利用局部加热的方法将被联接件联接成一体的不可拆联接。金属焊接按其工艺过程的特点分：熔焊、压焊和钎焊。（1）熔焊是指焊接过程中，将焊接接头在高温等的作用下至熔化状态。熔焊堆焊与喷涂高能焊电渣焊电弧焊气焊激光焊电子束焊等离子弧焊气体保护焊埋弧焊焊条电弧焊10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述2.焊接的特点焊接具有工艺简单，连接性能好，密封性好，强度高，成本低；加工装配工序简单，易于实现机械化和自动化。所以应用日益广泛。（2）压焊是指在加热或不加热状态下对组合焊件施加一定压力，使其产生塑性变形或融化，并通过再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子达到形成金属键而连接的焊接方法。焊接方法。电阻焊可分为点焊、缝焊、对焊。（3）钎焊是采用比母材熔点低的金属材料做钎料，利用液态钎料润湿母材填充接头间隙，并与母材互相扩散实现连接焊件的焊接方法。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述

3.焊缝形式与焊接质量焊接时，被联接件接缝处的金属和焊条熔化、混合并填充接缝处空隙而形成焊缝。焊缝接头形式有对接、搭接、角接和T型接等，如图所示。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述

三、粘接粘接是用黏结剂将被联接件连接成一体的不可拆联接。常用的黏结剂有：酚醛-乙烯、聚氨酯、环氧树脂等。粘接的优点：工艺简单、无残余应力、质量轻、密封性好，可用于不同材料的连接等。缺点：对于粘接接头载荷的方向有限制，不易承受严重的冲击载荷，不适用于高温的场合。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述a）拉伸

b）剪切

c）剥离

d）扯离四、过盈配合联接1.定义：过盈配合联接是利用两个被联接件间的过盈配合来实现的联接，这种联接可做成可拆联接（过盈量较小），也可做成不可拆联接（过盈量较大）。2.过盈配合联接特点：结构简单，同轴性好，耐冲击性能强，但配合表面的加工精度要求较高，装配不方便。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述3.过盈配合联接的安装装和拆卸通过圆柱面过盈配合联接进行装配时，若过盈较小，一般用压入法装配，这种方法易擦伤表面，减少了过盈量，降低了联接的可靠性。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述过盈量和直径较大时，用温差法装配，一般在油中（150℃）或电炉中加热，冷却多用液态空气（沸点-79℃），温差法装配不易擦伤表面，联接质量好，但装配工艺较复杂。圆柱面过盈配合联接可用拉拔器拆卸。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述圆锥面过盈配合联接可用高压油来装拆。如图所示，当高压油进入配合面，迫使配合面处内径胀大，外径缩小，装拆方便，不擦伤表面，多次装拆不影响联接强度，但对配合表面接触精度要求高。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述五、成形联接成形联接是利用非圆面的轴与相应的毂孔构成的可拆联接。这种联接没有应力集中源，定心性好，承载能力强，装拆方便。但加工比较复杂，因此目前应用并不普遍。方形、六角形及切边，圆形等面容易加工，但定心性较差。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述【神舟飞船与中国空间站的“联接”】——中国航天科技集团研制的对接机构实现飞船与中国空间站的“联接”，为我国航天员在空间站搭建了一条可靠的“生命通道”。在对接过程中，飞船上的主动对接机构推出对接环与空间站组合体上的被动对接机构实现瞬间捕获和对接。待飞船姿态稳定后，主动对接机构会将飞船与中国空间站拉近并锁紧，实现飞船与空间站的密封与刚性连接，航天员即可通过该“联接”在飞船与空间站之间来回穿梭。可见，“联接”在机构中发挥着重要的作用。10-4其他常用联接10-2螺纹联接10-3键和花键联接10-1概述

《机械设计基础》谢谢！下次课再见！《机械设计基础》

主编：胡孟谦张晓娜

机械工业出版社2024年11月

课程内容第一章机械设计概论第二章平面机构运动简图第三章平面连杆机构第四章凸轮机构第五章其他常用机构第六章齿轮机构第七章蜗杆传动第八章轮系第九章带传动与链传动第十章联接第十一章轴第十二章轴承第十三章联轴器离合器制动器第十四章机械创新设计第十一章轴第一节轴第二节轴的结构设计第三节轴的强度计算第一节轴一、轴的功用用和分类1.轴的功用轴是机器的重要组成零件，其主要功用是支承旋转零件（如齿轮、带轮等）、传递运动和转矩，并保证轴上零件具有确定的工作位置和一定的转动精度。2.轴的分类（1）按轴的承受载荷性质分类轴在工作中主要承受载荷为转矩和弯矩，根据载荷性质的不同可分为转轴、心轴和传动轴。①转轴工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。转轴在机器中使用较多，如图11-1所示齿轮轴。图11-1带传动的组成11-1轴11-2轴的结构设计11-3轴的强度设计

②心轴工作时只承受弯转的轴称为心轴。按心轴是否与轴上零件一起转动，又可分为转动心轴和固定心轴。火车轮轴与车轮一起转动为转动心轴（图11-2），自行车前轮轴与前叉固定为固定心轴（图11-3）。图11-2转动心轴

图11-3固定心轴11-1轴11-2轴的结构设计11-3轴的强度设计

③传动轴

工作时只承受转矩而不承受弯矩（或承受弯矩很小）的轴称为传动轴。如图11-4所示汽车变速器与后桥间的轴即为传动轴。图11-4传动轴11-1轴11-2轴的结构设计11-3轴的强度设计（2）按轴的结构形状分类根据轴的结构形状不同，可分为直轴、曲轴和挠性轴。①直轴是指轴线为直线的轴，如图11-2、11-3中支撑车轮的轴均为直轴。直轴按外形又可分为光轴和阶梯轴。光轴的各截面直径相等，形状简单，加工方便，但轴上零件不易定位和装配，主要用于动传轴（图11-4）。阶梯轴的各截面直径不等，便于零件的安装和固定，在机器中应用最为广泛，如图11-5所示。图11-5阶梯轴11-1轴11-2轴的结构设计11-3轴的强度设计直轴又有实心轴和空心轴两种形式。一般场合多采用实心轴，但当结构或机器有特别要求（如输送润滑油、切削液、安放其他零件等）或为了减轻轴的重量时，则可将轴制成空心轴，如车床的主轴等。②曲轴的轴线不是直线，常用于做往复运动的机械，如图11-6所示。图11-6曲轴a）b）11-1轴11-2轴的结构设计11-3轴的强度设计

③挠性轴

又称钢丝软轴，如图11-7所示。它是由若干层紧贴在一起的钢丝所构成，可以沿任意方向弯曲，故可以将转矩或旋转运动灵活地传递到任意位置，但传递运动的准确性较差。图11-7

挠性轴11-1轴11-2轴的结构设计11-3轴的强度设计【世界“最大”的船用曲轴——中国制造】大型船用曲轴是万吨轮最重要的核心装备，被誉为“巨轮之芯”。船舶在海上航行，曲轴一旦出现问题，会造成造成发动机停机，船失去了动力无法行驶，一旦遭遇风浪，就会面临倾覆之灾。对于一些大型的船舶来说，曲轴更是非常重要的一个部分，大型曲轴制造能力是衡量一个国家造船工业水平的重要标志。在中国建造的世界上最大、最新型22000TEU标准集装箱货轮的“心脏”中，安装由我国制造总长度达23.5米、重量近488吨的曲轴。该曲轴在全球尚属首次研制，无任何依据可供参考，这给制造和加工带来巨大挑战。我们广大科技工作者始终守初心担使命，自立自强，负重前行，对加工设备进行了升级改造，并在加工工艺优化、刀具选用上进行了创新和提升改进，最终攻克了曲轴热装精度、加工回转直径超限等5项技术难点，最后将该曲轴成功安转并使用，同时也标志着我国从“造船大国”跃升为“造船强国”。11-1轴11-2轴的结构设计11-3轴的强度设计【世界“最大”的船用曲轴——中国制造】大型船用曲轴是万吨轮“巨轮之芯”，对船舶至关重要，其制造能力是衡量国家造船工业水平的重要标志。我国在建造22000TEU标准集装箱货轮时，要安装总长度23.5米、重近488吨的曲轴，因全球首次研制无参考依据，制造加工挑战巨大。但我国广大科技工作者守初心、担使命，通过升级改造加工设备，在工艺优化、刀具选用等方面创新提升，攻克5项技术难点，使其成功安装使用，也助力我国迈向“造船强国”。11-1轴11-2轴的结构设计11-3轴的强度设计二、轴的常用材料1．对轴的材料的基本要求轴的材料是决定轴承载能力的重要因素，因此对轴的材料有以下基本要求：（1）足够的强度、塑性、刚度、冲击韧性、耐磨性和耐腐蚀性；（2）对应力集中的敏感性较低；（3）具有良好的工艺性和经济性；（4）具有良好的热处理性能，以提高轴的抗疲劳强度。2．轴的常用材料与选用轴的常用材料为碳素钢和合金钢。轴的毛坯常采用轧制的圆钢或锻件，很少采用铸件。常用材料的特点如下：（1）碳素钢：价格低廉，对应力集中的敏感性较小，热处理后，其综合机械性能得到改善，所以得到广泛的应用。11-1轴11-2轴的结构设计11-3轴的强度设计（2）合金钢：具有较高的力学性能和较好的可淬火性，但对应力集中较敏感，价格较贵，常用于有特殊要求的轴。（3）球墨铸铁：适用于形状复杂的轴（如曲轴），具有价廉、吸振性好、耐磨性好、对应力集中的敏感性低等优点，也可作为轴的材料。但铸件的品质不易控制，可靠性差。对于不重要的轴或受力较小的轴，可用普通碳素钢、Q235A、Q275等；而一般轴常用碳素钢，如：35、40、45钢等，45钢最常用。为保证轴材料的机械性能，应对轴材料进行调质或正火处理。对于重要的轴或传递大功率的轴，可用合金钢，如：20Cr、40Cr等，也可采用球墨铸铁。11-1轴11-2轴的结构设计11-3轴的强度设计材料热处理毛坯直径硬度（HBW）力学性能许用弯曲应力应用说明抗拉强度

屈服强度

弯曲疲劳极限σ-1扭转弯曲疲劳极限τ-1静应力[σ+1w]脉动循环应力[σ0w]对称循环应力[σ-1w]MPa20正火≤100103~156390215170951257040用于载荷不大，要求韧性较高的轴正火回火>100~3003751959035正火≤100149~1875102652401201657545用于制作有一定强度和加工塑性的轴，可制作一般转轴、曲轴等正火回火>100~300490255115调质≤100156~2075502952301301758550>100~30053027512545正火≤100170~2175902952551401959555用于较重要的轴，应用最为广泛正火回火>100~300162~217570285245135调质≤200217~2556403552751552151006040Cr调质≤100241~28673554035520024512070用于载荷较大，而无很大冲击的重要轴>100~30068549033518540MnB调质≤200241~28673549034519524512070性能接近40Cr，用于重要的轴表11-1轴的常用材料及主要力学性能11-1轴11-2轴的结构设计11-3轴的强度设计40CrNi调质≤100270~30090073543026028513075用于很重要的轴>100~300240~27078557037021038SiMnMo调质≤100229~28673559036521027512070用于承受重载荷轴>100~300217~26968554034519538CrMoAlA调质≤60293~32193078544028027512575用于高强度、高耐磨性且热处理（渗氮）变形小的轴>60~100277~302835685410270>100~160241~27778559037522020Cr渗碳淬火回火≤10056~62HRC(表面）64039030516021510060用于要求强度和韧性均较高的轴QT400-15——156~197400300145125100——用于制造形状复杂的曲轴、凸轮轴等QT600-3——197~269600420215185150——

11-1轴11-2轴的结构设计11-3轴的强度设计第二节

轴的结构设计一、轴的构成轴由轴颈、轴头、轴身三部分所构成，如图11-8所示。轴颈是轴与轴承配合处的轴段，如图中③⑦；轴头是轴与传动零件配合的轴段，如图中①④；轴身是联接轴颈和轴头的非配合的轴段，如图中②⑥。11-1轴11-2轴的设计基础11-3轴的强度设计二、轴上零件的定位和固定零件在轴上的固定或联接方式随零件的作用而异。为了保证轴上零件的工作位置可靠固定，应对零件进行轴向和周向固定。1．轴上零件的轴向定位和固定轴向定位和固定的目的是使零件在轴上有确定、可靠的轴向位置，以防止在轴向力的作用下，零件沿轴向窜动（位移）。11-1轴11-2轴的设计基础11-3轴的强度设计11-1轴11-2轴的设计基础11-3轴的强度计算二．轴上零件的周向固定轴上零件周向固定的目的是传递运动和转矩，防止轴上零件与轴之间的相对转动。常用的固定方式有键联接、花键联接和过盈配合等。对于传递转矩不大的场合，也可采用紧定螺钉或圆锥销作为轴向固定和周向固定，详见表11-3。11-1轴11-2轴的设计基础11-3轴的强度计算11-1轴11-2轴的设计基础11-3轴的强度计算三、轴结构的工艺要求（1）一般将轴设计成阶梯轴。目的是提供用于零件定位和固定的轴肩、轴环，区别不同的加工表面的精度及配合要求，同时也便于零件的装拆和固定（见图11-8），轴上零件如齿轮、套筒、轴承等可依次装入和拆卸。轴的两端和各阶梯端面要有倒角。便于零件的转配，且不易划伤手部和配合零件.（2）轴上有磨削要求的表面，需在轴肩处留出砂轮越程槽，如图11-9所示；轴上需车削螺纹的部分，应有退刀槽，如图11-10所示。轴上有多个键槽时，键槽应布置在同一母线上。11-1轴11-2轴的设计基础11-3轴的强度计算（3）轴的直径应满足强度和刚度要求，并应尽量取标准值（表11-4）。与滚动轴承配合处，须满足滚动轴承内径标准系列，螺纹处的直径应符合螺纹标准系列，安装联轴器处的轴径应按联轴器孔径设计。11-1轴11-2轴的设计基础11-3轴的强度计算（4）用套筒、圆螺母、挡圈等定位时，轴端的长度应小于相配零件宽度，以保证定位和固定可靠。如图11-11所示。另外，应考虑旋转零件与箱体或支架等固定件之间留出适当距离，以免旋转时相碰。（5）阶梯轴截面尺寸变化处应采用圆角过渡，以减小轴径突变处的应力集中。圆角半径不宜过小。若圆角半径过大影响轴上零件定位，也可采用凹切圆角或中间环来增大圆角半径，如图11-12所示。轴上开槽、切口会产生应力集中，设计时应尽量避免。如为必需的结构，设计时应考虑避免尺寸突然变化而引起应力集中，例如可用渐开线花键代替矩形花键。此外，轴的表面质量对疲劳强度影响很大，可采取降低轴的表面粗糙度值或用滚压、吗丸等表面强化措施来提高轴的疲劳强度。11-1轴11-2轴的设计基础11-3轴的强度计算11-1轴11-2轴的设计基础三、轴结构的工艺要求（1）一般将轴设计成阶梯轴。目的是提供用于零件定位和固定的轴肩、轴环，区别不同的加工表面的精度及配合要求，同时也便于零件的装拆和固定（见图11-8），轴上零件如齿轮、套筒、轴承等可依次装入和拆卸。轴的两端和各阶梯端面要有倒角。便于零件的转配，且不易划伤手部和配合零件（2）轴上有磨削要求的表面，需在轴肩处留出砂轮越程槽，如图11-9所示；轴上需车削螺纹的部分，应有退刀槽，如图11-10所示。轴上有多个键槽时，键槽应布置在同一母线上。

图11-9砂轮越程槽11-3轴的强度计算图11-10螺纹退刀槽（3）轴的直径应满足强度和刚度要求，并应尽量取标准值（表11-4）。与滚动轴承配合处，须满足滚动轴承内径标准系列，螺纹处的直径应符合螺纹标准系列，安装联轴器处的轴径应按联轴器孔径设计。表11-4轴的标准直径（摘自GB/T2822-2005）10111214161820222528303236404550566063717580859095100（4）用套筒、圆螺母、挡圈等定位时，轴段的长度应小于相配零件宽度，以保证定位和固定可靠。如图11-11所示。另外，应考虑旋转零件与箱体或支架等固定件之间留出适当距离，以免旋转时相碰。11-1轴11-2轴的设计基础11-3轴的强度计算图11-11轴段长度（5）阶梯轴截面尺寸变化处应采用圆角过渡，以减小轴径突变处的应力集中。圆角半径不宜过小。若圆角半径过大影响轴上零件定位，也可采用凹切圆角或中间环来增大圆角半径，如图11-11所示。轴上开槽、切口会产生应力集中，设计时应尽量避免。如为必需的结构，设计时应考虑避免尺寸突然变化而引起应力集中，例如可用渐开线花键代替矩形花键。

此外，轴的表面质量对疲劳强度影响很大，可采取降低轴的表面粗糙度值或用滚压、吗丸等表面强化措施来提高轴的疲劳强度。11-1轴11-2轴的设计基础11-3轴的强度计算a）圆角c）中间环

b）凹切圆角图11-1211-1轴11-2轴的设计基础11-3轴的强度计算11-1轴11-3轴的强度计算11-2轴的结构设计一、按扭转强度计算对于在工作中只受扭矩的传动轴，可按扭转强度公式来计算轴的强度。如果还受不大的弯矩时，则可采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。轴的扭转强度条件为：

（11-1）式中，τmax——许用扭转切应力（MPa）；[τ]——许用扭转切应力（MPa）；T为轴传递的转矩（N﹒mm），T=9.55×106p/n；WT为抗扭截面系数（mm3），WT=0.2d3；P为轴传递的功率（kW）；n为轴的转速（r/min）；d为轴的直径（mm）。当轴的材料选定后，则许用应力[τ]已确定，可按照上述强度条件估算轴的最小直径

第三节

轴的强度计算11-1轴11-2轴的结构设计11-3轴的强度计算（11-2）式中，C为由轴的材料和承载情况确定的常数，轴常用材料的[τ]值和C值参见表11-5。当轴截面上开有键槽时，会削弱轴的强度，则计算得到的轴径应适当放大，当轴截面上有一个键槽时，轴径加大4%；当轴截面上有两个键槽时，轴径加大7%，然后按表11-4圆整为标准直径。表11-5轴得常用材料[τ]值和C值轴的材料Q235、20354540Cr、35SiMn、2Cr13[τ]/MPa12~2020~3030~4040~52C160~135135~118118~106106~97注：当作用在轴上的弯矩比转矩小或只受转矩作用时，[τ]取较大值，C取较小值；反之，则[τ]取较小值，C取较大值。11-1轴11-2轴的结构设计11-3轴的强度计算二、按弯扭合成强度计算对于在工作中既受扭矩同时还受弯矩的转轴，应按弯扭组合强度公式来计算危险截面的轴径。在轴的设计过程中，一般先按扭转强度计算轴的最小直径，在进行轴系结构设计后，支点位置及轴上所受载荷的大小、方向、作用点已经确定，须再按弯扭组合强度进行校核。轴的结构初步确定后，应首先画出轴的受力图，确定轴的受力情况，然后再作出水平面的弯矩图、垂直面的弯矩图、合成弯矩图、转矩图和当量弯矩图，最后按弯扭组合强度校核轴的强度。11-1轴11-2轴的结构设计11-3轴的强度计算二、按弯扭合成强度计算对于钢制的轴，按第三强度理论，强度条件为：11-1轴11-2轴的结构设计11-3轴的强度计算对于不变的转矩，取对于脉动循环转矩，取对于对称循环转矩，取式中分别为材料在对称循环、脉动循环及静应力状态下的许用弯曲应力，其值见表11-1。由强度公式可得轴径的计算公式11-1轴11-3轴的强度计算例11-1