0第十一章 轴.ppt

1、第十一章 轴,本章概述,轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。 机器上所安装的旋转零件，例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须用轴来支承，才能正常工作，因此轴是机械中不可缺少的重要零件。 轴的设计主要包括选择材料、结构设计、强度计算及刚度计算等方面的内容。,11.1 轴的功用、类型及材料 11.2 轴的结构设计 11.3 轴的强度校核,第十一章 轴,11.1 轴的功用、类型及材料, 11.1 轴的功用、类型及材料,按照承受载荷的不同，轴可分为：,除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到不开敞地空间位置。,转轴同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。,心轴只承受弯矩不承受扭矩的轴

2、，主要用于支承回转零件。 如机车车辆轴和滑轮轴,传动轴只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用 于传递转矩。如汽车的传动轴,直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。,按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。,轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的 主轴。,一、轴的功用与分类（视频）,11.1 轴的功用、类型及材料,二、轴的材料,合金钢比碳钢有更高的强度和更好的淬火 性能。一般情况下用碳钢，重要的轴用合金钢。,轴的常用材料及其主要力学特性表,合金钢代替碳钢并不能提高轴的刚度。,碳钢常用的碳钢有35、45等优质中碳钢，进行正火或调质 处理。轻载或不重要的轴，也可用

3、Q235、Q255等。,合金钢常用的材料有40Cr、20Cr、20CrMnTi等，经调质、表面淬 火、渗碳淬火。通常用于重载、高速的重要轴或有特殊要求的 轴，如耐高温、低温，耐腐蚀、磨损，要求尺寸小、强度高等。,钢,球墨铸铁：用于外形复杂的轴。价廉、吸振性和耐磨性好， 对应力集中的敏感性较低，但是质较脆。,11.2 轴的结构设计, 11.2 轴的结构设计,轴的结构设计：即确定轴的合理形状和全部结构尺寸。,轴的结构设计应该保证：,一、轴的结构设计原则, 轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；,视频录像, 便于轴上零件的装拆和调整；, 轴应具有良好的制造工艺性等；, 尽量减小应力集中；, 轴受力合

4、理，有利于节约材料，减少轴的重量。,11.2 轴的结构设计,1.轴的各部名称及其功能,轴头：轴上安装轮毂的轴段。,轴颈：轴上安装轴承的轴段。,二、轴上零件的定位及固定,11.2 轴的结构设计,2.拟定轴上零件的装配方案,轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。,3.轴上零件的固定 （图例）,周向固定方法：键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。,11.2 轴的结构设计,e）为便于零件的装拆而设计的非定位轴肩高度（半径差）h 12mm。,b）与标准件配合的轴径应根据标准件的尺寸设计。,a）估算的轴径作为轴上最细处的直径。,4.各轴段直径和长度的确定,d） 滚动轴承的定位轴肩，应小于轴承内圈

5、的厚度。,直径的确定原则,c） 定位轴肩的高度（半径差） h（0.07 0.1）d12mm 。,长度的确定原则,a）轴头的长度应比轮毂的宽度小23mm，以保证固定可靠。 b）轴颈的长度一般等于轴承的宽度。,11.2 轴的结构设计,5.提高轴的强度的常用措施, 合理布置轴上零件以减小轴的载荷 改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 改进轴的结构以减小应力集中 改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度,三、轴的结构工艺性 （flash说明）,轴端应有倒角45，轴上圆角半径r 应小于零件孔的倒角； 阶梯轴应制成两端小、中间大。在保证定位下，阶梯尽可能少； 若不同轴段均有键槽时，应布置在同一母线上，便于装夹和铣削

6、； 螺纹轴段要有退刀槽，磨削段要有越程槽，并均应符合有关规范； 轴上的键槽、圆角、倒角、退刀槽、越程槽等，应尽可能分别采用 同一尺寸以便加工和检验； 一般轴头（轴和旋转零件的配合部分）长度应稍短于装在上面的与 之配合的轮毂轴向长度。,11.3 轴的强度校核, 11.3 轴的强度校核,一、按转矩估算轴径,这种方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计算。在 作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。,实心轴的直径为：,轴的扭转强度条件为,为了减少键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径,11.3 轴的强度校核,二、按弯扭组合校核强度（flash说明）,危险截面需要强度校核,建立力学模型,

7、具体计算步骤见下页,完成轴的结构设计后，作用在轴上外载荷（转矩和弯矩）的大小、方向、作用点、载荷种类及支点反力等就已确定可按弯扭合成的理论进行轴危险截面的强度校核。,进行强度计算时通常把轴当作置于铰链支座上的梁，作用于轴上零件的力作为集中力，其作用点取为零件轮毂宽度的中点。支点反力的作用点一般可近似地取在轴承宽度的中点上。,11.3 轴的强度校核,计算步骤,（1）画出轴的空间力系图。将轴上作用力分解为水平面分力和垂直面 分力，并求出水平面和垂直面的支点反力；,（2）分别作出水平面的弯矩图和垂直面上的弯矩图；,（3）计算出合成弯矩 绘出合成弯矩图；,（4）作出转矩（T）图；,（5）计算当量弯矩 ，绘出当量弯矩图；,（6）校核危险截面的强度。,11.3 轴的强度校核,轴的弯矩与扭矩分析,11.3 轴的强度校核,11.3 轴的强度校核,11.3 轴的强度校核,11.3 轴的强度校核,11.3 轴的强度校核,11.3 轴的强度校核,11.3 轴的强度校核,11.3 轴的强度校核,11.