课时授课计划 第六十六次课 【教喾氨】:§13-1髋迷 §13-1轴的构设计 【教喾目的】:掌握轴的分类及轴的结构设计 【学重点及处理方战】:轴的分类及轴的结构设计 处理方法:结合实际例子详细讲解 【教喾卓点及处曩方】:结构设计 处理方法:分析讲解 【学方战】:讲授法 【敬具】:挂图 【时间含配】:引入新课5min 新课80min 小结、作业5min
课 时 授 课 计 划 第六十六次课 【教学课题】：§13-1 概述 §13-1 轴的结构设计 【教学目的】：掌握轴的分类及轴的结构设计 【教学重点及处理方法】： 轴的分类及轴的结构设计 处理方法： 结合实际例子详细讲解 【教学难点及处理方法】： 结构设计 处理方法： 分析讲解 【教学方法】: 讲授法 【教具】：挂图 【时间分配】： 引入新课 5min 新课 80 min 小结、作业 5min
第六十六次课 【提示启发引出新课】 轴是组成机器的重要零件之一,它的主要功用是支持机器中的作 回转运动的零件及传递运动和动力的。 【新课内容】 §13-1概迷 轴的分类 1、按轴的承载情况不同,可以将其分为: 1)转轴同时承受弯矩和扭矩的轴。 转轴扭矩和弯矩 2)心轴只承受弯矩的轴
第六十六次课 【提示启发 引出新课】 轴是组成机器的重要零件之一，它的主要功用是支持机器中的作 回转运动的零件及传递运动和动力的。 【新课内容】 §13-1 概述 一、轴的分类 1、按轴的承载情况不同，可以将其分为： 1) 转轴 同时承受弯矩和扭矩的轴。 转轴——扭矩和弯矩 2) 心轴 只承受弯矩的轴
3)传动轴只承受扭矩而不承受弯矩的轴。 发动机 传动轴 后桥 传动轴—主要受扭矩 2、按照轴的轴线形状分类 1)直轴 2)曲轴:曲轴和挠性钢丝轴属于专用零件。直轴按外形不同又可 分为光轴和阶梯轴。 3)挠性轴 其他分类方法 可以分为实心轴和空心轴,光轴和阶梯轴。光轴形状简单,应力 集中少,易加工,但轴上零件不易装配和定位,常用于心轴和传动轴。 阶梯轴各轴段截面的直径不同,这种设计使各轴段的强度相近,而且便 于轴上零件的装拆和固定,因此阶梯轴在机器中的应用最为广泛。直轴 一般都制成实心轴,但为了减少重量或为了满足有些机器结构上的需 要,也可以采用空心轴。 轴的材料 1.对材料的要求:强度、刚度、韧性、耐磨性、工艺性和经济性 等 、轴的材料:轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用 轧制圆钢和锻件,形状复杂的也可采用铸钢或球墨铸铁
3) 传动轴 只承受扭矩而不承受弯矩的轴。 传动轴——主要受扭矩 2、按照轴的轴线形状分类 1) 直轴； 2) 曲轴；曲轴和挠性钢丝轴属于专用零件。 直轴按外形不同又可 分为光轴和阶梯轴。 3) 挠性轴。 3、其他分类方法 可以分为实心轴和空心轴，光轴和阶梯轴。光轴形状简单，应 力 集中少，易加工，但轴上零件不易装配和定位，常用于心轴和传动轴。 阶梯轴各轴段截面的直径不同，这种设计使各轴段的强度相近，而且便 于轴上零件的装拆和固定，因此阶梯轴在机器中的应用最为广泛。直轴 一般都制成实心轴，但为了减少重量或为了满足有些机器结构上的需 要，也可以采用空心轴。 二、轴的材料 1. 对材料的要求：强度、刚度、韧性、耐磨性、工艺性和经济性 等。 2、轴的材料：轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用 轧制圆钢和锻件，形状复杂的也可采用铸钢或球墨铸铁
锻件的内部组织均匀,强度较好,重要的轴、大尺寸或阶梯尺寸 变化较大的轴,应采用锻制毛坯。 对直径较小的轴,可直接用圆钢加工 由于碳钢比合金钢价廉,对应力集中的敏感性较低,同时也可以 用热处理的办法提髙其耐磨性和抗疲劳强度,故轴采用碳钢制造最广 泛,其中最常用的是45号钢。常用于受力较小或不重要的场合。 不重要或低速轻载的轴以及一般传动的轴也可以使用Q235、Q275 等普通碳钢制造 合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此,在 传递大动力,并要求减小尺寸与质量,提高轴的耐磨性,以及处于高温、 重载、耐磨、耐髙温等特殊场合工作的轴,常采用合金钢。 高强度铸铁和球墨铸铁由于容易作成复杂的形状,而且价廉,吸 振性和耐磨性好,对应力集中的敏感性较低,故常用于制造外形复杂的 轴。轴的常用材料及其主要力学性能见表14-1。 注意:①采用合金钢并不能提高轴的刚度 ②轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度 §13-2轴的构设针 轴的结构设计就是确定轴的外形和全部结构尺寸。 轴的结构主要取决于以下因素:(1)轴的毛坯种类:(2)轴上作用力 的大小及其分布情况;(3)轴上零件的位置、配合性质及其联接固定的 方法;(4)轴承的类型、尺寸和位置;(5)轴的加工方法、装配方法以及 其他特殊要求。可见影响轴的结构与尺寸的因素很多,设计轴时要全面 综合的考虑各种因素,必须针对不同情况进行具体的分析。 轴的结构设计原则
锻件的内部组织均匀，强度较好，重要的轴、大尺寸或阶梯尺寸 变化较大的轴，应采用锻制毛坯。 对直径较小的轴，可直接用圆钢加工。 由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以 用热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故轴采用碳钢制造最广 泛，其中最常用的是 45 号钢。常用于受力较小或不重要的场合。 不重要或低速轻载的轴以及一般传动的轴也可以使用 Q235、Q275 等普通碳钢制造。 合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在 传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴的耐磨性，以及处于高温、 重载、耐磨、耐高温等特殊场合工作的轴，常采用合金钢。 高强度铸铁和球墨铸铁由于容易作成复杂的形状，而且价廉，吸 振性和耐磨性好，对应力集中的敏感性较低，故常用于制造外形复杂的 轴。 轴的常用材料及其主要力学性能见表 14-1。 注意：①采用合金钢并不能提高轴的刚度。 ②轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度。 §13-2 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。 轴的结构主要取决于以下因素：(1)轴的毛坯种类：(2)轴上作用力 的大小及其分布情况；(3)轴上零件的位置、配合性质及其联接固定的 方法；(4)轴承的类型、尺寸和位置；(5)轴的加工方法、装配方法以及 其他特殊要求。可见影响轴的结构与尺寸的因素很多，设计轴时要全面 综合的考虑各种因素，必须针对不同情况进行具体的分析。 轴的结构设计原则：
1)定位要求,轴和轴上的零件要有准确的工作位置 2)固定要求,各零件要可靠地相互联接; 3)工艺要求,轴应便于加工,轴上零件要易于装拆 4)疲劳强度要求,尽可能减小应力集中 5)尺寸要求,轴的各部分直径和长度的尺寸要合理 一、轴上零件的定位和固定 作用:零件要有准确的位置;轴上零件应便于装拆和调整;轴应具 有良好的制造工艺性等。(例减速器轴的设计) 1.轴的组成 滚动轴承齿轮 套筒轴承盖联轴器 轴颈轴头轴颈轴身轴头 般在进行结构设计时的已知条件有:机器的装配简图,轴的转速, 传递的功率,轴上零件的主要参数和尺寸等。 2.轴上零件的轴向定位及固定
1）定位要求，轴和轴上的零件要有准确的工作位置； 2）固定要求，各零件要可靠地相互联接； 3）工艺要求，轴应便于加工，轴上零件要易于装拆； 4）疲劳强度要求，尽可能减小应力集中； 5）尺寸要求，轴的各部分直径和长度的尺寸要合理。 一、轴上零件的定位和固定 作用：零件要有准确的位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具 有良好的制造工艺性等。(例减速器轴的设计) 1.轴的组成 一般在进行结构设计时的已知条件有：机器的装配简图，轴的转速， 传递的功率，轴上零件的主要参数和尺寸等。 2.轴上零件的轴向定位及固定
轴向固定(轴肩、轴环、螺母、套筒及轴端挡圈定位等) r应小于零件上的外圆角半径R或倒角C h=R(C)+(0.5~2)mm 轴肩定位 圆螺母 弹性挡圈 止动垫圈 紧定螺钉 轴端挡板
轴向固定(轴肩、轴环、螺母、套筒及轴端挡圈定位等) 轴肩定位 圆螺母 弹性挡圈 止动垫圈 紧定螺钉 轴端挡板
3.轴上零件的周向定位及固定 作用:满足机器传递运动和转矩的要求,轴上零件除了需要轴向定 位外,还必须有可靠的周向定位。 常用的周向定位及固定方法有键、花键、销、过盈配合及紧定螺钉 (图13-10)等。在图14-5中,齿轮与轴之间的周向固定采用了平键 联接。 轴的结构工艺性 轴的结构应便于加工与装配。形状力求简单,阶梯轴的级数尽可能 少,而且各段直径不易相差太大 1)轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽,需车制螺纹的轴段应 有退刀槽。 b) 2)轴上各圆角、倒角、砂轮越程槽及退刀槽等尺寸尽可能统一, 同一轴上的各个键槽应开在同一母线位置上
3.轴上零件的周向定位及固定 作用：满足机器传递运动和转矩的要求，轴上零件除了需要轴向定 位外，还必须有可靠的周向定位。 常用的周向定位及固定方法有键、花键、销、过盈配合及紧定螺钉 （图 13-10）等。在图 14-5 中，齿轮与轴之间的周向固定采用了平键 联接。 二、轴的结构工艺性 轴的结构应便于加工与装配。形状力求简单，阶梯轴的级数尽可能 少，而且各段直径不易相差太大。 1）轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应 有退刀槽。 2）轴上各圆角、倒角、砂轮越程槽及退刀槽等尺寸尽可能统一， 同一轴上的各个键槽应开在同一母线位置上
3)为便于装配,轴、轴肩端应倒45°角倒角。轴肩髙度不能妨碍 零件的拆卸。过盈配合装入端制30°导向锥面 4)轴上各圆角、倒角、砂轮越程槽及退刀槽等尺寸尽可能统一, 同一轴上的各个键槽应开在同一母线位置上 5)对于阶梯轴一般设计成两端小中间大的形状,以便于零件从两 端装拆。 思考题试指出图中结构不合理的地方,并予以改正。 提高轴的疲劳强度 1、结构设计方面 相邻轴段直径不宜相差太大 √过渡圆角半径不能太小 √尽量避免在轴上开横孔、凹槽和加工螺纹
3）为便于装配，轴、轴肩端应倒 45°角倒角。轴肩高度不能妨碍 零件的拆卸。过盈配合装入端制 30 °导向锥面。 4）轴上各圆角、倒角、砂轮越程槽及退刀槽等尺寸尽可能统一， 同一轴上的各个键槽应开在同一母线位置上 5）对于阶梯轴一般设计成两端小中间大的形状，以便于零件从两 端装拆。 思考题 试指出图中结构不合理的地方，并予以改正。 三、提高轴的疲劳强度 1、结构设计方面 ✓ 相邻轴段直径不宜相差太大； ✓ 过渡圆角半径不能太小； ✓ 尽量避免在轴上开横孔、凹槽和加工螺纹；
√重要结构中可采用凹切圆角、过渡肩环 可开减载槽,以减小轴应力集中 过盈配合轴段可采用一些特殊结构。 减载 过渡肩 凹切圆 a)增大配合处轴径b)轴上开减载槽c)毂端开减载槽 制造工艺方面 1)提高表面质量,降低表面粗糙度 2)对轴表面进行强化处理。 3、轴上零件合理布局 1)改变轴受力情况; 2)改变轴结构,合理布置轴上零件位置
✓ 重要结构中可采用凹切圆角、过渡肩环； ✓ 可开减载槽，以减小轴应力集中； ✓ 过盈配合轴段可采用一些特殊结构。 a)增大配合处轴径 b)轴上开减载槽 c)毂端开减载槽 2、制造工艺方面 1) 提高表面质量，降低表面粗糙度； 2) 对轴表面进行强化处理。 3、轴上零件合理布局 1) 改变轴受力情况； 2) 改变轴结构，合理布置轴上零件位置； 过渡肩 环 凹切圆 角 减 载 槽
输出输∧输出 输出输出输 1Q Q