华中科技大学机械设计基础课件轴设计

1、第六章轴设计6-1概 述一、轴的功用 支撑回转零件；二、轴的类型 传递运动和转矩 心轴 只承受弯矩按受载 传动轴 只承受转矩 转轴 既受弯矩、又受转矩 直轴 曲轴按轴心线三、轴设计时所要解决的问题1、结构问题2、强度问题3、刚度问题 确定轴的形状和尺寸 防止轴发生疲劳断裂 防止轴发生过大的弹性变形4、振动稳定性问题防止轴发生共振6-2轴的结构设计轴颈 与轴承相配的部分；轴头 与轮毂相配的部分；轴身 连接轴颈与轴头部分；轴颈轴身轴头轴的结构应满足的要求：加工工艺性要好便于轴上零件装拆轴上零件要有准确的定位轴上零件要有可靠的固定尽量减少应力集中一、加工工艺要求光轴等强度轴阶梯轴加工方法不同，轴的结

2、构也可能不同车削倒角磨削砂轮越程槽二、装拆要求 装拆应方便； 不同的装拆方案，得到不同结构； 轴的直径应圆整成标准值。三、轴上零件的轴向定位和固定定位 使轴上零件处于正确的工作位置； 固定 使轴上零件牢固地保持这一位置。目的 防止轴上零件工作时发生轴向蹿动。常用的轴向定位和固定方法：轴肩或轴环定位轴肩：h(0.070.1)d R 或 C非定位轴肩：h12 mm，作用是便于轴上零件的装拆为保证定位准确，R 或 C r轴环宽度一般取：b=1.4 h滚动轴承的定位轴肩或轴环高度查标准套筒注意：对轴上零件起固定作用。采用这些方法固定常用于近距离的两个零件间的固定。 轴上零件时，为保证固定可靠，圆螺 母

3、应使：与轮毂相配用于轴上两零件距离较远时，或轴端。的轴段长度比轮毂需切制螺纹，削弱了轴的强度。宽度短23 mm，即：lB - (23)弹性挡圈需切环槽，削弱了轴的强度。 承受不大的轴向力。轴端挡圈用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。锥面常与轴端挡圈配合使用。四、轴上零件的周向固定目的 防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。常用的周向固定方法：平键花键紧定螺钉滚动轴承是否需要用键作周向固定？五、提高轴的强度减小应力集中适当加大截面变化处的过渡圆角半径。或采用：凹切圆角过渡肩环减载槽问题：改善轴的受力状况改变轴上零件的结构，使受载减小。 五、结构设计示例FT应力分析：弯曲应力b- 对称循环变

4、应力；扭剪应力T 循环特征根据实际情况而定。计算方法： 按扭转强度计算； 按弯扭合成轴强的度抗计扭算； 安全系数法剖计面算系。数一、按扭转强度计算一般的轴T9.55106 P / npd 3 /169.55106 P tT tT = W=扭剪应力:0.2d 3nT6-3轴的强度计算扭转强度设计式:系数 C 与轴的材料和承载情况有关，查表12-2。 令其为系数 C注意：弯矩相对转矩较小或只受转矩时，C 取小值。弯矩较大时，C 取大值。扭转强度公式一般用来初算轴的直径， 计算出的 d 作为受扭段的最小直径 dmin 。若该轴段有一个键槽，d有两个键槽，增大10%值增大5%,。9.55106PPd

5、330.2tn= C3mmTn二、按弯扭合成强度计算此方法既考虑弯矩又考虑转矩，比前法精确。需已知：轴的支反力作用点、外载荷的大小及位置。 弯、扭联合作用时，采用第三强度理论。 则轴危险截面上的当量应力：=(M W ) + 4(T)222W+ T 2M 2s e =sb2+ 4t 2=W 对于直径为 d 的实心轴：o= M =MMbWpd 3 / 320.1d 3t =T=TT=TWpd 3 /160.2d 32WT则强度条件为：Me+ (aT )2M 2 ss=-10.1d 3beW对称循环变应力下的许用应力 当量弯矩校正系数的取值： 对于不变的转矩：a = s -1b s 0.3+1 b

6、频繁启动、振动或情a = s -1 b s 0.6况不明： 经常双向运转：0ba = s -1b s 1-1 bM=M 2 + (aT )2e由于sb 与 t 的循环特征可能不同，需引进校正系数将 t折合成对称循环变应力。设计式：三、轴设计步骤和方法1、根据功率 P 和转速 n ，用扭转强度公式初算受扭段的最小直径dmin 。2、根据初算轴径，进行轴的结构设计。N3、按弯扭合成强度校核轴的危险截面。d 3Memm0.1s -1 b受扭段最小直径dmin将 dmin 圆整成标准直径（查“机械设计课程设计”）d= C3Pmmminn 画出空间受力图，求出支反力； 分别作出水平面受力图和垂直面受力图； 分别作出水平面弯矩图MH和垂直面弯矩图MV ； 求合成弯矩： 求危险截面的当量弯矩：危险截面直危径险截面