武汉理工机械设计考研课件

1、研制：侯玉英第八章 轴的设计 8 1 概 述 82 轴的结构设计 83 轴的强度计算 一.轴的功用：1.支承作回转运动的零件（齿轮、蜗轮、带轮、链轮等）；3.受弯矩，抵抗变形，保证 轴上零件正常工作。2.传递运动和动力； 8 1 概 述本章主要内容1.轴的分类及材料选择（保证轴的强度、刚度要求）；2.轴的正确结构设计（轴上零件定位准确、固定可靠、装拆方便，轴加工工艺性好；重点3.轴的强度计算；4.轴系设计实例分析。光 轴阶梯轴空心轴曲轴直轴按轴的形状二. 轴的分类转轴既受弯矩，又受转矩的轴，如齿轮减速 中装齿轮的轴。按轴工作时受载情况心轴只受弯矩M的轴，如滑轮轴、自行车前 轮轴传动轴只受扭矩T

2、，或少量弯矩（轴自重引 起）如汽车双万向联轴器的中间轴 固定心轴转动心轴传 动 轴万向联轴器的中间轴转 轴 特殊用途的轴如钢丝软轴接头驱动装置 钢丝软轴（外层为护套）动力源设备设备接头二.轴的材料及选择 对轴材料要求：轴的强度和刚度足够；材料的热处理性能和加工工艺性好；材料来源广，价格适中。碳钢普通碳素钢：Q235,Q255-用于不重要，轻载的轴；优质碳素钢：35，40，45号- 廉物广，应用较广泛；合金钢中碳合金钢：40cr等-强度高，价贵用于重要轴低碳合金钢：20crMnTi-表面渗碳淬火后，表面硬度高 芯部韧性好，适用于冲击载荷较大的场合。球墨铸铁-宜用于制造形状复杂的轴轴常用材料滚动轴

3、承齿轮滚动轴承键槽半联轴器轴颈轴身轴头轴颈轴身轴头轴承盖轴承盖一. 轴系结构分析 82 轴的结构设计轴的结构设计目的合理确定轴的外部形状和全部尺寸二.轴的结构设计应考虑的主要因素4.有利于提高轴的强度和刚度（轴的受 力合理、应力集中）。3.良好的加工工艺性；2.便于轴上零件的装拆和调整；1.保证轴上零件的定位和固定可靠；一）零件轴向固定的目的三. 零件轴向固定防止零件沿轴向窜动，确保零件轴向准确位置。特点：定位可靠，能承受较大的轴向载荷，用于各类零件的轴 向定位和固定轴肩轴环二）常用轴向固定1.轴肩（或轴环）过渡圆角r定位高度h由组成注意事项：1）轴的过渡圆角半径r 应小于轴上零件的倒角C 或

4、圆角半径R；2）轴肩轴 环高度h定位轴肩：高度hC(或R) ,通常取h=(23)C或(2 3)R或h=0.07d+(23) mm滚动轴承： 按轴承型号查标准非定位轴肩：为使零件装拆方便，取h=(12)mm3）轴环宽度b b1.4h 10 mmrRhdDhcrDdb 2套筒-常用于两个距离相近的零件之间，起定位荷固定的作用。套筒与轴之间配合较松，不宜用于转速较高的轴上。套筒注意：轮毂宽度B 轴头长度l，取l = B -（23）mmBl3轴端挡圈-常与轴肩或锥面联合使用，固定零件 稳定可靠，能承受较大的轴向力：注意：轮毂宽度B轴头长度l ，取l = B- （23）mm轴肩B轴端挡圈止动垫片止动销l

5、止动垫片止动销轴端挡圈螺钉螺钉4圆锥面-装拆方便，宜用于高速、重载及零件对中性 要求高的场合。锥面轴端挡圈螺钉止动垫片5圆螺母与止动垫圈-固定可靠，可承受较大的轴 向力，但需切制螺纹和退刀槽，会削弱轴的强度。 注意：零件宽度B 轴长度l ，取l = B-（23）mmlB止动垫圈圆螺母止动垫圈 6弹性挡圈-结构简单，但在轴上需切槽，会引起 应力集中，一般用于轴向力不大的零件的轴向固定。弹性挡圈Bl注意：零件宽度B 轴长度l ，取l = B-（23）mm7紧定螺钉-结构简单，可兼作周向固定，传递不大的 力或力矩，不宜用于高速。紧定螺钉三. 轴的结构工艺性便于加工、测量、维修及轴上零件的拆装一）轴的

6、加工工艺性要求 1. 不同轴段的键槽，应布置轴的同一母线上，以减少键槽加工 时的装卡次数；a. 正确结构b.不正确结构2. 需磨制轴段时，应留砂轮越程槽；需车制螺纹的轴段，应 留螺纹退刀槽。砂轮越程槽螺纹退刀槽3. 相近直径轴段的过渡圆角、键槽、越程槽、退刀槽尺寸尽 量统一.0.8二）轴上零件装配工艺性要求与零件过盈配合的轴端应加工出导向锥面。a）倒角b）导向锥面轴的配合直径应圆整为标准值轴端应有cX45的倒角五. 提高轴强度、刚度的措施一）合理布置轴上零件，改善轴的受力情况1. 使弯矩分布合理把轴、毂配合分成两段，减小最大弯 矩值。不合理结构合理结构FF2.使转矩合理分配不合理的布置合理布置

7、输出轮输入轮T1T3T4T2T1T2T3T4输出轮输出轮输入轮1Tmax= T2 + T3 + T4Tmax= T3 + T43. 改进轴上零件结构减轻轴的载荷卷筒轴既受弯又受扭卷筒轴只受弯矩卷筒螺栓卷筒齿轮轴承轴承齿轮齿轮齿轮二）减小轴的应力集中轴的剖面变化处、轴毂配合面的边缘键槽 根部等会产生应力集中。 b）过盈配合处的应力集中 轴的应力集中发生的位置a）截面尺寸变化处 的应力集中b）过盈配合处的应力集中c）小孔处的应力集中a）截面尺寸变化处的应力集中c）小孔处的应力集中减小力集中的措施当过渡圆角半径受限制时用凹切圆角、过渡肩环对于过盈配合的轴段，在轴上或轮毂上开减载槽凹切圆角过渡肩环减载

8、槽 83 轴的强度计算 一.按扭转强度计算适用于传动轴、转轴初算扭转强度条件：轴的扭剪应力（MPa）；轴传递的转矩（Nmm）；TWT 轴的抗扭剖面系数（mm3），对于实心圆轴，P轴传递的功率（KW）；轴的许用扭剪应力（MPa）；式中：对于实心圆轴： C与轴的材料有关的系数，查表12-2。计算说明：1）求得的d为受扭部分的最小直径，通常为轴端；2）该轴段有键槽适当加大直径，单键槽增大5%。双键槽增大10%，将所计算的直径圆整为标准值即：单键槽双键槽设计计算式： 3）轴的最小 直径dmin 应根据W轴的抗弯剖面系数（mm3）转动心轴：=-1 b = -1M不变： b= +1 bM变化： b = 0

9、 b b 许用弯应力弯曲强度条件：对于实心圆轴，WT=d3/32 d3/10查表12 - 1固定心轴二 按弯曲强度计算用于心轴强度计算 材 料热处理毛坯直径/mm硬度/HBS主 要 机 械 性 能类别牌号强度极限b屈服极限S弯曲疲劳极限-1剪切疲劳极限-1=1许用弯应力 +1b=0许用弯应力 0b=-1许用弯应力 -1b表8-1 轴的常用材料及主要机械性能24511869碳素钢45正火1001702176003002751401969354调质2002172556503603001552169859合金钢40Cr调质100100 300241 286750550350200241 2867005503401856503603001552169859碳素钢45200217255调质b=600 Mpa，s=360 Mpa，-1=300 Mpa，-1 =155 Mpa +1b=216 Mpa， 0b=98 Mpa， -1b=59 Mpa如：45钢调质，查得：三 按弯、扭合成强度计算 用于转轴强度计算强度计算的前提条件：轴的结构设计初步完成，支点力点位置 确定，支反力可求。转轴危险截面上的应力状态弯 应 力：扭剪应力：转轴危险截面上的应力： 称为计算弯矩或称为当量弯矩 考虑M、T两者产生的应力循环特性和不同，通常=1，而一般1，考虑两者差异的影响，轴弯、扭合成强度条件为：应将ca