第十二章轴 §12-1概述 §12-2轴的结构设计 §12-3轴的强度计算 §124轴的刚度计算 §12-5轴的振动及临界转速
§12-1 概述 §12-2 轴的结构设计 §12-3 轴的强度计算 第十二章 轴 §12-4 轴的刚度计算 §12-5 轴的振动及临界转速
由的概述 §12-1概述 、轴的用途及分类 轴的功用:1)支承回转件;2)传递运动和动力。 按所受载荷的不同,分为: ◆心轴一只承受弯矩的轴,如火车车轮轴。 转动心轴 固定心轴 ◆传动轴一只承受扭矩的轴,如汽车的传动轴。 ◆转轴一同时承受弯矩和扭矩的轴,如减速器的轴。 按轴线形状的不同,轴可分 图例→ 光轴 实心轴 直轴 阶梯轴空心轴:有特殊要求时,如航空发动机 曲轴 的主轴。 钢丝软轴:可以随意弯曲,把回转运动灵活地传到任意空间位置 00O
§12-1轴的概述1 一、轴的用途及分类 §12-1 概 述 轴的功用：1）支承回转件；2）传递运动和动力。 按所受载荷的不同，分为： 按轴线形状的不同，轴可分： 图例 ◆ 转 轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。 ◆ 心 轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。 ◆ 传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。 可以随意弯曲，把回转运动灵活地传到任意空间位置。 曲轴 直轴 钢丝软轴： 光轴 阶梯轴 实心轴 空心轴: 有特殊要求时，如航空发动机 的主轴。 转动心轴 固定心轴
NWI 轴的概述 、轴的材料(见表12-1) 正火 碳钢 毛坯多用圆钢或锻件。常用热处理{调质 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。 I≥轴的常用材料及其主要力学特性表 00O
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。 轴的概述2 轴的概述 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 （见表12－1）
NWI 轴的概述 、轴设计的主要内容 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 m<验算合格? yes 结束 00O
三、轴设计的主要内容 轴的概述3 轴的设计过程： 根据轴上零件的安装、固定及轴的制造工艺等 方面的要求，合理地确定轴的结构和尺寸。 校核轴的强度、刚度和振动稳定性等。 结构设计： 承载能力计算： 轴的设计包括： 选材料 验算合格? 结 束 yes no 轴的承载能力计算 估算轴的直径 轴的结构设计 轴的概述
§12-2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。 、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。 、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。 00O
§12-2轴的结构设计1 轴的结构设计：即确定轴的合理形状和全部结构尺寸。 §12-2 轴的结构设计 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
轴的结构设计分 三、轴上零件的固定 轴肩 套筒 轴向固定方法:轴端挡圈 详细介绍→ (见图12-8) 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 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 00O
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。 轴的结构设计2 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。 轴的结构设计 （见图12－8）
轴的结构设计分 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→ ◆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 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 00O
轴的结构设计 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 轴的结构设计3 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
NNM9123轴的强度计算 结构设计结束之后,对轴进行适当简化,并进行受力分析,计算出轴 所受的载荷,即可对轴进行校核计算 转矩法 这种方法用于只受转矩或主要受转矩作用轴的强度计算。通常按这种 方法估算转轴的直径。 P 9550×10 扭转强度条件为: 0.2d 实心轴的直径为: 9550×103P 0.2[zr]n 式中:C一计算常数,见表12-2。 z7]-许用扭应力,见表12-2。 考虑到键槽的影响,应适当加大轴:「有1个键槽,轴径加大3%; 有2个键槽,轴径加大7%; 00O
§12-3轴的强度计算1 §12-3 轴的强度计算 1．转矩法 这种方法用于只受转矩或主要受转矩作用轴的强度计算。通常按这种 方法估算转轴的直径。 实心轴的直径为： 3 3 0.2[ ] 9550 103 n P C n P d T = [ ] 0.2 9550 10 3 3 T T T d n P W T 扭转强度条件为： = 考虑到键槽的影响，应适当加大轴径： 结构设计结束之后，对轴进行适当简化，并进行受力分析，计算出轴 所受的载荷，即可对轴进行校核计算。 式中：C－计算常数，见表12－2。 T －许用扭应力，见表12－2。 有1个键槽，轴径加大3％； 有2个键槽，轴径加大7％；
NWI 轴强度的计算總 2.当量弯矩法 这种方法适用于转轴的计算。计算步骤如下 )轴的弯矩与扭矩分析 水平面受力及弯矩图 Fi/FF 铅垂面受力及弯矩图 NVI 水平铅垂弯矩合成图 FNvI FNn c 扭矩图 LI L2 00O
轴的强度计算2 轴强度的计算 2．当量弯矩法 这种方法适用于转轴的计算。计算步骤如下： 1）轴的弯矩与扭矩分析
轴强度的计算總 2)校核轴的强度 根据弯矩图和转矩图(或当量弯矩图)确定可能的危险截面。可按 第三强度理论计算危险截面的弯扭合成强度。 当量应力:a。=Va2+4z2=,(m)2+4m) M2+() W W W (W=d3/16;W=πd3/32) ■用应力校正系数α考虑扭切应力与弯曲应力循环特性不同的影响。 (a的值见P240) M+(aT) M 强度条件:σ 详细内容→ W ≤10-1b 式中:[σ1b]-对称循环应力下轴的许用弯曲应力(可查表12-3选取) W一轴的抗弯截面系数(mm3)。 00O
轴的强度计算3 W M T W T W M T e 2 2 2 2 2 2 ( ) 4 ( ) 4( ) + = + = + = 用应力校正系数 a 考虑扭切应力与弯曲应力循环特性不同的影响。 2）校核轴的强度 式中：[σ-1b]－对称循环应力下轴的许用弯曲应力（可查表12－3选取）； 详细内容 根据弯矩图和转矩图（或当量弯矩图）确定可能的危险截面。可按 第三强度理论计算危险截面的弯扭合成强度。 强度条件： 当量应力： W M W M T e e = + = 2 2 (a ) ≤ −1b W－轴的抗弯截面系数（mm3）。 （ α 的值见 P240） 轴强度的计算 （WT= πd 3／16； W＝ πd 3／32）