河科大机械零件课件第15章 轴

轴的概述轴的结构设计轴的计算第十五章轴第十五章轴轴——支承转动零件，传递运动和动力。（一）轴的用途和分类

1.按轴的承载情况分※：

心轴——只承受弯矩传动轴——只承受转矩转轴——既承受弯矩又承受转矩§1概述固定心轴转动心轴第十五章轴轴——支承转动零件，传递运动和动力。（一）轴的用途和分类

1.按轴的承载情况分※：2.按轴线形状分

心轴——只承受弯矩传动轴——只承受转矩转轴——既承受弯矩又承受转矩直轴曲轴挠性轴光轴阶梯轴轴§1概述传动轴转轴曲轴挠性轴

基本要求：足够的强度、刚度；韧性↑，对应力集中敏感性↓，热处理、加工性能↑

常用材料：碳钢、合金钢、铸铁1.碳钢

→综合机械性能↑、对应力集中↓→应用广泛；一般场合：Q235、Q255；

较重要的场合：45钢→正火或调质，或轴颈处淬火；2.合金钢→综合机械性能↑↑、对应力集中敏感↑、价格↑

；

→

重载、重要的场合；常用→40Cr、40MnB、35SiMn调质；

→20Cr、20CrMnTi表面渗碳；3.铸铁→吸振性↑、价格↓、应力集中↓、易浇注→

曲轴等。（三）轴的材料选择（二）轴设计的主要问题§2轴的结构设计★对轴结构设计的要求:

※（1）轴的结构应有利于满足轴的强度和刚度要求。（2）轴上零件定位准确，轴向和周向固定可靠。（3）轴上的零件应便于装拆和调整。（4）轴应具有良好的制造工艺性和经济性。③、⑦——轴颈①、④——轴头◆名称及功能⑤——轴环齿轮联轴器轴承套筒闷盖透盖密封圈一、轴的各部分零件名称及其功能

二、零件在轴上的固定如齿轮：周向：普通平键轴向：左－套筒右－轴肩如轴承：周向：过盈配合轴向：（待讨论）套筒1、轴上零件的定位常用的有轴肩、轴环、套筒定位等。2、轴上零件的固定◆安装过程紧定螺钉圆螺母和止动垫圈套筒轴端挡圈弹性挡圈3、轴上零件的其他固定方法h≈（0.07d+3）～（0.1d+5）且：h－C1

≥2.5mm4、轴上零件固定时应注意的问题①轴肩、轴环、轴上圆角及轮毂孔倒角或圆角的确定r轴＜R轮毂r轴＜C1轮毂②砂轮越程槽和螺纹退刀槽③轮毂须保证可靠的轴向固定正确错误BLBL要求：L轴＜B轮毂正确错误定位端面◆制造和安装要求1、安装对轴的结构的影响2、加工简便、工艺合理

①同一根轴上有多个键槽且直径大小相近时，应尽量使用相同截面尺寸的键、并设置在轴的同一条母线上；②退刀槽、砂轮越程槽的尺寸;倒角、圆角的尺寸也应尽量相同，以便用同一把刀具、一次装夹即可加工完成。3、装配导角与轴上零件的配合为过盈配合时，该轴段的装入端应加工出10°或30°的装配导角。三、提高轴的疲劳强度、刚度的措施1、改善轴的受载情况①转动心轴改为固定心轴②改变输入轴所在位置以改善受力三、提高轴的疲劳强度、刚度的措施2、减小应力集中①尽量避免相邻两轴段直径差过大；②尽可能采用较大的过渡圆角；③尽量避免在轴上开凹槽和加工横孔。④采用卸载结构卸载槽过渡肩环凹切圆角轮毂上卸载槽课堂练习：试分析题图中的结构错误，分别说明理由，并画出正确的结构图。课堂练习：C1r课堂练习：指出图中轴的的结构设计有哪些不合理，并画出改正后的轴结构图。课堂练习：§3轴的计算一、轴的力学计算简图⑴齿轮、带轮等传给轴上的分布载荷→作用于轮毂宽度中点的集中载荷；⑵联轴器等输入、输出的转矩→从轮毂宽度的中点算起；⑶若轴毂为过盈配合，需准确计算轴的应力或变形时，→两个集中载荷（图12-12b）1、载荷的简化§3轴的计算一、轴的力学计算简图2、支承的简化⑴单个滚动轴承→支反力作用在轴承宽度的中点上（近似计算）；⑵向心推力轴承→找载荷作用中心（轴承压力中心）（精确计算）；⑶滑动轴承→图12-13d)。§3轴的计算适用于：当轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大小、方向及作用点已知时。适用于：①当轴只传递转矩，不承受弯矩或弯矩很小时。

②当弯矩值未知时，用来初估轴的最小直径。适用于：比较重要的、需精确校核的轴。轴的强度计算方法及其应用场合※1、转矩法：2、当量弯矩法：3、安全系数校核法：（一）轴的强度计算1、转矩法强度条件式：设计公式：◆估算轴径时，d应是轴上转矩作用轴段中的最小轴径。当轴上有键槽时，应增大5%(一个键槽）或10%(两个键槽），并圆整为标准值或整数值。2、当量弯矩法强度条件式：设计公式:※系数

的取值及说明：

是考虑扭转切应力与弯曲应力循环特性差异的系数。通常轴的弯曲应力为对称循环变应力；而扭转切应力则应根据不同情况分析判定。①对于不变的扭矩（如长期、匀速、单向运转的轴），

＝[

-1b]/[

+1b]≈0.3；②对于脉动循环变化的扭矩（如单向运转，但有停车的轴），

＝[

-1b]/[

0b]≈0.6；③对于对称循环变化的扭矩（如有频繁正、反转要求的轴），

＝[

-1b]/[

-1b]≈1。举例：FrRA2RB2RB1RA1FtFxFQ举例：FrRA2RB2RB1RA1FtFxFQ1.作受力图（图b）2.作平行纸面的弯矩图M13.作垂直纸面的弯矩图M24.作合成弯矩图5.作出转矩图T6.计算当量弯矩7.校核危险截面设计步骤：(1)轴的疲劳强度校核◆危险截面的判定:

采用疲劳安全系数法进行轴的疲劳强度计算时，不可能、也没有必要对每一个截面都进行计算。因此，必须对轴上的危险截面进行判断，以保证满足轴的强度要求。

一般判定依据主要是：⑴轴上载荷（当量弯矩）最大的截面；⑵应力集中最严重的截面；⑶轴径与初估轴径最接近的截面。3、安全系数校核法（2）轴的静强度校核

轴在工作过程中若有瞬时尖峰载荷，即使其作用时间很短和出现次数很少，虽不致引起疲劳破坏，但却可使轴产生塑性变形（延性材料）或脆性断裂（脆性材料）。因此，设计时还应对尖峰载荷进行静强度计算。轴的静强度计算公式为：（二）轴的刚度计算1、对于一般的转轴来说，如果强度足够，往往也有了足够的刚度，即不需再计算刚度。2、但对刚度有要求的轴（如机床主轴），若刚度不足，会在工作中产生过大的变形而影响工作性能。此时需进行刚度计算。3、刚度计算：

（按材力方法）弯曲刚度：挠度