第12章轴的设计xin

第三篇轴系零部件设计第十二章轴的设计重点内容轴的强度计算轴的结构设计12§12-1

概述1.轴的功用及分类3.轴设计的主要内容2.轴的材料23轴的功用及分类支承回转件一、功用3轴的功用及分类支承回转件传递运动和动力。一、功用4§12-1

概述1、分类转轴传动轴心轴承载情况转矩+弯矩转矩弯矩功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等，并传递运动和动力。5转轴既传递转矩（T）又承受弯矩（M）6转轴既传递转矩（T）又承受弯矩（M）7

转轴Ⅰ轴Ⅱ轴电动机齿轮带式输送机TFr89发动机后桥传动轴

只传递转矩，不受弯矩M=0，T≠0传动轴9心轴

只承受弯矩（M），不传递转矩（T=0）2.转动心轴：轴转动1.固定心轴：轴固定10前轮轮毂固定心轴前叉自行车前轮轴火车轮轴车厢重力支撑反力转动心轴11分析：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？0轴：Ⅰ轴：Ⅴ轴：Ⅱ轴：Ⅲ轴：Ⅳ轴：传动轴转轴心轴转轴转轴心轴12类型2.按轴的形状分为直轴光轴阶梯轴曲轴直轴13类型2.按轴的形状分为曲轴直轴直轴143.特殊用途的轴挠性软轴动力源被驱动装置接头接头钢丝软轴空心轴15轴线形状直轴曲轴直径光轴阶梯轴装拆和定位空心空心轴实心轴刚度挠性轴刚性轴16二、轴的设计步骤1.选择材料(表12-1)根据不同的工作状况3.结构设计形状+尺寸4.强度验算）(精确)弯-扭复合强度2.估算基本直径按扭转强度估算按经验公式估算17轴设计的主要内容失效形式变形过大振动折断塑性变形设计的主要内容：1.合理的结构设计—定位、固定、装拆及调整2.可靠的工作能力—足够的强度、刚度、稳定性疲劳破坏18三、轴的材料1).材料要求1)足够的疲劳强度2)较小的应力集中3)良好的加工工艺性2).常用材料优质中碳钢:45钢a)一般情况调质处理19b)受力小或不重要普通碳素钢:Q235,Q275c)强度高、尺寸小或特殊要求低碳合金钢:20Cr，20CrMnTi中碳合金钢:40Cr，40CrNi渗碳淬火表面淬火d)结构形状复杂高强度铸铁或球墨铸铁20设计目标：轴的设计

使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。F等强度阶梯轴21§12-2

轴径的初步估算1、按扭转强度条件估算轴径（基本直径）只考虑转矩的影响。降低许用扭剪应力→考虑弯矩的影响T-轴的转矩WT-轴的抗扭剖面系数22材料[T]CQ235、2012～20158～134Q275、3520～30134～1174530～40117～10640Cr,35SiMn,20CrMnTi40～52106～97常用材料的[T]和C值轴径估算公式：23注意事项1.表中已考虑了弯矩对轴的影响。2.当弯矩较大时，C取大值。3.当用Q235，Q275及35SiMn时，C取较大值。4.若有一个键槽，d应增大5%；有两个键槽，应增大10%，最后圆整为标准值。材料[T]CQ235、2012～20158～134Q275、3520～30134～1174530～40117～10640Cr,35SiMn,20CrMnTi40～52106～97242、按经验公式估算轴径(一般减速器)1)

高速轴的最小轴径按与其相联的电动机轴径

D估算:2)

低速轴的最小直径按同级齿轮中心距a

估算:25选择材料估算轴径设计结构确定尺寸校核强度设计步骤拟定方案§12-3

轴的结构设计26拟定方案27Ⅰ轴Ⅱ轴

电动机齿轮

带式输送机28轴端挡圈带轮轴承盖套筒齿轮滚动轴承典型阶梯轴29阶梯轴各部分的名称典型轴系的结构轴头30轴的结构设计阶梯轴各部分的名称典型轴系的结构轴颈31轴的结构设计阶梯轴各部分的名称典型轴系的结构轴身32轴的结构设计阶梯轴各部分的名称轴肩33轴的结构设计阶梯轴各部分的名称轴环34§12-3

轴的结构设计1、内容主要尺寸形状尺寸细节尺寸＋352、设计要求设计依据具备良好结构工艺性；满足轴上零件的定位和固定要求；具备足够的强度和刚度。36制造、安装、加工工艺性要求1）阶梯轴便于轴上零件的定位和拆装37制造、安装、加工工艺性要求2）结构力求简单，相邻轴段直径相差不宜过大，以选择合适的圆钢，减少切削用量。510～()mm定位轴肩23～()mm非位轴肩38制造、安装、加工工艺性要求3）同一轴上倒角、圆角半径、退刀槽同尺寸。倒角39制造、安装、加工工艺性要求3）同一轴上倒角、圆角半径、退刀槽宽同尺寸。轴肩40制造、安装、加工工艺性要求4）磨削加工留越程槽41制造、安装、加工工艺性要求4）磨削加工留越程槽越程槽42制造、安装、加工工艺性要求4）磨削加工留越程槽、切削螺纹应留退刀槽d1d243制造、安装、加工工艺性要求磨削加工留越程槽、切削螺纹应留退刀槽44制造、安装、加工工艺要求5）固定不同零件的各键槽应布置在同一母线上6）为便于加工和检验，轴径应圆整；轴颈应等于轴承内径；螺纹应符合螺纹标准45制造、安装、加工工艺要求7）为便于装配，轴端应倒角；倒角46制造、安装、加工工艺要求7）为便于装配，轴端应倒角；过盈配合零件装入端应加工导向锥面。47轴上零件的定位a.轴向定位1)目的保证轴上零件准确的工作位置。弹性挡圈套筒轴端挡圈圆锥面圆螺母紧定螺钉定位方法2)方法轴肩与轴环48轴肩与轴环RC轴肩轴环rrd2d349特点简单可靠；承受大轴向力应力集中；不利加工设计要点r<R或C<h轴肩与轴环应用广泛h=(0.07~0.1)db=1.4h50

套筒特点简化结构、定位可靠、不削弱强度；近距离零件间的相对固定；不宜用于高速转轴。51

套筒应用不宜用于高速转轴。设计要点间隙配合，尺寸灵活高度低于轴承内圈52轴端挡圈特点工作可靠，承受较大轴向载荷。应用止动垫圈防松广泛用于轴端设计要点5354b.周向固定1)目的保证轴上零件与轴一起转动，传递转矩花键联接平键联接2)方法过盈配合联接销钉联接5556提高轴的强度和刚度a.减小应力集中1)增大过渡圆角半径2)避免开设横孔、切口和凹槽b.改善轴的表面质量1)合理选择表面粗糙度2)采用表面强化处理c.改善轴的受力状况57a).减小应力集中1)增大过渡圆角半径；2)避免开设横孔、切口和凹槽；3)增加卸载槽、增大轴径等可减小过盈配合的局部应力。轴上开卸载槽增大轴的直径毂端开卸载槽58b).改善轴的表面质量1)表面愈粗糙疲劳强度愈低提高表面粗糙度；2)采用表面强化处理▲表面高频淬火；▲表面渗碳、氰化、氮化等化学处理；▲碾压、喷丸等强化处理。通过碾压、喷丸等强化处理时可使轴的表面产生预压应力，从而提高轴的疲劳能力。59c).改善轴的受力状况改进零件的结构减小轴的载荷轴强度和刚度FlFl/4Fl/8Fl/4l/4l/21、合理地布置轴上的荷载602、合理地轴上支撑位置aalqlq0.0214ql2ql2/2c).改善轴的受力状况61各轴段尺寸的确定1.直径的确定2.长度的确定62轴各部分尺寸的确定1.直径的确定1）

基本直径的确定按扭转强度条件估算d1基本直径：最细的63轴各部分尺寸的确定1.直径的确定2）

直径d2d2d2=

d1+(5~10)mm64轴各部分尺寸的确定1.直径的确定2）

直径d2d3d2=

d1+(5~10)mm3）

直径d3d3

=轴承内径d3=

d2+(2~3)mm65轴各部分尺寸的确定1.直径的确定2）

直径d2d4d2=

d1+(5~10)mm3）

直径d3d3

=轴承内径d3=

d2+(2~3)mm4）

直径d4d4=

d3+(2~3)mm一键增大(3-5)%66轴各部分尺寸的确定1.直径的确定2）

直径d2d5d2=

d1+(5~10)mm3）直径d3d3

=轴承内径d3=

d2+(2~3)mm4）直径d4d4=

d3+(2~3)mm5）直径d5d5=

d4+(5~10)mm一键增大(3-5)%d5=

d4+2h或67轴各部分尺寸的确定1.直径的确定2）直径d2d7d2=

d1+(5~10)mm3）直径d3d3

=轴承内径d3=

d2+(2~3)mm4）直径d4d4=

d3+(2~3)mm5）直径d5d5=

d4+(5~10)mm一键增大(3-5)%6.直径d7d7=

d3d5=

d4+2h或68轴各部分尺寸的确定1.直径的确定2）直径d2d6d2=

d1+(5~10)mm3）直径d3d3

=轴承内径d3=

d2+(2~3)mm4）直径d4d4=

d3+(2~3)mm5）直径d5d5=

d4+(5~10)mm一键增大(3-5)%6.直径d7d6=d7+(5~10)mm7.直径d6d7=

d3d5=

d4+2h或692.长度的确定1）L1L1=L-(2~3)mmL7LL’Lld+(2~3)△1emBc1c2+δ△3Bz△2Bc轴各部分尺寸的确定

L1

L2

L3L4L5L6受限于轴端零件联轴器：或间接计算带轮：L1=Bd-(2~3)mm702.长度的确定2）L2L7LL’Lld+(2~3)△1△1=Lld-L’L2=m+e+△1emBc1c2+δ△3Bz△2Bc轴各部分尺寸的确定

L1

L2

L3L4L5L6方便调整轴承间隙Lld=h+e+sh螺钉拧入深度s螺钉头厚度712.长度的确定2）L2L7LL’Lld+(2~3)△1L2=m+e+△1emBc1c2+δB+(3~8)=m+Bz+△3△3Bz△2Bc轴各部分尺寸的确定

L1

L2

L3L4L5L6方便调整轴承间隙B=c1+c2+δc1、c2查手册δ≧8箱体壁厚△3=（5~10）油润滑△3

=（10~20）脂润滑722.长度的确定3）L3L7LL’Lld+(2~3)△1L3=Bz+△2+△3+(2~3)emBc1c2+δ