第十五章 轴38页PPT

（三）轴的设计内容 • 确定轴的材料
• 轴的结构设计 （合理确定轴各部分的形状和尺寸）
• 轴的计算：强度计算、刚度计算、振动 稳定性计算（对于高速轴）
15-2 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>100mm 1.一般应用: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
结构设计方法：以圆锥——圆柱齿轮减 速器的输出轴为例。
（一）拟定轴上零件的装配方案
不同的装配方案可以得出不同的轴的结 构形式。应拟定几种不同的装配方案，进行 分析对比与选择。
（二）确定轴的基本直径和各段长度
1.最小直径的确定 首先按扭转强度初步估算轴的直径
dmin A03
P n
ห้องสมุดไป่ตู้
A0值查表确定
2.各段直径的确定
• 传动轴：主要承受扭矩。 汽车传动轴 桥式起重机，大车运行机构传动轴。
• 转轴：既承受弯矩又承受扭矩。 除上述两种之外的绝大多数轴。
其他分类方法：
光轴 阶梯轴
实心轴 空心轴
刚性轴 钢丝软轴轴
（二）转轴的结构：三部分 轴头：装传动零件的轴段 （带轮、链轮、齿轮、蜗轮）
轴颈：装轴承的轴段 轴身：连接轴头和轴颈的轴段
首先考虑轴上零件的装拆，按照轴颈、
轴头的要求确定。
3.各段长度的确定
根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸而定。
（三）轴上各零件的轴向定位
联轴器处：轴端挡圈（GB891—76 GB892—76） 轴肩：定位轴肩： 轴肩高度h为（2 3）C1 非定位轴肩： 一般取h为1.5 2mm
轴承处：轴承端盖（透盖、闷盖）： 也作为整个轴的轴向定位用。
通常弯矩为对称循环变应力：
当扭矩为脉动循环变应力时：≈0.59 当扭矩为对称循环变应力时：=1 6）校核轴的强度 • 确定危险剖面（计算弯矩Mca大，而直径d 小的剖面）
• 强度校核计算
ca M W ca M 2W T2
式中：W——轴的抗弯剖面模数 []——轴的许用应力
3.按疲劳强度条件进行精确校核。 适用于：轴的精确校核计算
• 确定轴的危险剖面（计算弯矩Mca大，直径d 小，且考虑应力集中，绝对尺寸，表面强化作 用的影响）。
• 安全系数校核
Sca
SS S S2 S2
法向应力时：Ska 1mS
扭转剪应力时：S ka 1mS
设计安全系数S ：
S=1.3∼1.5，用于材料均匀，载荷与应力计算
精确时；
S=1.5∼1.8，用于材料不够均匀，载荷与应力 计算精确度较低时； S=1.8∼2.5，用于材料均匀性及计算精确度很 低，或轴直径d>200mm时；
应根据轴的具体受载及应力情况，采取相 应的计算方法，并恰当地选取许用应力。
1.按扭转强度条件计算 适用于：初估转轴的最小直径，以便于进行 轴的结构设计； 作为传动轴的最终计算。
强度条件：
TW TT9.50. 521 d360P nT ( MP ) a
d39.05.2 5 1 T603P nA03P n ( m)m
当校核不满足要求时，应提高疲劳强度，措 施如下： 1）结构设计上降低应力集中的影响。加大圆 角r；放松配合；开卸载槽。
2）提高表面加工质量，进行表面强化处理。 提高光洁度；表面淬火，氮化，氰化处理； 表面喷丸，滚压加工等。
3）改用高强度材料或加大轴的剖面尺寸。
4.按静强度条件进行校核
强度、耐磨性时：40Cr 40CrNi 40MnB 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 20Cr 20CrMnTi 20Cr2Ni4A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。
分别根据水平面受力图和垂直面受力图计
算弯矩，并分别画出水平弯矩图和垂直弯矩图，
并求出总弯矩图。 4）作出扭矩图
M
MH 2 M V 2
为了强度计算方便，将扭矩T折算成当量
弯矩T，并画出T图。 为折算系数。
5）作出计算弯矩图 按第三强度理论求出计算弯矩Mca
M c a M 2 T 2
式中： ——考虑扭矩和弯矩的作用性质差异 的系数。
• 卷扬机：方案2仅受弯矩，不受扭矩。
• 动力输入与输出要布置合理。
输输 输 出出 入
输输 输 出入 出
T2 T1
T1+T2
T1
T1+T2 T2
方案1： 输入扭矩：T1+T2 轴受最大扭矩：T1+T2
方案2： 输入扭矩：T1+T2 轴受最大扭矩：T1
15-4 轴的计算
轴的计算准则：轴的强度计算；轴的刚度计算； 高速轴的振动稳定性计算。 （一）轴的强度校核计算
[]T，A0值查表15—3
空心轴：
d
A03
P
n14
(mm)
式中：为空心轴的内径d1与外径d之比，通常 取 = 0.5 0.6
2.按弯矩合成强度条件计算
1）作出轴的结构图
2）作出轴的计算简图（即力学模型）
• 求出轴上受力零件上的载荷，全部转化到
轴上。
• 求出支承反力（垂直反力Rv及水平反力RH） 3）作出弯矩图
轴肩：为便于滚动轴承的装拆， 轴肩高度<轴内圈高度。
套筒：与轴配合较松。
齿轮处：套筒 轴环：尺寸与轴肩相同。
其他方法：圆螺母+止动垫圈； 弹性挡圈（GB894—76）； 螺钉缩紧挡圈（GB884—76）； 紧定螺钉。
轴头——比轮毂长度短2mm，保证零件轴向固定。 轴颈——与轴承内径及宽度一致。 轴身——考虑结构尺寸，由草图确定之。
（四）轴上零件的周向定位。 常用方法：键、花键、过盈配合、紧定螺钉。
（五）轴的结构工艺性
1.圆角减少应力集中 要求：r<R（或C1)； 轴颈上各处的圆角尽量一致。
2.倒角或倒棱。 3.砂轮越程槽(JB3—59)，退刀槽(GB3—58)：
以便于磨削或加工螺纹。 4.键槽开在同一母线上，键宽尽量统一。 5.改善受力情况，提高轴的强度。
15-3 轴的结构设计
a ,c为1015mm s为：脂3 5 ；油10 15 l：根据零件拆装的要求确定。
轴的结构设计：确定轴的合理外形和全部 结构尺寸。
结构设计应满足：轴和装在轴上的零件要 有准确的位置；轴上零件应便于拆装，调整； 轴具有良好的制造工艺性。
已知条件：装配简图、轴的转速、传递 的功率、传动零件的主要尺寸。