第14章轴 基本内容:轴的类型、轴的材料、轴的结构设计、轴的强度计算、轴的刚度计算 基本要求:了解轴的类型和特点;理解和掌握轴的结构设计与强度计算方法。 重点:轴的结构设计 学时:课堂教学:2学时 第一讲 §14-1轴的功用和类型 轴是机器中的重要零件之一 、轴的功用—一支撑回转运动零件;传递转矩与运动 轴的类型 1、根据轴的承载情况可分为 心轴一一只承受弯矩M≠0:不承受扭矩T=0:固定心轴:转动心轴 传动轴一一只承受扭矩T≠0;不承受弯矩M=0 转轴一一既承受弯矩M≠0;又承受扭矩T≠0。 前轮轴 前叉 根据轴线的形状可分为 光轴 直轴 前轮轮毂 阶梯轴 曲轴 挠性轴 减速器 输送机 发动机 传动轴 姆
1 — — 第 14 章 轴 基本内容：轴的类型、轴的材料、轴的结构设计、轴的强度计算、轴的刚度计算。 基本要求：了解轴的类型和特点；理解和掌握轴的结构设计与强度计算方法。 重 点：轴的结构设计。 学 时：课堂教学：2 学时。 第一讲 §14-1 轴的功用和类型 轴是机器中的重要零件之一。 一、轴的功用——支撑回转运动零件；传递转矩与运动。 二、轴的类型 1、根据轴的承载情况可分为 心轴——只承受弯矩 M≠0；不承受扭矩 T=0；固定心轴；转动心轴 传动轴——只承受扭矩 T≠0；不承受弯矩 M=0 转轴——既承受弯矩 M≠0；又承受扭矩 T≠0。 2、根据轴线的形状可分为 光轴 直轴—— 阶梯轴 曲轴 挠性轴
轴的设计要解决的问题 1、材料 2、轴的结构设计一一具有合理的外形和尺寸及其良好的工艺性 3、强度 刚度 5、稳定性 §14-2轴的轴的材料 轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。有时也可采用合金铸铁或球墨铸铁 ▲碳素钢有30~50钢,最常用的是45钢。 不重要的或受力较小的轴可使用Q235~Q275。 ▲合金钢有20Cr、20 Cr Mnt、40Cr、38 CrMOAlA等 ▲合金铸铁或球墨铸铁。 ▲轴的毛坯一般用圆钢或锻件 几种常用材料及其主要力学性能见表14 §14-3轴的结构设计 ▲轴的结构设计——使轴具有合理的外型尺寸,以满足工艺要求、轴与轴上零件的工 要求 轴端挡圈带轮 轴承盖 筒齿轮 滚动轴承
2 — — 三、轴的设计要解决的问题 1、 材料 2、 轴的结构设计——具有合理的外形和尺寸及其良好的工艺性 3、 强度 4、 刚度 5、 稳定性 §14-2 轴的轴的材料 轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。有时也可采用合金铸铁或球墨铸铁 ▲碳素钢 有 30～50 钢，最常用的是 45 钢。 不重要的或受力较小的轴可使用 Q235～Q275。 ▲合金钢 有 20Cr、20Cr MnT、40Cr、38CrMOAlA 等。 ▲合金铸铁或球墨铸铁。 ▲轴的毛坯一般用圆钢或锻件。 几种常用材料及其主要力学性能见表 14—1 §14-3 轴 的 结 构 设 计 ▲轴的结构设计——使轴具有合理的外型尺寸，以满足工艺要求、轴与轴上零件的工 作要求
▲轴的结构设计内容 1、几何结构的设计—一如果是阶梯轴,需确定各轴段的直径、长度 2、固定结构的设计——轴上零件的轴向固定与周向固定 3、工艺结构的设计一一轴的加工工艺和轴上零件的安装工艺(圆角、倒角、退刀槽、 砂轮越程槽、导向锥面等 ▲结构设计应满足的基本要求 1、定位要求 2、安装调整要求 3、紧固要求 4、工艺要求 5、尽量减少应力集中 ▲轴的各部分结构名称 (1)轴颈一一由轴承支撑的轴段: (2)轴头一—支撑传动零件的轴段: (3)轴身一一轴颈与轴头之间的轴段 (4)轴肩一一截面发生变化的位置 ★在轴的结构设计中,在充分考虑轴与轴上零件的工作要求条件下,解决好以下几个方面 的问题 一、制造安装要求 、轴上零件的(轴向)定位 轴肩定位,套筒定位等 三、轴上零件的固定 轴上零件的固定可分为轴向固定和周向固定两类 轴上零件的轴向固定 轴肩一一轴肩高度a=2~3cc—一倒角高度 套筒一一与轴之间为间隙配合,套筒不宜过长
3 — — ▲轴的结构设计内容： 1、 几何结构的设计——如果是阶梯轴，需确定各轴段的直径、长度 2、 固定结构的设计——轴上零件的轴向固定与周向固定 3、 工艺结构的设计——轴的加工工艺和轴上零件的安装工艺（圆角、倒角、退刀槽、 砂轮越程槽、导向锥面等） ▲结构设计应满足的基本要求 1、 定位要求 2、 安装调整要求 3、 紧固要求 4、 工艺要求 5、 尽量减少应力集中 ▲轴的各部分结构名称 （1） 轴颈——由轴承支撑的轴段； （2） 轴头——支撑传动零件的轴段； （3） 轴身——轴颈与轴头之间的轴段； （4） 轴肩——截面发生变化的位置 ★在轴的结构设计中，在充分考虑轴与轴上零件的工作要求条件下，解决好以下几个方面 的问题 一、制造安装要求 二、轴上零件的（轴向）定位 轴肩定位，套筒定位等。 三、轴上零件的固定 轴上零件的固定可分为轴向固定和周向固定两类。 1、轴上零件的轴向固定 轴肩——轴肩高度 a=2 ~ 3 c c——倒角高度 套筒——与轴之间为间隙配合，套筒不宜过长
圆螺母一一般用于轴端零件的固定 弹性挡圈一一不能承受大的轴向力 轴端挡圈一一常用于轴端零件的固定; t止旦 s)轴肩一锁紧挡图 b)轴肩一弹性挡圈 c)双锁紧挡圈 d)轴肓一套筒 0五h鱼 2、轴上零件的周向固定 键联接——平键、花键 销联接一 成形联接一一 弹性环联接 过盈联接等一一 ①⑩④ a)键联接 b)花键联接 c)成形联接 d)弹性环联接 )销联接 f)过盈联接 图16.5轴上零件的周向固定方法 四、改善轴的受力状况,减少应力集中 合理布置轴上零件可以改善轴的受力状态 输入轮
4 — — 圆螺母——般用于轴端零件的固定； 弹性挡圈——不能承受大的轴向力 轴端挡圈——常用于轴端零件的固定； 2、轴上零件的周向固定 键联接——平键、 花键 销联接—— 成形联接—— 弹性环联接—— 过盈联接等—— 四、改善轴的受力状况，减少应力集中 合理布置轴上零件可以改善轴的受力状态
应力集中是影响轴的强度的重要因素,尤其是对于合金钢对应力集中比较敏感,轴的 结构设计时,应加以注意 对于阶梯轴来说,在截面尺寸变化处(如轴肩),应采用圆角过渡,并尽量避免 在轴上(特别时应力大的部位)开槽或孔,也可采用卸载槽、过渡肩环、或凹切圆角等方 式减少应力集中。 a切圆角 b)应用肩环增大圆角 第二讲 §14-4轴的强度计算 对于一般工作条件下的轴,常见的强度计算方法有两种 、按扭转强度的计算 适合于传动轴的精确计算,也可用于转轴的近似计算 对于圆截面轴,其强度条件为 T9.55×10° 0.2d d≥9.55×1P=C√Pm 上式中WT—一轴的抗扭截面系数,mm3 P——轴传递的功率,kw: N一一轴的转速,r/min [τ]—许用切应力,MPa:表14-2 与轴材料有关的系数,表14-2 Δ当轴上有键槽时,应适当增大轴径:单键增大3%,双键增大7%
5 — — 应力集中是影响轴的强度的重要因素，尤其是对于合金钢对应力集中比较敏感，轴的 结构设计时，应加以注意： ——对于阶梯轴来说，在截面尺寸变化处（如轴肩），应采用圆角过渡，并尽量避免 在轴上（特别时应力大的部位）开槽或孔，也可采用卸载槽、过渡肩环、或凹切圆角等方 式减少应力集中。 第二讲 §14-4 轴的强度计算 对于一般工作条件下的轴，常见的强度计算方法有两种： 一、按扭转强度的计算 适合于传动轴的精确计算，也可用于转轴的近似计算。 对于圆截面轴，其强度条件为 上式中 WT——轴的抗扭截面系数，mm3 P——轴传递的功率，kw； N——轴的转速，r／min； [τT]——许用切应力，MPa；表 14—2 C——与轴材料有关的系数，表 14—2 △当轴上有键槽时，应适当增大轴径：单键增大 3％，双键增大 7％
、按弯扭合成强度计算 主要用于计算一般重要的、弯扭复合作用的轴 对于一般钢制的轴,其强度条件为: M 式中M′——等效弯矩 t M W-一轴的抗弯截面系数。 般计算顺序如下一一参看图14-18 §14-5轴的刚度计算(略) §146轴的临界转速的概念(略
6 — — 二、按弯扭合成强度计算 主要用于计算一般重要的、弯扭复合作用的轴。 对于一般钢制的轴，其强度条件为： 式中 M′——等效弯矩 W——轴的抗弯截面系数。 ▲一般计算顺序如下——参看图 14—18 §14-5 轴的刚度计算（略） §14-6 轴的临界转速的概念（略）