机械设计基础 课件 金鑫 第8、9、11章 带传动和链传动、机械传动系统设计、轴及其连接

第8章带传动

1)

按传动原理分8.1带传动的类型、结构和主要尺寸8.1.1带传动的类型和特点

1.带传动的分类摩擦型带传动n1n2传动带从动轮主动轮(1)摩擦型带传动8.1带传动的类型、结构和主要尺寸8.1.1带传动的类型和特点

1.带传动的分类(1)摩擦型带传动(2)啮合型带传动1)

按传动原理分8.1带传动的类型、结构和主要尺寸8.1.1带传动的类型和特点

1.带传动的分类平带(1)平带1)

按传动原理分2)

按带的截面形状分V带8.1带传动的类型、结构和主要尺寸8.1.1带传动的类型和特点

1.带传动的分类(1)平带1)

按传动原理分2)

按带的截面形状分(2)V带8.1带传动的类型、结构和主要尺寸8.1.1带传动的类型和特点

1.带传动的分类多楔带(1)平带1)

按传动原理分2)

按带的截面形状分(2)V带(3)多楔带(4)圆带带传动的应用大理石切割机中的平带传动带传动的应用手扶拖拉机中的普通V带传动带传动的应用

汽车发动机中的同步带传动带传动的应用

汽车发动机中的多楔带传动带传动的应用

工业机器人关节的同步带传动平带传动的布置形式常用的平带包括有接头的胶帆布带、皮革带、编织带等，因此转动不平稳，不适合用于高速。高速转动时需采用无接头的环形带。FQFNFQFNFNφFf=FNf=FQf

V带是没有接头的环状带，其横截面为梯形，两侧面为工作面，带轮上有相应的轮槽与之匹配。在同等条件下V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。缺点是磨损较快，价格较贵，传动效率较低且只能用于开口传动。类型传递功率P/kW传动比圆周速度v/(m/s)传动效率平带传动≤40≤55-30≈0.96V带传动≤75≤75-25≈0.95平带传动和V带传动的常用范围

2.带传动的特点

优点

传动平稳、噪音小、缓冲、吸振、过载保护、结构简单、成本低，尤其适用于两轴中心距较大的场合。

缺点

外廓尺寸大，不能保证准确的传动比，效率低(弹性滑动)，不宜用于高温、易燃易爆的场合。

应用在多级传动中，带传动常被放在高速级。一般情况下，传递功率P

75kW，带速v

5~25m/s，传动比i

7。

啮合型带传动则兼有摩擦型带传动和链传动的优点，带与带轮之间无弹性滑动，可以保证准确的传动比，传动效率可达0.98~0.99，因此广泛应用于家用电器、计算机、仪器及机床等机械中。8.1.2V带和V带轮1.V带V带的结构顶胶包布承载层底胶1)等腰梯形;2)底面不和带轮接触;3)两侧面为工作面。4)普通V带按截面基本尺寸由小至大分为Y、Z、A、B、C、D、E等七种型。bbph

型号Z

ABCDEF顶宽b10131722323850节宽bp

8.5111419273242

高度h6810.513.51923.530

楔角φ每米质量q（kq/m）0.060.010.170.300.620.901.5240˚在V带轮上，与所配用V带的节面宽度相对应的带轮直径称为基准直径d。dV带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度Ld

。φbp

2.V带轮（1）带轮的材料带轮的常用材料是灰铸铁，如HT150、HT200。转速较高时，可用铸钢或钢板焊接；小功率时可用铸造铝合金或工程塑料。V带轮的组成（2）带轮的结构轮缘轮辐轮毂带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。带轮的结构实心式----直径小；d0dHL实心式腹板式----中等直径；dh=(1.8-2)dsd0=(dh+dr)/2dr=de-2(H+σ)Hσ见图13-8s=(0.2-0.3)Bs1≥1.5ss2≥0.5s腹板式一带轮的结构实心式----直径小；S1斜度1：25SS2drdkdhddaLBS2轮辐式----d>350mm；腹板式----中等直径；带轮的结构

实心式----直径小；h2=0.8h1a1=0.4h1

a2=0.8a1

f1≥0.2h1

f2≥0.2h2PnA3h1=290P功率n转速A轮幅数h2drdkdha1L斜度1：25ddaBh18.1.3V带传动的主要几何尺寸

主要几何参数

中心距a、带长Ld、包角

和带轮直径d等。O1O2

1

2

ad2d18.1.3V带传动的主要几何尺寸

近似关系

O1O2

1

2

ad2d18.1.3V带传动的主要几何尺寸

近似关系

O1O2

1

2

ad2d1F0F0F0F08.2带传动的受力分析和运动特性8.2.1带传动的受力分析

未工作时，带的拉力处处相等，等于初拉力F0。O2O1F18.2带传动的受力分析和运动特性O2O1n1n2

工作时，由于带与带轮接触面间摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等。F2F2F1主动轮从动轮O2O1n1n2

工作时，由于带与带轮接触面间摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等。8.2带传动的受力分析和运动特性松边紧边

有效拉力F为：

F

F1

F2F等于摩擦力的总和，是带传动的有效圆周力。F1O2O1n1n2F2F2F1主动轮从动轮

带传动工作时，从动轮上工作阻力矩所产生的圆周阻力F2T2/d2

正常工作时，有效拉力圆周阻力F

相等。在一定条件下，带和带轮接触面间所能产生F和的最大摩擦力(最大有效圆周力)Fmax

。当Fmax

F

时，带传动才能正常运转。如所需传递的圆周阻力超过这一极限值时，传动带将在带轮上打滑。即将开始打滑时，紧边拉力F1和松边拉力F2之间满足挠性体摩擦的欧拉公式，即为假设：工作前后带的总长度不变，

即紧边的伸长量等于松边的缩短量，则其紧边拉力的增加量应等于松边拉力的减少量：F1

F0

F0

F2

或

F1

F22F0得到带传动所能传递的最大有效圆周力Fmax与F0、

及

f有关。F0、

、f等愈大，则最大有效圆周力也愈大。其中F0的影响最大，但如F0过大，将使带的使用寿命缩短。8.2.2传动带的应力分析

传动带在工作过程中产生的三种应力

1.紧边拉应力

1和松边拉应力

22.弯曲应力

b3.离心拉应力

cO1O2n2n1

c

1

2

2

c

1

c

b1

b2

1

2

max带传动的应力分布

结论

带运行时，作用在带上某点的应力是随它所处位置不同而变化的，所以带是在变应力下工作的，当应力循环次数达到一定数值后，带将产生疲劳破坏。在紧边进入主动轮处带的应力最大，其值为

max

1

b1

c

8.2.3带传动的弹性滑动及传动比

由于带的弹性变形及紧边与松边的拉力差而引起的带与带轮之间的滑动，称为弹性滑动。

弹性滑动是带传动中无法避免的一种正常的物理现象。由于弹性滑动的存在，使得带与带轮间产生摩擦和磨损；从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1，即产生了速度损失。这种速度损失还随外载荷的变化而变化，这就使得带传动不能保证准确的传动比。通常以滑动率

表示速度损失的程度，即

一般

0.01~0.02，带传动的传动比为8.3普通V带传动的设计8.3.1带传动的失效形式和设计准则

失效形式

带传动靠摩擦力工作。当传递的圆周阻力超过带和带轮接触面间所能产生的最大摩擦力时，传动带将在带轮上产生打滑而使传动失效。另外，带在运行过程中由于受循环变应力的作用会产生疲劳破坏。

带传动的设计准则

在保证带传动不打滑的前提下，使传动带具有足够的疲劳强度和一定的使用寿命。传递的功率为：单根带所能传递的有效拉力为：为保证带具有一定的疲劳寿命，应使：σmax=σ1+σb+σc

≤[σ]σ1=[σ]

-σb-σc代入得：

在α=π，Ld为特定长度、抗拉体为化学纤维绳芯结构条件下计算所得P0称为单根带的基本额定功率。8.3.2单根普通V带所能传递的功率

单根普通V带所能传递的功率是指在一定的初拉力作用下，带传动不发生打滑且有足够疲劳寿命时所能传递的最大功率。

●

i1(

180)，特定带长，载荷平稳时，单根Ｖ带所能传递的基本功率为P1(表8

5)。●当i

1时，V带绕过从动轮时的弯曲应力比i

1时小，带的工作能力有所提高，则对同样使用寿命的V带，传递的功率增大∆P1(表8

5)。●i不等于1(即

180)，还要引入包角修正系数K

(表8

6)。●带长不等于特定带长，需引入带长修正系数KL(表8

3)。在实际工况下，单根V带所能传递的额定功率为[P1]

(P1+

P1)K

KLKα

—包角系数。实际工作条件与特定条件不同时，应对P0值加以修正。修正结果称为许用功率[P0]KL—长度系数；∆[P0]--功率增量；

包角修正系数

包角α1180˚170˚160˚150˚140˚130˚120˚110˚100˚90˚

Kα1.00.980.950.920.890.860.820.780.740.698.3.3设计计算步骤

已知条件传动的用途、工作情况和原动机类型；传递的功率P；大小带轮的转速n1和n2；对传动的尺寸要求。

设计的主要内容确定V带的型号、长度和根数；确定带轮间的中心距；确定带轮基准直径及结构尺寸；计算作用在轴上的压力等。

设计计算步骤

1.确定计算功率Pc

Pc

KAP

2.选择V带型号(图815)普通V带选型图

设计计算步骤

1.确定计算功率Pc

Pc

KAP

2.选择V带型号(图815)

3.确定带轮基准直径d1和d2(表8

8)4.验算带速

带速v一般在5~25m/s内为宜。

5.确定中心距和V带基准长度0.7(d1

d2)

a0

2(d1+d2)

V带基准长度

实际中心距

6.验算小带轮包角

1

7.确定V带根数z

8.确定初拉力F0

9.确定作用在轴上的压力FQ

1

zF0zF08.3.4V带传动的张紧装置

由于传动带不是完全的弹性体，带工作一段时间后，会因伸长变形而产生松驰现象，使初拉力降低，带的工作能力也随之下降。因此，为保证必需的初拉力，应经常检查并及时重新张紧。常用的张紧方法是改变带传动的中心距。滑道式张紧装置摆架式张紧装置自动张紧装置张紧轮装置第9章链传动9.1概述9.1.1链传动的特点和应用

链传动由主动链轮、从动链轮和绕在两轮上的封闭链条所组成，依靠链条与链轮齿之间的啮合来传递运动和动力。n1n2从动链轮链条主动链轮

优点结构紧凑，工作可靠，作用在轴上的载荷小，承载能力高，效率较高(

98%)，能保持准确的平均传动比。

缺点

瞬时传动比不恒定，传动不平稳，工作时有冲击和噪声，对安装精度要求较高

应用

两轴相距较远，要求平均传动比不变但对瞬时传动比要求不严格，工作环境恶劣(多油、多尘、高温)等场合。一般情况下，链传动传递功率P

100kW，带速v

15m/s，传动比i

8。9.1.2链传动的类型

链有多种类型，按用途可分为传动链、起重链和牵引链三种。在一般机械中，最常用的是传动链。传动链有滚子链和齿形链等类型。滚子链齿形链9.1.3滚子链与链轮

1.滚子链

内链板滚子销轴外链板套筒

内链板与套筒间、外链板与销轴间均为过盈配合，套筒与销轴间则为间隙配合，工作时内、外链节间可以相对挠曲，套筒则绕销轴自由转动。滚子活套在套筒外面，啮合时滚子沿链轮齿廓滚动，以减小链条与链轮轮齿间的磨损。内、外链板均制成8字形，以使链板各横截面的抗拉强度大致相同，并减轻链条的重量及惯性力。

相邻两销轴轴心线间的距离为节距p，是链的主要参数。p

传递功率较大时，为减小链传动的外廓尺寸，减小冲击、振动，可采用小节距的多排链。

链条长度以链节数表示。链节数最好取偶数，以便链条联成环形时正好是外链板与内链板相接，这时可采用开口销或弹簧夹将接头上的活动销轴固定。

当链节数为奇数时，可采用过渡链节连接。链条受力后，过渡链节的链板除受拉力外，还受附加弯矩，其强度较一般链节低。所以在一般情况下最好不用奇数链节。过渡链节

滚子链已标准化，分A、B两个系列，我国以A系列为主。滚子链标记示例12A-2100GB/T60692002

表示滚子链链号为12A，双排，链节数100，标准编号为GB/T60692002的滚子链。

2.滚子链链轮

链轮端面齿形

滚子链与链轮属非共轭啮合，故链轮的齿槽形状设计具有较大的灵活性。链轮轮齿的齿形应保证链节能平稳自如地进入和退出啮合，尽量减小啮合时链节的冲击和接触应力，且便于加工。

国家标准GB/T60692002规定了滚子链链轮的齿形，实际使用时允许齿形在一定范围内变化。

标准参数

齿面圆弧半径re

齿沟圆弧半径r1

齿沟角

链轮节距pdrer1

d1p

主要尺寸计算

分度圆直径d

360

z

齿顶圆直径dada

p(0.54cot(180/z))

齿根圆直径dfdf

d

d1dadfbfra

链轮轴向齿形

单排链轮轴面齿形rxbababf1bf2bf3ptrapt多排链轮轴面齿形

链轮常用结构

实心式链轮

链轮常用结构

孔板式链轮9.1.4链传动的布置和张紧

1.链传动的布置

布置原则●两链轮的回转平面必须布置在同一垂直平面内。●

两链轮中心连线最好水平，或与水平面成小于45°的倾斜角，尽量避免垂直传动，以免链条与下链轮啮合不良或脱离啮合。●一般应使链的紧边在上、松边在下，以防松边下垂量过大影响链轮轮齿发生干涉，或松边与紧边发生碰撞。布置原则：链传动的两轴应平行，两链轮应位于同一平面内；一般宜水平或接近水平布置，并使松边在下方。i>2a<30p两轮轴不在同一水平面，松边应在下面。否则松边下垂量增大后链条与链轮容易卡死。

传动参数正确布置

不正确布置

说明i>2a=(30~50)p两轮轴在同一水平面，紧边在上、在下均能正常工作。i、a为任意值两轮轴在同一铅垂面内，下垂量增大会减少下链轮的有效啮合齿数，降低传动能力，为此应采用：1)中心距可调；2)设张紧装置；3)上下两轮错开。

传动参数

正确布置

不正确布置

说明

i<1.5a>60p两轮轴在同一水平面，松边应在下面。否则松边下垂量增大后松边与紧边相碰，须经常调整中心距。

平均链速

平均链速9.2链传动的运动特性9.2.1平均链速和平均传动比

从动链轮的角速度

链传动瞬时传动比

当主动链轮匀速转动时，从动链轮的角速度以及链传动的瞬时传动比都是周期性变化的，因此链传动不宜用于对运动精度有较高要求的场合。链传动的不均匀性，是由于围绕在链轮上的链条形成了正多边形这一特点所造成的，故称为链传动的多边形效应。9.3滚子链从动的设计9.3.1滚子链从动的失效形式及额定功率曲线图

1.链传动的失效形式

⑴链条的疲劳破坏

⑵链条铰链的磨损

⑶链条铰链的胶合

⑷链条的多次冲击破断

⑸链条的静力拉断

2.链传动的额定功率曲线图

在不同的工作情况下，链传动的主要失效形式也不同。第9章机械传动系统设计9.1机械传动系统设计概述9.1.1机械传动系统设计的内容

机械传动系统是连接原动机和执行系统的中间装置，其作用是将原动机的运动和动力进行转换并传递给执行系统，其设计任务是根据工作要求设计合理的传动系统，使原动机的输出与执行系统的输入相匹配，并能在预定的适用寿命内安全可靠的工作。

机械传动系统设计的主要内容（1）机械传动系统的方案设计机械传动系统的方案设计是合理地选择、组配机械传动的类型，以满足机械的工作机构在预期工作条件下的运动及动力要求。传动方案的好坏，对机械产品有非常重要的意义。（2）机械传动系统的运动及动力设计当机械传动系统的传动方案确定后，即可根据机械执行部分所需的运动及动力参数，再结合选用的原动机类型及性能参数进行机械的运动和动力设计。①根据执行部分的工作阻力、工作速度和传动系统的总效率等，求出机械所需的驱动功率、确定电动机的额定功率、转速；②计算传动系统的总传动比并进行传动比的分配；求出各轴的转速、输入功率及转矩。

机械传动系统设计的主要内容（3）机械零、部件的工作能力计算及结构设计确定了机械传动方案并经过机械传动系统的运动及动力设计后，即可根据电动机的额定功率，运转特性和各个零、部件的具体工作情况，计算出作用于任一零、部件上的载荷。然后从机械的全局出发，考虑各个零、部件所需的工作能力(强度、刚度、寿命等)、体积、重量及经济性等一系列问题，设计或选择出各个零、部件。再进行各零件的结构设计，完成整机装配图、部装图和机械零件的工作图的绘制和技术文件的撰写。10.1.2机械传动系统的主要类型及选择机械传动系统由各种传动元件或装置(如带传动、链传动、齿轮传动、螺旋传动、连杆机构、凸轮机构等),轴及轴系零、部件(如轴承、联轴器等)，离合器、制动器等部件组成。

机械传动类型选择的依据

●

执行系统的性能参数和工况要求

●原动机的机械特性和调速性能

●机械传动系统的工作条件(如温度、粉尘、腐蚀、噪声等)

●性能、尺寸、重量和布置安装等设计要求

●制造工艺性和经济性要求

机械传动系统的选择原则

●

执行系统的工况和工作要求与原动机的机械特性相匹配

●

考虑工作要求传递的功率和运转速度

●

有利于提高传递效率

●

尽可能结构简单的单级传动装置

●

考虑结构布置

●

考虑经济性

●

考虑机械安全运转条件9.1.3机械传动系统的主要参数及计算转速

速度

转矩作用力功率

传动比

传动效率10.2机械传动系统设计实例例

设计一带式运输机的机械传动系统。已知：卷筒结构，运输带拉力F=5000N，运输带速度v=1.2m/s，卷筒直径D=400mm，单向运转，双班制连续工作，载荷平稳，环境清洁，设计寿命为10年(每年工作300天)。DFv卷筒轴承运输带

解：1.机械传动方案的设计

通常情况下，原动机均采用电动机驱动，并通过传动系统使带式运输机的卷筒按预定的工作要求运转，安全、可靠工作。

初步拟定的传动方案I轴II轴电动机V带传动电动机轴齿轮传动联轴器卷筒轴

方案1

电动机→V带传动→单级圆柱齿轮减速器→卷筒。

特点结构简单，带传动易加工，可吸振缓冲，效率较高，成本低，应用比较广泛。轮廓尺寸较大，带传动寿命低，需常更换。

方案2

电动机→单级圆柱齿轮减速器→链传动→卷筒。

特点结构简单，布置合理，容易实现，效率较高，传动平稳，适用于变载荷场合。轮廓尺寸较大，链传动易磨损，寿命较低。

方案3

电动机→双级圆柱齿轮减速器→卷筒。特点结构简单、紧凑，应用比较广泛，传动效率较高。齿轮相对于轴承为非对称布置，沿齿向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。

方案4

电动机→蜗杆传动→卷筒。特点结构紧凑，传动比较大，传动平稳。效率较低，蜗轮要用青铜制造。适用于每天工作时间较短的场合。2.带式运输机的运动和动力设计(以方案I为例)

⑴选择电动机类型根据工作要求和工作条件，选用Y系列一般用途的三相异步电动机。⑵计算和选择电动机的容量

1)求工作机所需功率Pw

F—运输带的拉力；

v—带的速度；

w—工作机构的效率(含卷筒及轴承的效率)。

w

轴承

卷筒

由机械设计手册查得：

轴承

0.98(滚子轴承)，

卷筒

0.96，

轴承

卷筒

0.98

0.96

0.94

2)求电动机所需功率Pd

a—电动机至驱动卷筒轴的传动总效率。

a

带

2轴承

齿

联

带—V带传动的效率，取

带

0.95；

轴承—滚动轴承的效率，取

轴承

0.99(球轴承)；

齿—齿轮啮合效率，8级精度的一般齿轮传动(稀油润滑)，取

齿

0.97；

联—联轴器效率，取

联

0.99。

a

带

2轴承

齿

联

0.950.9920.970.99

0.894

查机械设计手册，选电动机额定功率Ped7.5kWPd

。

⑶

确定电动机的转速

根据电动机的有关知识可知，通常设计时应优先考虑选择同步转速为1500r/min和1000r/min的电动机。初步选同步转速为1000r/min。查机械设计手册选定电动机型号为：Y160M-6，其满载转速nm

970r/min。

⑷

确定传动系统的总传动比ia并分配各级传动比

1)确定传动系统的总传动比ia

由选定的电动机满载转速nm和驱动卷筒转速nw，求出总传动比ianm970r/min，，

v

1.2m/s，D

400mm

2)分配传动系统的传动比ia

i带i齿取i带

3.5，则i齿

4.84⑸传动系统的运动和动力参数计算

1)计算各轴的转速

电动机轴

n0

nm

970r/minI轴

nI

nm/i带

970/3.5

277.14r/minII轴

nII

nI/i齿

277.14/4.84

57.26r/min

卷筒轴转速nW

nII

57.26r/min

除分度机构等严格要求速比之外的设计，允许转速(或传动比)有

(3~5)%的误差。2)各轴输入功率

电动机轴P0

Ped

7.5kW(通用机械按电动机额定功率设计)

I轴

PI

Ped

带

7.50.95

7.125kWII轴

PII

PI

轴承

齿

7.1250.99

0.97

6.84kW

卷筒轴Pw

PII

轴承

联

6.840.990.99

6.7

kW3)各轴转矩

电动机轴

T0

9550Ped/nm

95507.5/97073.84Nm

I轴

TI

T0i带

带

73.843.50.95

245.52NmII轴

TII

TIi齿

轴承

齿

245.524.840.99

0.97

1141.14Nm

卷筒轴Tw

TII

轴承

联

1141.140.990.99

1118.43Nm

3．传动系统中机械零部件的设计机械零、部件的设计是机械设计的重要阶段，该阶段的具体任务是对传动装置中零部件的强度、刚度、寿命等诸方面工作能力进行设计计算；然后确定各零、部件的尺寸，并对各零、部件进行结构设计。绘出装配图及部装图和零件工作图。⑴带传动的设计计算⑵齿轮传动的设计计算⑶联轴器的选择⑷轴的设计⑸键的强度校核计算⑹轴承的寿命校核计算第11章轴及其连接

第11章轴及其连接

轴的主要功用是支承旋转零件，并传递运动和动力。11.1轴的分类和材料11.1.1轴的分类

根据承载情况不同，轴可分为心轴、转轴和传动轴三类。功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。转轴---传递扭矩又承受弯矩。按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。类型转轴---传递扭矩又承受弯矩。按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：传动轴---只传递扭矩发动机后桥传动轴功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。类型转轴---传递扭矩又承受弯矩按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：传动轴---只传递扭矩心轴---只承受弯矩前轮轮毂固定心轴火车轮轴车厢重力前叉自行车前轮轴支撑反力转动心轴功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。转轴---传递扭矩又承受弯矩按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：传动轴---只传递扭矩心轴---只承受弯矩直轴功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。转轴---传递扭矩又承受弯矩按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：传动轴---只传递扭矩心轴---只承受弯矩直轴曲轴功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。转轴---传递扭矩又承受弯矩按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：传动轴---只传递扭矩心轴---只承受弯矩直轴曲轴挠性钢丝轴设计任务：选材、结构设计、强度和刚度设计、确定尺寸等11.1.2轴的材料轴的材料应具有足够高的强度和韧性，对应力集中敏感性小和良好的工艺性。

碳素钢35、40、45、50钢等，其中45钢最常用，一般要经正火、调质或表面淬火热处理。

合金钢20Cr、40Cr、40CrNi、20CrMnTi、38SiMnMo等。采用合金钢必须进行相应的热处理。

球墨铸铁或可锻铸铁QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等。11.2轴的结构设计轴的结构设计要求

●轴和轴上零件要有确定的轴向位置及恰当的周向固定。●轴上零件要易于装拆和调整。●轴应具有良好的制造工艺性。●轴受力合理，有利于提高轴的强度和刚度。●轴的形状及尺寸有利于减小应力集中等。11.2.1轴上零件的固定1.轴向定位与固定为了保证轴上零件有确定的轴向位置，防止零件沿轴向窜动并传递轴向力，轴上零件必须轴向定位与固定。常用的定位方法有轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈、锁紧挡圈、圆锥面、弹性挡圈和紧定螺钉等。阶梯轴上截面变化处叫轴肩或轴环。轴的组成：轴主要由轴颈、轴头、轴身三部分组成。轴颈轴头轴身轴肩及套筒结构简单可靠，可传递较大的轴向力。套筒可避免因轴肩引起的轴颈增大，又可减少轴的结构，减少应力集中源。因一般套筒与轴的配合较松，故不宜用于高速轴。套筒轴肩与轴环圆螺母止动垫圈圆螺母固定可承受大的轴向力。当轴上两零件间距离较大不宜采用套筒时，可采用圆螺母固定。为避免应力集中、过多削弱轴的强度，一般采用细牙螺纹。圆螺母常用于轴端零件固定。轴端部安装零件时，还常采用轴端挡圈或圆锥形轴头。圆锥形轴头与轮毂锥面连接能使轴上零件与轴保持较高的同心度，拆装方便，常用于有振动或冲击载荷情况。圆锥形轴头轴端挡圈弹性挡圈、紧定螺钉和锁紧挡圈，适用于受轴向力不大的情况。弹性挡圈大多与轴肩联合使用，也可在零件两侧各用一个。常用于滚动轴承轴向固定，但会削弱轴强度，引起应力集中。紧定螺钉弹性挡圈rhDdbRhDdC1轴肩r轴环轴肩定位原则：轴上的圆角半径应小于零件孔的倒角C1或圆角R，轴肩高度必须大于C1或R，一般取为(2~3)C1。固定滚动轴承的轴肩高度h及圆角半径应按照轴承安装尺寸查取。轴环宽度b≈1.4h。对于非定位轴肩，h无严格要求。2.周向固定常用:键连接、花键连接、型面连接、销连接、过盈连接等。轴上零件的装配齿轮套筒左端轴承左端轴承端盖左端轴承端盖右端轴承链轮轴端挡圈制造安装要求：为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应有退刀槽。键槽大小应一致，且布置在同一直线上。④②③⑥⑦①⑤倒角Q方案b改善轴的刚度、强度TQ方案aFtFt改变零件结构：图示为起重机卷筒两种布置方案。A图中大齿轮和卷筒联成一体，转矩经大齿轮直接传递给卷筒，故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩。图b中轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷相同时，图a结构轴的直径要小。TTTTT输出输出输入Tmax=T1+T2Tmax=T1合理布置轴上零件：当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的载荷，应将输入轮布置在中间。T2T1T1+T2T1T2合理不合理T输出输出输入改善轴的刚度、强度Rdd/430˚减少应力集中：合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。措施：1.用圆角过渡；2.尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽;3.重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。过渡肩环r凹切圆角B卸载槽也可以在轮毂上增加卸载槽B改善轴的刚度、强度一般要求已知轴上主要零件的参数、结构尺寸和它们之间的相互位置（见图）。一般：a=10~15mms=5~10mml=15~20mm轴的设计思想[例11-1]轴结构改错（一）[例11-1]轴结构改错（一）[教师例11-1]轴结构改错（二）[教师例11-1]轴结构改错（二）11.3轴的强度计算对于不重要的轴，按扭转强度条件计算,得到最小直径后进行轴的结构设计。对于重要的轴，按扭转强度条件计算,得到最小直径后进行轴的结构设计。再根据弯扭合成强度校核。

11.3.1按扭转强度条件计算

由轴受扭矩时的强度条件:

得到有1个键槽时，轴径增加4%~5%；有2个键槽时，增加7%~10%。圆整为标准直径。11.3.2按弯扭合成强度条件计算

按第三强度理论校核轴的强度。

主要步骤

1)绘出轴的计算简图(受力图)。

2)绘出轴的水平面弯矩MH图。

3)绘出轴的垂直面弯