第14章轴 帆 814-1轴的功用和类型 §142轴的材料 §14-3轴的结构设计 §14-4轴的强度计算 3142轴的h界钱速的念 诚设计基础
第 14 章 轴 §14-1 轴的功用和类型 §14-2 轴的材料 §14-3 轴的结构设计 §14-4 轴的强度计算 §14-5 轴的刚度计算 §14-6 轴的临界转速的概念
4-轴的功用和类型 ◆轴是组成机器的重要零件之一,用来支承旋转的机械零件 ◆轴的功用:支承回转零件及传递运动和动力。 ◆轴的分类: 减速器电动机 (1)按照承受载荷的不同可分 带式 为转轴、心轴和传动轴三类。物送机 ◇转轴——工作中既受弯矩又 受扭矩的轴。 图14-1转轴
§14-1 轴的功用和类型 ◆ 轴是组成机器的重要零件之一，用来支承旋转的机械零件。 ◆ 轴的功用：支承回转零件及传递运动和动力。 ◆ 轴的分类： (1)按照承受载荷的不同可分 为转轴、心轴和传动轴三类。 ❖ 转轴——工作中既受弯矩又 受扭矩的轴
发动机 传动轴 受扭矩不受 传动轴 弯矩或弯矩很小的轴。 后桥 ◆心轴——只受弯矩而不受扭 矩的轴,它又分为转动心轴 图14-2传动轴 和固定心轴两种。 閉R前轮轴N团 前叉 前轮轮毂 图14-3转动心轴 图14-4固定心轴
◆ 传动轴——只受扭矩不受 弯矩或弯矩很小的轴。 ◆ 心轴——只受弯矩而不受扭 矩的轴，它又分为转动心轴 和固定心轴两种
∠t (2按照轴线形状的不同可分为 直轴、曲轴和软轴 ◆直轴按其外形的不同,可分为 阶梯轴和光轴。 光轴具有形状简单、加工方便、 制造成本低、轴上应力集中源 轴145咣轴 少等优点,其缺点是轴上季件 不易裝配定位。阶梯轴的特点 则正好与光轴相反。因此,光 轴常用作心轴和传动轴,阶梯 轴常用作转轴。 转铀1降輕
(2) 按照轴线形状的不同 可分为 直轴、曲轴和软轴 ◆ 直轴按其外形的不同，可分为 阶梯轴和光轴。 ◆ 光轴具有形状简单、加工方便、 制造成本低、轴上应力集中源 少等优点，其缺点是轴上零件 不易装配定位。阶梯轴的特点 则正好与光轴相反。因此，光 轴常用作心轴和传动轴，阶梯 轴常用作转轴。 转轴 阶梯轴 心轴 光轴
一般都制成实心的(实心轴)。 TnIAN// TilLie 只有在因机器结构要求,需要七 在轴中安装其它零件或是减轻 轴的质量具特别重大作用时, 图心轴轴 才将轴制成空心的(空心轴)。 曲轴用以将旋转运动 为4唾 直线运动相互转变 图14-5曲轴 令软轴是由几层紧贴在一起的钢丝层构成的,它能把回转运 动灵活地传到任何位置,主要用于两传动轴线不在同一直 线或工作时彼此有相对运动的空间传动,也可用于受连续 振动的场合,具有缓和冲击的作用
◆ 轴一般都制成实心的(实心轴)。 只有在因机器结构要求，需要 在轴中安装其它零件或是减轻 轴的质量具特别重大作用时， 才将轴制成空心的(空心轴) 。 ◆ 曲轴用以将旋转运动与往复 直线运动相互转变。 空心轴 ❖软轴是由几层紧贴在一起的钢丝层构成的，它能把回转运 动灵活地传到任何位置，主要用于两传动轴线不在同一直 线或工作时彼此有相对运动的空间传动，也可用于受连续 振动的场合，具有缓和冲击的作用
轴一般儆成阶梯轴,原因是: (1)为了便于轴上零件轴向定位和 固定 (2)为了便于轴上零件的拆装; 图14-6挠性钢丝轴 (3)使各轴段达到或接近等强度; (4)为了实现尺寸分段,以满足不同配合特性、精度和光洁度 的要求 轴的失效形式是:①因疲劳强度不足而产生疲芬断裂; ②因静强度不足而生产塑性变形或脆性新裂;③因刚度 不足而产生过大弯曲及扭转变形;④高速时发生共振破坏 等
◆ 轴一般做成阶梯轴，原因是： ⑴为了便于轴上零件轴向定位和 固定； ⑵为了便于轴上零件的拆装； ⑶使各轴段达到或接近等强度； ⑷为了实现尺寸分段，以满足不同配合特性、精度和光洁度 的要求。 ◆ 轴的失效形式是： ① 因疲劳强度不足而产生疲劳断裂； ② 因静强度不足而生产塑性变形或脆性断裂 ；③ 因刚度 不足而产生过大弯曲及扭转变形；④高速时发生共振破坏 等
般转轴的设计准则是:具有合理的结构和良好的工老 性并保证其疲芳强度足够。对有过载情况的轴,还应保 证其静强度足够;而对刚度要求较高的轴及受力较大的 细长轴,还应进行刚度计算;对高速旋转的轴,则应进 行振动稳定性计算 ◆轴设计的主要内容 (1)选用合适的材料、毛坯形式及热处理方法。 (2)轴的结构设计,根据轴上零件的安装、定位和固定及轴 的制造工艺等方面要求,合理确定轴的结构形状和尺寸。 (3)工作能力校核计算,包括疲劳强度、静强度及刚度计算 等
◆ 一般转轴的设计准则是：具有合理的结构和良好的工艺 性并保证其疲劳强度足够。对有过载情况的轴，还应保 证其静强度足够；而对刚度要求较高的轴及受力较大的 细长轴，还应进行刚度计算；对高速旋转的轴，则应进 行振动稳定性计算。 ◆ 轴设计的主要内容 (1)选用合适的材料、毛坯形式及热处理方法。 (2)轴的结构设计，根据轴上零件的安装、定位和固定及轴 的制造工艺等方面要求，合理确定轴的结构形状和尺寸。 (3)工作能力校核计算，包括疲劳强度、静强度及刚度计算 等
轴的材料 ◆轴的常用材料主要是碳素钢和合金钢。 ◆轴的毛坯一般多为轧制圆钢和锻件。 ◆碳素钢具有足够的强度,比合金钢价康,对应力集中的敏 感性较低,并且可通过正火或调质处理获得较好的综合机 械性能,故应用广泛,其中以45号钢经调质处理最为常用 ◆合金钢具有较高的机械性能,但价格较贵,常用于制造有 特殊要求的轴。如高速重载轴;受力大而又要求尺寸小 重量轻的轴;处于高温、低温或腐蚀性介质中的轴等
§14-2 轴的材料 ◆ 轴的常用材料主要是碳素钢和合金钢。 ◆ 轴的毛坯一般多为轧制圆钢和锻件。 ◆ 碳素钢具有足够的强度，比合金钢价廉，对应力集中的敏 感性较低，并且可通过正火或调质处理获得较好的综合机 械性能，故应用广泛，其中以45号钢经调质处理最为常用。 ◆ 合金钢具有较高的机械性能，但价格较贵，常用于制造有 特殊要求的轴。如高速重载轴；受力大而又要求尺寸小、 重量轻的轴；处于高温、低温或腐蚀性介质中的轴等
值得注意的是:在一般工作温度下,碳钢和合金钢的弹 性模量相差不大,因此,欲选用高强度合金钢来提高轴 的刚度并无实效。另外,合金钢对应力集中敏感性高, 所以设计合金刚轴肘,必须要有合理的结构形状,尽量 减少应力集中源,并要求轴表面的粗糙度较低,否则, 采用合金钢并无实际意义 ◆轴的材料除了碳素钢和合金钢外,还有球墨铸铁和高强 度铸铁等。铸铁材料具有易于作成复杂的外形,且吸振 性、耐磨性好,对应力集中敏感性低、价格廉等优点, 多用于制作外形复杂的曲轴、凸轮轴等。 ◆轴的常用材料及其主要机械性能见表14-1
◆ 值得注意的是：在一般工作温度下，碳钢和合金钢的弹 性模量相差不大，因此，欲选用高强度合金钢来提高轴 的刚度并无实效。另外，合金钢对应力集中敏感性高， 所以设计合金刚轴时，必须要有合理的结构形状，尽量 减少应力集中源，并要求轴表面的粗糙度较低，否则， 采用合金钢并无实际意义。 ◆ 轴的材料除了碳素钢和合金钢外，还有球墨铸铁和高强 度铸铁等。铸铁材料具有易于作成复杂的外形，且吸振 性、耐磨性好，对应力集中敏感性低、价格廉等优点， 多用于制作外形复杂的曲轴、凸轮轴等。 ◆ 轴的常用材料及其主要机械性能见表14-1
◆轴的结构设计就是使轴的各部分具有合理的形状和尺寸 ◆影响轴的结构形状的因素有:轴上零件的类型、数量和 尺寸及其安装位置、定位方法;载荷的大小、方向和性 质及分布情况;轴的制造工艺性等 ◆在进行结构设计时,必须满足如下要求: 1)轴应便于加工,轴上零件要易于装拆(制造安装要求); 2)轴和轴上零件要有准确的工作位置(定位); 3)各零件要牢固而可靠地相对固定(固定); 4)改善受力状况,减小应力集中
§14-3 轴的结构设计 ◆ 轴的结构设计就是使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。 ◆ 影响轴的结构形状的因素有：轴上零件的类型、数量和 尺寸及其安装位置、定位方法；载荷的大小、方向和性 质及分布情况；轴的制造工艺性等。 ◆ 在进行结构设计时，必须满足如下要求： 1) 轴应便于加工，轴上零件要易于装拆（制造安装要求）； 2) 轴和轴上零件要有准确的工作位置（定位）； 3) 各零件要牢固而可靠地相对固定（固定）； 4) 改善受力状况，减小应力集中