机械设计第11章轴

1、第第11章章 轴轴第第11章章 轴轴 11.1 概述概述一、轴的功用和分类一、轴的功用和分类功用：功用：支承回转零件、传递运动和动力支承回转零件、传递运动和动力分类：分类：（1）心轴心轴 只承受弯矩，不承受转矩只承受弯矩，不承受转矩 （2）传动轴传动轴 只承受转矩而不承受弯矩只承受转矩而不承受弯矩 （3）转轴转轴 既承受弯矩又承受转矩既承受弯矩又承受转矩二、轴的设计要求及设计步骤二、轴的设计要求及设计步骤 轴的设计要求轴的设计要求 （1）设计计算。强度计算、刚度计算，振动稳定性）设计计算。强度计算、刚度计算，振动稳定性计算。计算。 （2）结构设计。轴上零件装拆定位，加工工艺性等。）结构设计。轴

2、上零件装拆定位，加工工艺性等。（1）心轴）心轴 只承受弯矩，不承受转矩只承受弯矩，不承受转矩（2）传动轴）传动轴 只承受转矩而不承受弯矩只承受转矩而不承受弯矩（3）转轴）转轴 既承受弯矩又承受转矩既承受弯矩又承受转矩设计步骤：设计步骤：一、初定轴径一、初定轴径二、结构设计二、结构设计 草图设计，轴的受力作用点。草图设计，轴的受力作用点。三、危险截面强度校核计算三、危险截面强度校核计算上述三个步骤经常交叉进行上述三个步骤经常交叉进行第第11章章 轴轴 11.2 轴的材料及其选择轴的材料及其选择材料考虑因素：材料考虑因素：1）轴的强度、刚度及耐磨性要求；）轴的强度、刚度及耐磨性要求；2）热处理；）

3、热处理；3）材料来源；）材料来源；4）材料的加工工艺性；）材料的加工工艺性；5）材料价格等）材料价格等轴的常用材料；轴的常用材料；一、碳素结构钢一、碳素结构钢 35、40、45、50并进行调并进行调质处理。质处理。 不重要的轴或受力小的轴用不重要的轴或受力小的轴用Q235、Q255、Q275等碳素结构钢。等碳素结构钢。二、合金结构钢二、合金结构钢 20Cr、20CrMnTi、40Cr。三、球墨铸铁三、球墨铸铁 较好的制造工艺性和吸振性，较好的制造工艺性和吸振性，对应力集中不敏感，可以制造复杂形状轴。对应力集中不敏感，可以制造复杂形状轴。 材料的性能见表材料的性能见表11.2第第11章章 轴轴

4、初步确定轴的最小直径初步确定轴的最小直径)111 (2 .01055.936TTTdnpWT校核式：)211 ( 2 . 01055. 9336npCnpdT设计式：C值：表值：表11-3轴径一个键槽放轴径一个键槽放3%，两个键槽放，两个键槽放7%，然后圆整。，然后圆整。材料材料Q235Q235，2020Q275Q275，3535454540Cr40Cr等高等高强度钢强度钢 T T /MPa /MPa15152525202035352525454535355555C C1491491261261351351121121261261031031121129797表11.3 轴的许用切应力T和系数

5、C第第11章章 轴轴 11.3 轴结构设计轴结构设计 主要要求：主要要求：（1 1）装在轴上的零件有确定的位置。且布置合）装在轴上的零件有确定的位置。且布置合理。理。（2 2）轴受力合理，能可靠地传递力和转矩，有）轴受力合理，能可靠地传递力和转矩，有利与提高强度和刚度。利与提高强度和刚度。（3 3）具有良好的工艺性。）具有良好的工艺性。（4 4）便于装配和调整。）便于装配和调整。（5 5）节省材料，减轻质量。）节省材料，减轻质量。第第11章章 轴轴一、轴的结构设计一、轴的结构设计原则：原则：1）轴上零件便于装拆，（做成阶梯轴）轴上零件便于装拆，（做成阶梯轴） 2）加工工艺性要好。）加工工艺性要

6、好。 3）轴上零件固定可靠。）轴上零件固定可靠。 1234567第第11章章 轴轴二、轴上零件的轴向固定二、轴上零件的轴向固定固定方法固定方法: :轴肩、轴环、轴肩、轴环、套筒、螺母、套筒、螺母、弹性挡圈、弹性挡圈、圆锥形轴头、圆锥形轴头、轴端挡圈和轴端挡圈和紧定螺钉紧定螺钉表表11-6续表11-6圆螺母定位圆螺母定位 弹性挡圈固定弹性挡圈固定 止动垫圈固定止动垫圈固定 紧定螺钉固定紧定螺钉固定 轴端压板轴端压板 第第11章章 轴轴三、轴上零件的周向固定三、轴上零件的周向固定 用于传递运动和转矩，常用的周向固定是键用于传递运动和转矩，常用的周向固定是键四、轴的结构工艺性四、轴的结构工艺性 内容

7、：便于加工和装配，保证精度，效率高，内容：便于加工和装配，保证精度，效率高，成本低。成本低。砂轮越砂轮越程槽程槽同一轴上键槽同一轴上键槽方向一致方向一致第第11章章 轴轴五、提高轴的疲劳强度五、提高轴的疲劳强度1、降低应力集中、降低应力集中（1）采用大的过度圆角（例如：）采用大的过度圆角（例如：凹切圆角和肩环凹切圆角和肩环）（2）盘铣刀比端铣刀铣出的键槽应力集中小。）盘铣刀比端铣刀铣出的键槽应力集中小。（3）过盈配合的轴段，过盈量要尽可能的小，必要时）过盈配合的轴段，过盈量要尽可能的小，必要时加卸加卸载槽。载槽。（4）轴上要尽可能的避免有打穿的销孔）轴上要尽可能的避免有打穿的销孔2、提高轴的表

8、面质量、提高轴的表面质量方法：辗压、喷丸、氮化、渗碳、淬火等方法：辗压、喷丸、氮化、渗碳、淬火等六、轴的结构设计示例六、轴的结构设计示例11.4 轴的强度计算轴的强度计算一、轴的计算简图一、轴的计算简图轴的结构设计确定了轴的结构形状和尺寸，为了进轴的结构设计确定了轴的结构形状和尺寸，为了进行轴的强度计算，需将轴实际受力情况简化成计算行轴的强度计算，需将轴实际受力情况简化成计算简图，即建立力学模型。简图，即建立力学模型。简化为简化为集中力集中力简化为简化为集中力集中力近似在近似在中点中点a查手册查手册二、按弯扭合成强度条件计算二、按弯扭合成强度条件计算同时考虑弯矩和转矩的作用，计算步骤如下：同时

9、考虑弯矩和转矩的作用，计算步骤如下：（1 1）绘计算简图，标出作用力的方向及作用点的位置）绘计算简图，标出作用力的方向及作用点的位置（2 2）取定坐标系，将作用在轴上的力分解为水平分力和垂直分力，并求）取定坐标系，将作用在轴上的力分解为水平分力和垂直分力，并求其支反力。其支反力。（3 3）分别绘制出水平面和垂直面内的弯矩图。）分别绘制出水平面和垂直面内的弯矩图。（4 4）计算合成弯矩）计算合成弯矩 ，并绘制出合成弯矩图，并绘制出合成弯矩图，（5 5）绘制转矩图。）绘制转矩图。（6 6）确定危险剖面。校核危险剖面的弯扭合成强度。）确定危险剖面。校核危险剖面的弯扭合成强度。根据第三强度理论，在复合

10、应力作用下，强度条件为：根据第三强度理论，在复合应力作用下，强度条件为：由于弯曲应力与扭转应力一般不同所以引入折合系数，则由于弯曲应力与扭转应力一般不同所以引入折合系数，则22VHMMM422bbe)(422be式中式中 -计算截面的弯曲应力，计算截面的弯曲应力， 为抗弯截面系数，见表为抗弯截面系数，见表10-5 -计算截面的扭转切应力，计算截面的扭转切应力， 为抗扭截面系数，见表为抗扭截面系数，见表10-5bWWMb,/TTWWT,/静循环许用应力。脉动循环许用应力及对称循环许用应力、其中为静应力时为对称循环、为脉动循环时为对称循环、的循环特性相同时与修正系数。bbbbbbbbbb3 . 0

11、/;59. 0/; 11011101,2,/1101代入上式，整理后得、将。，查表许用应力，对于转轴WWWTWMTTbb)(22WTMe 例例11.1 11.1 某化工设备中的输某化工设备中的输送装置，运转平稳，工作转矩送装置，运转平稳，工作转矩变化很小，其简图如图所示，变化很小，其简图如图所示，试对该减速器的输出轴进行结试对该减速器的输出轴进行结构设计。已知输入轴与电机、构设计。已知输入轴与电机、输出轴与工作机均通过弹性柱输出轴与工作机均通过弹性柱销联轴器连接；输出轴旋转方销联轴器连接；输出轴旋转方向从左向右看为顺时针，单向向从左向右看为顺时针，单向旋转；电动机型号为旋转；电动机型号为Y160MY160M6 6；两级齿轮传动均为两级齿轮传动均为8 8级精度，其级精度，其参数如下表所示：参数如下表所示：mmmmnPCd56.5110.6798. 068. 612133min单键槽放大单键槽放大4%4%为为53.6mm53.6