第15章 轴(第15章)

轴系常用紧固件
圆螺母
轴端挡圈
弹性挡圈
轴系常用紧固件 .同时可以对零件周向固定 紧定螺钉 销 过盈配合
（2）周向固定 键、花键、成形联接、弹性环联接、过盈、销等 —— 轴毂联接
五、各轴段尺寸的确定 1、d：由载荷→dmin→由结构设计要求确定各段的d。 2、L：由轴上零件相对位置及零件宽度决定，同时考虑：
二、要求 1、轴与轴上零件要有准确的相对位置；
2、受力合理——轴结构有利于提高轴的强度和刚度； 3、轴的加工、装配有良好的工艺性、减少应力集中； 4、节省材料、减轻重量 三、轴的毛坯 d小——圆钢（棒料）：车制； d大——锻造毛坯； 结构复杂——铸造毛坯，如曲轴；
空心轴：充分利用材料，↓质量，但加工困难。
若有则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。
2、按轴线形状分 光轴
直轴 阶梯轴
又可分为实心、空心（加工困难）
曲轴：发动机专用零件
钢丝软轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。
钢丝软轴的绕制
动力源
接头 被驱动装置
接头
钢丝软轴
三、轴的材料（表15-1） 1、碳素钢：30、35、45、50(正火或调质)，45应用最广。 价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。
四、轴的结构设计 F
等强度 1、拟定轴上零件装配方案
阶梯轴
轴颈：装轴承处 尺寸= 轴承内径； 组成 轴头：装轮毂处 直径与轮毂内径相当；
轴身：联接轴颈和轴头部分；
轴颈
轴头
轴身
装配方案的比较：
2、零件在轴上的固定 （1）轴向固定
滚动轴承
齿轮
套筒
轴承端盖
半联轴器
轴端挡圈
Ⅰ Ⅰ
R r
h h
Ⅱ
Ⅲ
Ⅱ
b
2、中、低碳合金钢：强度高、寿命长，对应力集中敏感， 用于重载、小尺寸的轴。
种类
注意：钢材
对钢材弹性模量E影响很小，
热处理
3、合金铸铁、QT：铸造成形，振，可靠性低，品 质难控制，常用于凸轮轴、曲轴。
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。
合金钢代替碳钢并不能提高轴的刚度。
1、画出轴的空间受力简图：力分解到水平面、垂直面
2、作水平面弯矩MH图和垂直面弯矩MV图
3、作出合成弯矩 M
M
2 H
M
2 V
图
4、绘转矩T图
5、求当量弯矩 M M 2 (T )2 ，绘 M 图
α—— 根据转矩性质不同而引入的应力校正系数。 σ—— 一般为对称循环变化（弯矩引起的弯曲应力） （M）
r
C
Ⅲ
2-3mm
a）借助轴本身形状定位：轴肩、圆锥形轴头； b）借助挡圈、圆螺母、套筒等定位； 保证轴上零件可靠定位： 注意：L轴段长度=B轮毂宽-(2~3)mm 轴圆角半径r＜轴上零件倒角尺寸c＜轴肩高度h
或 轴圆角半径r ＜轴上零件圆角半径R＜轴肩高度h
轴肩与轴环 套筒
定位轴肩：h= (0.07~0.1)d d：轴颈尺寸； 非定位轴肩：h=(1~2)mm；
第15章 轴
1、概述 2、轴的结构设计 3、轴的强度计算 4、轴的刚度计算 5、轴的临界转速 6、提高轴的强度、刚度
和减轻重量的措施
§15.1、概述 一、主要功用
轴的功用：1）支承回转件； 2）传递运动和动力。
二、分类 1、按承载分
心轴：只承受弯曲，不传递扭矩
传动轴：只受扭矩，不受弯矩 汽车下的传动轴。
1）轴段长比轮毂宽小2~3mm——可靠定位。 2）传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离(查手册)。 3）轴颈的长度一般等于轴承的宽度
六、轴的结构工艺性设计 1、需磨削的轴段：砂轮越程槽。
2、需切制螺纹的轴段：螺纹退刀槽。 3、轴端应有倒角：c×45°——便于装配。 4、装配段不宜过长。
5、固定不同零件的各键槽应布置在同一母线上，以 减少装夹次数。
1）单向旋转、载荷稳定：切应力接近不变r=+1， [ 1b ] /[ 1b ] 0.3
T 2）单向旋转、载荷不稳定：切应力接近脉动 循环r=0， [ 1b ] /[ 0b ] 0.6
3）连续正反转、载荷不稳定：切应力接近对称 循环，r= -1， [ 1b ] /[ 1b ] 1
公式应用： a）传动轴的计算；
b）转轴的初估轴径dmin——结构设计，逐步阶梯化 c）对于转轴：算出dmin→结构设计→弯矩图→弯扭
合成强度计算；
二、按许用弯曲应力计算（弯扭合成强度计算） 已知条件：作用力大小、位置、轴d、l、支点位置 由dmin(扭转初估)→结构设计→支点、力大小、作用点 →画出M、T合成弯矩图→危险截面→计算。
四、轴设计的主要内容
轴的概述3
结构设计： 根据轴上零件的安装、固定及轴的制造工艺等
轴的设计包括：
方面的要求，合理地确定轴的结构和尺寸。
承载能力计算： 校核轴的强度、刚度和振动稳定性等。
轴的设计过程：
选材料
估算轴的直径
轴的结构设计
轴的承载能力计算
no 验算合格?
yes 结束
§15.2轴的结构设计
一、目的 确定轴的尺寸、形状：d、l；
如：
转轴：既传递转矩、又承受弯矩 如：减速器中的轴。
根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？
0 轴： 传动轴 Ⅰ轴： 转轴 Ⅱ轴： 转动心轴 Ⅲ轴： 转轴 Ⅳ轴： 转轴 Ⅴ轴： 转动心轴
如何判断轴是否传递扭矩： 从原动机向工作机画传动路线，若传动路
线沿该轴轴线走过一段距离，则该轴传递转矩。
如何判断轴是否承受弯矩： 该轴上除联轴器外是否还有其它传动零件，
轴系结构改错
四处错误
正确答案
三处错误
正确答案
错误
1.左侧键太长， 套筒无法装入
2.多个键应位 于同一母线上
§15.3 轴的强度计算
一、按许用切应力计算（按扭转强度计算）
强度条件：
T
T WT
9.55106 n WT
P
T
MPa
9.55106 P
P
d 3
3 C 3 mm
0.2[T ] n
n
式中：WT——抗扭截面系数，mm3
[τT]——许用切应力 C——与材料有关的系数
系数 C 与轴的材料和承载情况有关。
注意：
弯矩相对转矩较小或只受转矩时，C 取小值。
弯矩较大时，C 取大值。
扭转强度公式一般用来初算轴的直径，计算 出的 d 作为轴最细处的直径 dmin 。 若考虑到开键槽对轴强度的削弱，则轴的直径 应相应增大。 对于d＞100mm，开一个键槽，d 值增大3% ,开两个键槽，增大7% ；对于 d≤100mm，开一个键槽，d 值增大5~7% ,开两个 键槽，增大10~15% ；