轴受力分析

一、轴上零件的装配方案 据轴上零件定位、加工要求以及不同的零件装配方案， 据轴上零件定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考 轴的结构设计的基本要求， 轴的结构设计的基本要求，得出如图所示的两种不同轴结 构。
二、轴上零件的固定 1、轴上零件的定位 、 ----阶梯轴上截面变化之处 轴肩及轴环----阶梯轴上截面变化之处。 轴肩及轴环----阶梯轴上截面变化之处。 零件的轴向定位由轴肩（轴环）或套筒来实现。 零件的轴向定位由轴肩（轴环）或套筒来实现。 轴向定位由轴肩
第二节 轴的结构分析
轴的结构分析： 包括定出轴的合理的 轴的结构分析 ： 包括定出轴的 合理的 外形和全部结构尺寸 1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆； 轴应便于制造，轴上零件要易于装拆； 轴应便于制造 (制造安装 制造安装) 制造安装 2.轴和轴上零件要有准确的工作位置； 轴和轴上零件要有准确的工作位置； 轴和轴上零件要有准确的工作位置 (定位 定位) 定位 3.各零件要牢固而可靠地相对固定； 各零件要牢固而可靠地相对固定； 各零件要牢固而可靠地相对固定 固定) (固定 固定 4.改善应力状况，减小应力集中。 改善应力状况， 改善应力状况 减小应力集中。
轴的设计过程： 轴的设计过程： 轴的结构设计： 轴的结构设计： 根据轴上零件的安装、 根据轴上零件的安装、 定位以及轴的制造工艺等 方面的要求， 方面的要求，合理地确定 轴的结构形式和尺寸。 轴的结构形式和尺寸。
选择材料 结构设计 轴的承载能力验算 验算合格? 验算合格 Y 结束 N
工作能力计算： 工作能力计算： 轴的承载能力验算指的是轴的强度、 轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动 稳定性等方面的验算。 稳定性等方面的验算。
对应力集中的敏感性低，加工工艺性好，故应用最广， 对应力集中的敏感性低，加工工艺性好，故应用最广， 对于不 重要或受力较小的轴也可用Q235A等普通碳素钢。 等普通碳素钢。 重要或受力较小的轴也可用 等普通碳素钢
合金钢：具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应 合金钢：具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应 力集中比较敏感，且价格较贵， 力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性有 特殊要求的轴。 特殊要求的轴。 轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。 轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。
转轴---传递扭矩又承受弯矩 转轴---传递扭矩又承受弯矩 --传动轴---只传递扭矩 传动轴---只传递扭矩 --心轴---只承受弯矩 心轴---只承受弯矩 ---
按轴的形状分有： 按轴的形状分有： 车厢重力
自行车 前轮轴
前叉
转动心轴 支撑反力 火车轮轴
前轮轮毂 固定心轴
分类： 分类： 按承受载荷分有： 按承受载荷分有： 类 型 按轴的形状分有： 按轴的形状分有：
为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动， 为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动， 轴和轴上零件必须可靠地沿周向固定（连接）。 ）。常用的周 轴和轴上零件必须可靠地沿周向固定（连接）。常用的周 向固定方法有： 花键、过盈配合和成形联接等， 向固定方法有：销、键、花键、过盈配合和成形联接等， 其中以键和花键联接应用最广。 其中以键和花键联接应用最广。
1.轴上装配标准件（滚动轴承、联轴器、密封圈等)的轴段 轴上装配标准件（滚动轴承、联轴器、密封圈等 的轴段 轴上装配标准件 ），其直径必须符合标准件的直径系列值 （ ① ② ③ ⑦ ），其直径必须符合标准件的直径系列值 2 与一般零件（齿轮和带轮）相配合的轴段直径和零件毂孔直径 与一般零件（齿轮和带轮） 相同，采用标准尺寸。不予零件配合的轴段（ ， ）， ），其值不 相同，采用标准尺寸。不予零件配合的轴段（5，6），其值不 用去标准值。 用去标准值。 3 起定位作用的轴肩高度 应按11－ 原则确定 原则确定， 应按 －3原则确定，如 12，45，67；非定位轴 ， ， ； ），高 肩（23，34，56），高 ， ， ）， 度一般1－ 度一般 －3mm。 。
(4) 为便于加工，应使轴上直径相近处的圆角、倒角、键 为便于加工，应使轴上直径相近处的圆角、倒角、 退刀槽和越程槽等尺寸一致。 槽、 退刀槽和越程槽等尺寸一致。
(5) 若各轴段具有较高同轴度，在轴两端开设中心孔 若各轴段具有较高同轴度，
五、提高轴的强度和刚度的常用措施
1）改进轴上零件结构，减小轴的载荷 改进轴上零件结构，
2 .各轴段长度的确定 各轴段长度的确定 1.尽可能结构紧凑，保证零件所需要的装配和调整空间如 尽可能结构紧凑， 尽可能结构紧凑 L应根据轴承端盖和联轴器装拆要求定出 应根据轴承端盖和联轴器装拆要求定出 2 各 轴 段长度主 要由 各轴 段长 度主 各 零件 各零 件 和轴 装配 部分 的轴 向 尺寸 和 各 零件 的 轴向 相对位置尺寸确定 3 为保证各传动件轴向 固定， 固定 ，轴与传动件轮毂 相配部分的长度一般比 轮毂长度短1－ 轮毂长度短 －3mm。 。
四、轴的结构工艺性 1）为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增 ）为便于轴上零件的装拆， 大的阶梯状。 大的阶梯状。零件的安装次序 2）装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺 倒角， 砂轮越程槽， ）装零件的轴端应有倒角 需要磨削的轴端有砂轮越程槽 纹的轴端应有退刀槽 退刀槽。 纹的轴端应有退刀槽。
二、轴的材料及选择
工作时多为转轴，产生的应力多为变应力。 轴 工作时多为转轴，产生的应力多为变应力。 失效：疲劳损坏，轴颈过渡磨损、 失效：疲劳损坏，轴颈过渡磨损、失圆或轴变形过大 碳钢： 35、45、50 ，尤其是45号钢。 碳钢： 、 、 尤其是 号钢。 号钢 正火或调质处理。 正火或调质处理。
转轴---传递扭矩又承受弯矩 转轴---传递扭矩又承受弯矩 --传动轴---只传递扭矩 传动轴---只传递扭矩 --心轴---只承受弯矩 心轴---只承受弯矩 --直轴 曲轴 光轴 阶梯轴
分类： 分类： 按承受载荷分有： 按承受载荷分有： 类 型 按轴的形状分有： 按轴的形状分有：
转轴---传递扭矩又承受弯矩 转轴---传递扭矩又承受弯矩 --传动轴---只传递扭矩 传动轴---只传递扭矩 --心轴---只承受弯矩 心轴---只承受弯矩 --直轴 曲轴 挠性钢丝轴 光轴 阶梯轴
特点：结构简单， 特点：结构简单，定位可靠 ，可承受较大的轴向力 应用：齿轮、带轮、联轴器、 应用：齿轮、带轮、联轴器、 轴承等的轴向定位
圆螺母
特点：定位可靠，装拆方便， 特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降 应用： 应用：常用于轴的中部和端部
பைடு நூலகம்
弹性挡圈
特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力。 特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力。 应用： 应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位
轴端压板 特点：可承受剧烈振动和冲击。 特点：可承受剧烈振动和冲击。 应用：用于轴端零件的固定， 应用：用于轴端零件的固定，
紧定螺钉 特点：可承受很小的轴向力。 特点：可承受很小的轴向力。 应用：适用于轴向力很小，转速 应用：适用于轴向力很小， 低的场合
2.轴上零件的周向固定 2.轴上零件的周向固定
轴主要由轴颈、 轴头、 轴身三部分组成(如图 如图10-5)。 轴的结构 轴主要由轴颈、 轴头、 轴身三部分组成 如图 。 轴上被支承的部分为轴颈，如图中③ 轴上被支承的部分为轴颈，如图中③， ⑦段； 安装轮毂的部 分称做轴头，如图中① 分称做轴头，如图中①，④段； 联接轴颈和轴头的部分称做 轴身，如图中② 轴身，如图中②，⑥段。
第11章 轴和轴毂联接 章
轴的功用、类型和材料 第一节 轴的功用、类型和材料 第二节 轴的结构分析 轴的工作能力分析 第三节 轴的工作能力分析 第四节 轴毂联接 第五节 轴的使用与维护
轴的功能、 第一节 轴的功能、类型和材料
一、轴的功能和分类 轴是组成机器的重要零件之一， 轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转 运动的传动零件(如齿轮 蜗轮等)，并传递运动和动力。 如齿轮、 运动的传动零件 如齿轮、蜗轮等 ，并传递运动和动力。 分类： 分类： 按承受载荷分有： 按承受载荷分有： 类 型 按轴的形状分有： 按轴的形状分有： 转轴---传递扭矩又承受弯矩。 转轴---传递扭矩又承受弯矩。 ---传递扭矩又承受弯矩
键连接
花键连接
销钉连接
三、各轴段直径和长度的确定 1、各轴段直径确定 、 各轴段所需的直径与轴上的载荷 直径与轴上的载荷大小有关。初步求出 直径与轴上的载荷 的直径作为承受扭矩的轴段的最小直径dmin，然后再 按轴上零件的装配方案和定位要求，从dmin处起逐一 确定各段轴的直径。
d≥
3
9.55 × 10 6 3 P P 3 ⋅ = A 0.2[τ T ] n n
倒角
①
②
③
④
⑤⑥ ⑦
图10-6 越程槽和退刀槽
（2） 轴上所有键槽应沿轴的同一母线布置。 减少加工装夹 ） 轴上所有键槽应沿轴的同一母线布置。 次数。 次数。
（3） 为了便于轴上零件的装配和去除毛 ） 轴及轴肩端部一般均应制出45° 刺， 轴及轴肩端部一般均应制出 ° 的倒角。 的倒角。过盈配合轴段的装入端常加 工出半锥角为30°的导向锥面(如图 如图10工出半锥角为 °的导向锥面 如图 7)。 。
2.合理布置轴上零件，减小轴上的载荷 2.合理布置轴上零件， 合理布置轴上零件 输出 输入 输出 输出 输出 输入
T1 合理
Tmax = T1
T2
T1+T2
T2 T1 不合理
T1+T2
Tmax= T1+T2
3.减小应力集中 3.减小应力集中 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 应力集中出现在截面突然发生变化的。 应力集中出现在截面突然发生变化的。 措施： 措施： 用圆角过渡； 1. 用圆角过渡； 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽; 2. 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽; 3. 重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、 重要结构可增加卸载槽B 过渡肩环、凹切圆角、 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力 30˚ d/4 d 过渡肩环 凹切圆角 B位置 d/4 r