第23讲机械设计轴

第十五章轴§15-1概述1轴的用途及分类2轴的设计3轴的材料1轴的用途及分类轴的功用支撑回转零件，传递运动和动力。轴的分类按承受载荷不同分类

①转轴：既承受弯矩又承受扭矩的轴，如齿轮轴

②心轴：只承受弯矩而不承受扭矩的轴，如自行车前轴、滑轮轴、火车车轮轴。分为转动心轴和固定心轴。固定心轴固定件转动心轴前轮轮毂前叉自行车前轮轴火车轮轴车厢重力支撑反力转动心轴

③传动轴：工作时只承受扭矩，不承受弯矩或所承受弯矩很小的轴。如汽车传动轴，万向联轴器中间轴。双万向联轴器中间轴发动机后桥传动轴按轴线形状分类

①曲轴：通过连杆可将旋转运动转化为直线运动或将直线运动转化为旋转运动。如汽车发动机曲轴。潘存云教授研制

②直轴：直轴又分为光轴、阶梯轴；实心轴、空心轴光轴：轴上零件不易装配定位，主要用于心轴和传动轴阶梯轴：轴上零件易于装配定位，转轴多为阶梯轴

钢丝软轴：又称钢丝挠性轴，具有良好的挠性，可灵活地将回转运动传递到不开敞的位置。钢丝软轴的绕制钢丝软轴的应用钢丝软轴

管道疏通器2轴的设计轴的结构设计主要解决轴上零件的安装、拆卸、定位以及轴的加工制造工艺等问题，结合工作能力计算确定轴的合理结构形状及各部分尺寸。轴的工作能力设计保证轴具有足够的承载能力，根据工作要求对轴进行强度计算、刚度计算、振动稳定性计算等。轴设计应解决的两方面问题轴的失效形式和设计准则轴的失效形式：设计准则：断裂、塑性变形过大的弹性变形共振轴的强度计算轴的刚度计算轴的振动稳定性计算根据总体结构的要求进行轴的结构设计轴的承载能力验算验算合格?结束yesno轴的设计过程是：3轴的材料轴的材料：主要是碳钢和合金钢轴的毛坯：轧制圆钢：d<100mm，锻件d>100mm①.一般应用:45钢(35、50代用)，调质正火②.传递大动力，要求减少尺寸及重量，提高强度、耐磨性时：40Cr40CrNi40MnB

等，调质或轴颈表面淬火。③.高速、冲击载荷时，应提高轴的抗疲劳强度

20Cr20CrMnTi20Cr2Ni4A等，表面处理（渗碳淬火、氧化、氮化），表面强化处理（喷丸、滚压）。④.形状复杂的轴（曲轴、齿轮轴、空心轴）：球墨铸铁、合金铸铁。

轴的材料§15-2轴的结构设计1拟订轴上零件的装配方案2轴上零件的定位3各轴段直径和长度的确定4轴的结构工艺性5提高轴的强度的常用措施轴的结构设计的主要要求：轴的结构没有标准的形式，应视具体情况设计，但都应满足如下要求：（1）轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置。（2）轴上的零件应便于装拆和调整。（3）轴应具有良好的制造工艺性。定位固定要求安装要求制造加工要求轴的组成1拟订轴上零件的装配方案典型轴系结构轴端挡圈带轮轴承盖套筒齿轮滚动轴承装配方案包括：轴上主要零件的装配方向、装配顺序和相互关系。潘存云教授研制轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。图示减速器输出轴就有两种装配方案。潘存云教授研制saBcLa圆锥圆柱齿轮二级减速器方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，且质量较大，故不如方案一合理。2轴上零件的定位轴上零件常用的轴向定位方法有：轴肩、套筒轴端挡圈、圆螺母、轴承端盖等。⑴轴上零件的轴向定位阶梯轴上截面变化处，叫轴肩。①轴肩轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩两类。

定位轴肩

轴承定位轴肩齿轮定位轴肩①②⑤ⅣⅢⅡⅠⅤⅥ半联轴器定位轴肩①②⑤定位轴肩特点：a.方便可靠b.能承受较大的轴向力c.使轴径增大，阶梯处形成应力集中d.轴肩过多时，将不利于加工。设计时注意：a.滚动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈高度，以便拆卸轴承。b.为保证零件与定位面靠紧，轴肩处的过渡圆角半径r必须小于零件圆角半径R或倒角C。结构不合理！结构不合理！

非定位轴肩为加工装配方便设定，高度及过渡部位无特殊要求，但不应引起应力集中，高度取1～2mm。③④ⅣⅢⅡⅠⅤⅥ⑥非定位轴肩②套筒定位

套筒特点：a.简单可靠c.简化了轴的结构且不削弱轴的强度。b.可实现两端定位。设计时注意：a.如两零件的间距较大时，不宜采用套筒定位。b.如轴的转速很高时，也不宜采用套筒定位。

③圆螺母：可承受较大的轴向力，但因切制螺纹而易引起应力集中，降低轴的疲劳强度双圆螺母主要用于轴端或轴上两零件间距较大时。

④轴端挡圈

只适用于定位轴端零件。

⑤弹性挡圈、紧钉螺钉、锁紧挡圈作轴向定位特点：承受轴向力能力较差，适用于轴向力不大的场合。弹性挡圈紧钉螺定锁紧挡圈6圆锥面定位特点：⑥多用于承受冲击载荷和同心度要求较高的轴端零件。

⑦轴承盖特点：可承受较大的轴向力，通常通过螺钉或榫槽与箱体联接，通过轴承可对整个轴起轴向定位作用

⑵零件的周向定位作用：防止和限制轴上零件与轴发生相对转动。常用定位零件：键、花键、销、紧钉螺定、有时可用过盈配合、型面联接等。3各轴段直径和长度的确定⑴各轴段直径的确定首先按扭转强度初步估算轴的直径A0值查表确定然后考虑轴上零件的装配方案和定位要求，确定各轴段的直径按纯扭T确定dmin

从dmin(处于轴端)开始轴中间(d)在确定各轴段直径时应注意的问题；（1）安装标准件的部位的轴径，应取为相应的标准值。（2）为了使齿轮、轴承等零件装拆方便，可设置非定位轴肩。⑵各轴段长度的确定轴的各段长度主要是根据轴上零件的宽度及它们的相对位置来确定。在确定轴长时注意：

①

为了保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短2~3mm。结构不合理！②保证零件所需的装配空间、调整空间。应考虑轴上零件之间的距离及轴上零件与机架之间的距离4轴的结构工艺性主要考虑以下因素：（1）为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒角。（2）需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽。（3）需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。（4）为了减少装夹工件的时间，同一轴上不同轴段的键槽应布置在轴的同一母线上。（5）为了减少加工刀具种类和提高劳动生产率，轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺寸。阀座较差较好④②③⑥⑦①⑤①倒角5提高轴的强度的常用措施尽量减小悬臂长度或不采用悬臂布置；轴上零件尽量靠近支承，减小支承之间跨距，减小弯矩；轴上几个传动件时，应合理布置其顺序，尽量将输入放中间，减小转矩。（1）合理布置