第十章轴 10.1概述 轴的分类 1、按受载荷分 转轴工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。 转动心轴 心轴用来支撑转动零件且只承受弯 矩而不传递转矩的轴称为心轴。固定心轴 传动轴用来传递转矩而不承受弯矩的轴称为传动轴
第十章 轴 10.1 概述 一 、轴的分类 转轴 心轴 传动轴 工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。 用来支撑转动零件且只承受弯 矩而不传递转矩的轴称为心轴。 用来传递转矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。 转动心轴 固定心轴 1、按受载荷分
传动轴 传动轴 图10-2传动轴 ∩N界 滑轮 心轴 图10-3心轴 转轴
2、按结构形状分 (1)曲轴 (2)软轴 (3)空心轴 曲轴 mmrrmmlilh 设备 驱动装 空心轴 接头 设备 头 动力源 钢丝软轴的绕制 钢丝软轴的应用
（1）曲轴 （2）软轴 （3）空心轴 2、按结构形状分
轴的受力、应力及失效形式 以减速器的输出轴为例来讨论转轴的受力、应力及 失效形式 1、受力及应力分析 在AB之间的任意截面上,只有弯矩 M,因此只有弯曲应力b ABID 在BC之间的任意截面上,既作用有 弯矩M,又作用有转矩,因此,即 有弯曲应力Ob又有扭转剪应力 而在CD之间的任意截面上,只作用 有转矩T,因此只有扭转剪应力乙 T 转轴
二、轴的受力、应力及失效形式 以减速器的输出轴为例来讨论转轴的受力、应力及 失效形式 在AB之间的任意截面上，只有弯矩 M，因此只有弯曲应力 在BC之间的任意截面上，既作用有 弯矩M，又作用有转矩T，因此，即 有弯曲应力 ，又有扭转剪应力 而在CD之间的任意截面上，只作用 有转矩T，因此只有扭转剪应力 1、受力及应力分析 转轴
2、应力循环特征 b 弯曲应力σ为对称循环变应力,其循环特征 图a r=1(见图a) 扭转剪应力的循环特征r随转矩的性质而变化。1 当转矩T的大小及方向恒定不变时,扭转剪应 图b 力静应力,其循环特征r=+1(见图b) 0.5 当转矩T按脉动循环变化时,扭转剪应力也 图 为脉动循环,其循环特征r=0(见图c)。 当转矩T为对称循环时,扭转剪应力也为对 称循环,其循环特征r=1(见图d) 图d
弯曲应力 为对称循环变应力，其循环特征 r=-1(见图a) 。 扭转剪应力的循环特征r随转矩的性质而变化。 当转矩T的大小及方向恒定不变时，扭转剪应 力 为静应力，其循环特征r=+1（见图b）。 当转矩T按脉动循环变化时，扭转剪应力 也 为脉动循环，其循环特征r=0（见图c）。 当转矩T为对称循环时，扭转剪应力 也为对 称循环，其循环特征r=-1（见图d）。 图a 图b 图c 图d 2、应力循环特征
3、轴的一般失效形式 疲劳断裂:疲劳裂纹发展到一定程度后突然断裂。 疲劳源(初始裂纹) 光亮疲劳区 粗糙断裂区 图10-5轴的弯曲疲劳断裂的断口
3、轴的一般失效形式 疲劳断裂：疲劳裂纹发展到一定程度后突然断裂
、轴的设计过程 设计计算 轴的设计主要解决两个方面的问题结构设计 轴的设计分三步进行: (1)初定轴径; (2)结构设计:画草图,确定轴的各段尺寸,得到轴的 跨距和力的作用点; (3)计算弯矩、弯曲应力及扭剪应力,进行校核计算 已知选择初算结构计算校核完善 条件轴的轴径设计弯矩计算设计 材料 修改直径 转轴设计程序框图
三、轴的设计过程 设计计算 结构设计 轴的设计分三步进行: （1）初定轴径; （2）结构设计: 画草图, 确定轴的各段尺寸, 得到轴的 跨距和力的作用点; （3）计算弯矩、弯曲应力及扭剪应力，进行校核计算。 已知 条件 选择 轴的 材料 初算 轴径 结构 设计 计算 弯矩 校核 计算 完善 设计 修改直径 转轴设计程序框图 轴的设计主要解决两个方面的问题
102轴的材料 轴的材料主要采用 碳素钢 合金钢 常用的优质碳素钢有常用的合金钢有20Cr 30、40、45、和50钢, 40Cr、35SiMn和 其中45钢应用最多 35CrMo等
轴的材料主要采用 常用的优质碳素钢有 30、40、45、和50钢， 其中45钢应用最多 碳素钢 合金钢 常用的合金钢有20Cr、 40Cr、35SiMn和 35CrMo等 10.2 轴的材料
表10.1轴的常用材料及其主要机械性能 抗拉强度屈服极限弯曲疲劳「扭转疲劳 材料牌号热处理毛坯直径 硬度极限 极限极限 /mm /HBS B d-1 /MPa 0235 440 240 200 05 正火 25 ≤241 600 360 150 正火 回火 ≤100 170~217 正火 回火 >100~300 162~217 290 270 135 调质 ≤200 217~255 650 360 300 155 40Cr 调质 ≤100 241~266 750 550 350 200 35siMn 调质 ≤100 229~286 520 400 205 42siMn 35CrMo 调质≤10 207~269 750 390 200 35MMo调质 >100-300 217-269 700 550 335 95 渗碳 15 表面 850 550 375 215 20C 淬火 50~60HRC 650 回火 ≤100 650 400 280 160
10.3轴径的初步估算 通常估算轴的最小直径,作为结构设计的依据 类比法 参考同类已有机器的轴的结构和尺寸进行分析对比 二、经验公式计算 高速输入轴的直径d可按与其相联的电动机轴的直径 D估算 d=0.8~1.2)D 各级低速轴的直径d可按同级齿轮传动中心a估算 d=(0.3-0.4
10.3 轴径的初步估算 一、类比法 二、经验公式计算 高速输入轴的直径d可按与其相联的电动机轴的直径 D估算 d=(0.8~1.2)D 各级低速轴的直径d可按同级齿轮传动中心a估算 d=(0.3~0.4)a 通常估算轴的最小直径，作为结构设计的依据 参考同类已有机器的轴的结构和尺寸进行分析对比