轴的结构设计课件

1、轴的结构设计
2、弯扭合成法计算轴的强度
3、平键、花键联接强度计算
轴的结构设计
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一、概述
传动零件必须被支承起来以后才能进行工作，支承传 动件的零件称为轴；轴与轴毂之间的连接称为轴毂连接。
（一）轴的功用
轴是组成机器的重要零件之一，轴的主要功用是支承 旋转零件、传递转矩和运动。
（二）轴的分类
转轴 （1）按承受载荷不同分 心轴
2.尽量避免各轴段剖面突然改变以降低局部应力集中，提 高轴的疲劳强度。
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结构设计方面，轴截面尺寸突变处会造成应力集中， 所以对阶梯轴相邻轴段直径不宜相差太大，在轴径变 化处的过渡圆角半径不宜过小。尽量避免在轴上开横 孔、凹槽和加工螺纹。在重要结构中可采用凹切圆角、 过渡肩环，以增加轴肩处过渡圆角半径和减小应力集 中。为减小轮毂的轴压配合引起的应力集中，可开减 载槽。
3.为了便于轴上零件的装配和去除毛刺，轴及轴肩端部一 般均应制出45º的倒角。 4.为便于加工，应使轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽、 退刀槽和越程槽等尺寸一致。
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三、轴的强度计算
（一）扭转强度计算(传动轴）
对于圆截面的实心轴，其抗扭强度条件为：
T
1.轴上零件的轴向定位与固定 常用的轴向固定方法有：轴肩（轴环）、圆螺母（止
动片）、套筒、弹性挡圈、紧定螺钉、轴端挡圈定位等。
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轴肩（轴环）
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、 轴承等的轴向定位
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圆螺母
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
e —当量应力（N/㎜2）；
Me —当量弯矩（N·㎜）， Me M2(aT )2
M—危险截面上的合成弯矩， M MH 2 MV2(Nmm )
轴颈
轴头
轴身
圆柱齿轮减速器中的从动轴
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轴头 ：轴上与旋转零件配合的轴段
阶梯轴 轴颈 ：轴上与轴承配合的轴段
轴身 ：轴上连接轴头与轴颈的非配合部分 轴的结构设计应满足以下条件：
1) 轴和装在轴上的零件要有准确而可靠的工作位置（定 位和固定要求）；
2) 轴要便于加工，有良好的加工和装配工艺性，轴上的 零件应便于装拆和调整（工艺性要求）；
1）画轴的空间力系图，分解为水平面分力和垂直面分力；
2）计算水平面和垂直面上的弯矩并作出弯矩图；
3）计算合成弯矩M，并作出合成弯矩图；
4）计算转矩T ，并作出转矩图；
5）计算当量弯矩Me，绘出当量弯矩图。
6）根据当量弯矩图找出危险截面，进行轴的强度校核。
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转轴的弯扭组合强度条件：
eM W e M 0 2. 1d(a 3 )T2 [1]b
制造工艺方面，提高轴的表面质量，降低表面粗糙度， 对轴表面采用碾压、喷丸和表面热处理等强化方法，均可 显著提高轴的疲劳强度。
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（二）零件在轴上的固定
轴上零件的定位是为了保证传动件在轴上有准确的安 装位置；固定则是为了保证轴上零件在运转中保持原位 不变。作为轴的具体结构，既起定位作用又起固定作用。
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传动轴：主要用于传递转矩而不承受弯矩，或所承受 的弯矩很小的轴。
例：汽车中联接变速箱与后桥之间的传动轴。
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（2）按轴线形状的不同分 例：减速器中的轴（直轴）
直轴 曲轴
光轴 阶梯轴
挠性钢丝轴
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例：曲轴 例：挠性钢丝轴
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二、轴的结构设计
轴的结构设计就是确定轴的外形和全部结构尺寸。
3) 轴上零件布置合理, 受力合理, 利于提高强度和刚度 （强度和刚度要求）；
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（一）轴的强度、刚度
轴的强度与工作应力的大小和性质有关，在进行轴的 结构设计时应注意以下几点：
1.使轴的形状接近于等强度条件，以充分利用材料的承 载能力。对于只受转矩的传动轴，常制成光轴的形状； 对于受交变弯曲载荷的轴一般制成阶梯轴。
Wp
9.55106 0.2d3
P
n []
由上式可得轴的直径计算公式：
d3 9.55106PC3 P
0.2[]n
n
求出的直径值，需圆整成标准直径，并作为轴的最
小直径。如轴上有一个键槽，可将值增大3%—5%，如
有两个键槽可增大7%—10%。
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（二）弯扭合成强度计者组合强度进行 计算。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上。 具体的计算步骤如下：
应用：常用于轴的中部和端部
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弹性挡圈
特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力。
应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位
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轴端压板 特点：可承受剧烈振动和冲击。 应用：用于轴端零件的固定，
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紧定螺钉
特点：可承受很小的轴向力。 应用：适用于轴向力很小，转速 低的场合
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2.轴上零件的周向固定
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 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。
键连接
花键连接 销钉连接
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（三）轴的加工和装配工艺性
轴的结构形状和尺寸应尽量满足加工、装配和维修 的要求。为此，常采用以下措施： 1.当某一轴段需车制螺纹或磨削加工时，应留有退刀槽或 砂轮越程槽。 2.轴上所有键槽应沿轴的同一母线布置。
传动轴
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转轴：工作时既承受弯矩又承受转矩的轴。机器中最常见 的轴，通常简称为轴。（动画展示）
例：减速器中的轴
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心轴： 用来支承转动零件，只承受弯矩而不传递转矩。 又可分为固定心轴和转动心轴。 例： 自行车的前轮轴（固定心轴），图b。
列车车轴（转动心轴），图a。
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项目十一 轴和轴毂连接
➢概述 ➢轴的结构设计 ➢轴的强度计算 ➢轴的材料及选择 ➢轴的设计 ➢轴毂联接
轴的结构设计
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（一）教学要求
1、了解轴的分类
2、掌握轴结构设计
3、掌握轴的强度计算方法
4、了解轴的疲劳强度计算和振动
5、掌握平键、花键联接设计计算方法
6、了解其它联接的类型与特点
（二）教学的重点与难点