第14章轴 §14.1轴的类型及材料 s14.2轴的结构设计 §14.3轴的强度计算 s14.4轴的设计举例
§14.1 轴的类型及材料 §14.2 轴的结构设计 §14.3 轴的强度计算 §14.4 轴的设计举例 第14章 轴
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。 他
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
14.1轴的类型和材料 一、轴的类型 ■按照承受载荷的不同，轴可分为： >心轴一只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零 件。如机车车辆轴和滑轮轴 >传动轴一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 >转轴同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。 ■按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。 >直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。 >轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，航空发动机的主轴 ■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
14.1 轴的类型和材料 ◼ 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，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，航空发动机的主轴 一、轴的类型
14.1轴的类型和材料 二、轴的材料 正火 钢 「碳钢 毛坯多用圆钢或锻件。 常用热处理 调质 人合金钢 淬火等 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。 ■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。 视频录像 轴的常用材料及其主要力学特性表 000
◼ 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。 二、轴的材料 毛坯多用圆钢或锻件。 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 合金钢 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。 正火 调质 淬火等 常用热处理 视频录像 14.1 轴的类型和材料
14.2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： ◆轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置； ◆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。 一、轴的各部名称及其功能 1)轴头：轴上安装轮毂的轴段。 图例 2)轴颈：轴上安装轴承的轴段。 3)轴肩：「 定位轴肩：用于确定轴上零件位置的轴肩。 非定位轴肩：为便于安装零件而设计的轴肩。 二、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
◆ 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： ◆ 轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置； ◆ 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。 一、轴的各部名称及其功能 轴上安装轮毂的轴段。 轴上安装轴承的轴段。 1）轴头： 2）轴颈： 3）轴肩： 图例 定位轴肩： 非定位轴肩： 用于确定轴上零件位置的轴肩。 为便于安装零件而设计的轴肩。 二、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。 14.2 轴的结构设计
14.2轴的结构设计 轴上零件的固定 轴肩 套筒 轴向固定方法： 铀端挡圈 详细介绍 （见图14.7~图 圆螺母 14.13) 弹性挡圈等 周向固定方法：键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。 四、 各轴段直径和长度的确定 1.直径的确定原则 1)估算的轴径作为轴上最细处的直径。 2)与标准件配合的轴径应根据标准件的尺寸设计。 3)定位轴肩的高度（半径差）h≈（0.07~0.1)d+1~2mm 4)滚动轴承的定位轴肩，应小于轴承内圈的厚度。 5)为便于零件的装拆而设计的非定位轴肩高度（半径差)h≈1~2mm
5）为便于零件的装拆而设计的非定位轴肩高度（半径差）h ≈ 1～2mm。 2）与标准件配合的轴径应根据标准件的尺寸设计。 1）估算的轴径作为轴上最细处的直径。 三、轴上零件的固定 轴向固定方法： 详细介绍 轴肩 套筒 轴端挡圈 圆螺母 弹性挡圈等 周向固定方法： 键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。 四、各轴段直径和长度的确定 4） 滚动轴承的定位轴肩，应小于轴承内圈的厚度。 1. 直径的确定原则 3） 定位轴肩的高度（半径差） h≈（0.07 ～ 0.1）d＋1～2mm 。 （见图14.7 ～图 14.13） 14.2 轴的结构设计
14.2轴的结构设计 视频录像 2.长度的确定原则 1）轴头的长度应比轮毂的宽度小2~3mm,以保证固定可靠。 2)轴颈的长度一般等于轴承的宽度。 五、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 详细说明回 ◆改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 同 ·改进轴的结构以减小应力集虫 ÷f们 ◆改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 ,同 六、轴的结构工艺性 ■在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单越好. ■轴上应设计加工和装配所需要的倒角、螺纹退刀槽和砂轮越程槽等。 ■不同轴段的键槽应设计在同一母线上。 详细说明fM 轴的安装练习
五、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 详细说明 六、轴的结构工艺性 在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单越好。 轴上应设计加工和装配所需要的倒角、螺纹退刀槽和砂轮越程槽等。 不同轴段的键槽应设计在同一母线上。 详细说明 1） 轴头的长度应比轮毂的宽度小2～3mm ，以保证固定可靠。 2） 轴颈的长度一般等于轴承的宽度。 2. 长度的确定原则 轴的安装练习 14.2 轴的结构设计 视频录像
14.3轴的强度计算 14.3.1轴的扭转强度计算 这种方法用于只受扭矩或注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。 轴的扭转强度条件为 T9.55×106P T= ≤[] W 0.2dn T 9.55×10P P 实心轴的直径为： d≥ =C3 0.2[x] 0.2[x]n 为了减少键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径 有一个键槽 有两个键槽 轴径d> 轴径增大3% 轴径增大7% 100mm 轴径 轴径增大5%~7% 轴径增大10%~15% d≤100mm
14.3 轴的强度计算 14.3.1 轴的扭转强度计算 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： 3 3 0.2[ ] 9.55 10 0.2[ ] 6 3 n P C n T P d T = = [ ] 0.2 9.55 10 3 6 = d n P W T T 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 有一个键槽 有两个键槽 轴径d＞ 100mm 轴径增大3% 轴径增大7% 轴径 d≤100mm 轴径增大5%～7% 轴径增大10%～15%
14.3轴的强度计算 14.3.2轴的弯扭合成强度计算 ■危险截面需要强度校核 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。 ■建立力学模型 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穀宽度的中点。支点 反力的作用点一般可近似地取在轴承宽度的中点上。 ■具体计算步骤…
14.3.2 轴的弯扭合成强度计算 危险截面需要强度校核 建立力学模型 具体计算步骤…… 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。 14.3 轴的强度计算
14.3轴的强度计算 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M=√M绘出诚弯矩图 (4)作出转矩(T)图 (5)计算当量弯矩M.=√MP+绘出当量弯矩图 (6)校核危险截面的强度。 M M2+(aT)? 0。= W 0.1d3 ≤[o-]
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 2 绘出合成弯矩图 2 M = Mh + MV （4）作出转矩（T）图 （5）计算当量弯矩 ，绘出当量弯矩图 ( ) 2 2 Me = M + aT （6）校核危险截面的强度。 [ ] 0.1 ( ) 3 1 2 2 − + = = d M T W Me e 14.3 轴的强度计算