轴的结构设计讲解

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1、第06章 轴系零件,6.1 轴,第06章 轴系零件,6.1 轴,支承转动零件（齿轮、带轮、凸轮）、传递转矩和运动。,功用:,6.1.1 轴的类型和特点 6.1.2 轴的材料及选择 6.1.3 轴的结构设计 6.1.4 轴的设计计算,6.1.1 轴的类型和特点,6.1.1.1按轴线形状的不同，分为： 直轴：轴线为一直线 光轴：轴的全长上直径都相等 阶梯轴：各段直径不等，应用广 空心轴：轴内有空 曲轴：轴线为一折线 挠性软轴：能把旋转运动传到任何位置的钢丝软轴。,6.1.1 轴的类型和特点,6.1.1.2按承受载荷不同，可分为： 转轴：同时受转矩和弯矩,传动轴：只受转矩或所受弯矩很小,例：汽车中联

2、接变速箱与后桥之间的轴。,心轴：只受弯矩,6.1.2 轴材料及选择,轴的材料主要是碳素钢和合金钢。,碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，力学性能较好，可通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广。一般用途的轴，多用含碳量为0.250.5%的优质碳素钢，尤其是45号钢。对于不重要或受力较小的轴也可用Q235、 Q275 等碳素结构钢。,合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳淬火处理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金钢，有良好的高温机械性能

3、，常用于在高温、高速和重载条件下工作的轴。 一般轴：轧制的圆钢或锻件。重要轴：锻制毛坯。,对轴的结构进行设计主要是: 确定轴的合理外形和结构尺寸,6.1.3 轴的结构设计,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。,无论何种具体因素，轴的结构都应满足以下条件：,轴和装在轴上的零件要有准确的位置； 轴上的零件应便于装拆和调整； 轴应具有良好的制造工艺性等。, 结构分析,6.1.3 轴的结构设计,轴肩、圆螺母（止动片）、套筒、弹性挡圈、紧定螺钉、轴端挡圈定位等防止轴向移动,周向固定：,轴向固定：,键、花键、销、过盈配合、弹性环联接、成形联接等-防止零件与轴产生相对转动,6.1

4、.3 轴的结构设计, 轴肩定位,轴向固定,特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力；但会使轴的轴颈增大，阶梯处形成应力集中，阶梯过多不利于加工。,应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位, 套筒定位,轴向固定,特点：简单可靠，简化了轴的结构设计且不削弱轴的强度，但不适宜高速运转的轴。,应用：多用于轴上一零件的位置已固定而零件间距离较小的场合,圆螺母定位,轴向固定,特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降,应用：用于套筒过长或无法采用套筒，而轴上又允许车制螺纹的场合。常用于轴的中部和端部, 弹性挡圈固定,轴向固定,特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力

5、切槽需要一定的精度,应用：主要用于有振动和冲击的轴端零件的轴向定位滚动轴承, 轴端压板定位和紧定螺钉固定,轴向固定,用于轴端定位 可承受剧烈振动和冲击,适用于轴向力小，转速低的场合,轴的周向固定, 轴的加工和装配工艺性,3.轴的结构设计,轴的结构设计时应注意的问题,1）为便于装拆，轴端应有45的倒角；零件装拆时所经过的各段轴颈都要小于零件的孔径。 2）轴肩或轴环定位时，其高度必须小于轴承内圈端部的厚度。 3）用套筒、圆螺母、轴端挡圈作轴向定位时，一般装配零件的轴长度应比零件的轮毂长度短2-3mm，以确保套筒、螺母或轴端挡圈能靠紧零件端面。 4）轴上磨削的轴段和车制螺纹的轴段，应分别留有砂轮越程

6、槽和螺纹退刀槽,减少应力集中的措施,1）倒角和圆角 2）过渡结构,思考题： 试指出图中结构不合理的地方，并予以改正。, 扭转强度计算(传动轴）,6.1.4 轴的设计计算,1.轴的强度计算,对于圆截面的实心轴，其抗扭强度条件为：,求出的直径值，需圆整成标准直径，并作为轴的最小直径。如轴上有一个键槽，可将值增大4%5%，如有两个键槽可增大7%10%。,估算直径：, 弯扭合成强度计算（转轴）,2.轴的强度计算,转轴同时承受扭矩和弯矩，必须按二者组合强度进行计算。通常把轴当作置于铰链支座上的梁，作用于轴上零件的力作为集中力，其作用点取为零件轮毂宽度的中点上。具体的计算步骤如下：,1）画出轴的空间力系图

7、；（分解为水平面分力和垂直面分力） 2）计算水平面和垂直面上的弯矩并作出弯矩图； 3）计算合成弯矩M并作出弯矩图； 4）计算转矩M T并作出转矩图； 5）计算当量弯矩M ，绘出当量弯矩图。 6）根据当量弯矩图找出危险截面，进行轴的强度校核。,6.1.4 轴的设计计算,6.1.4 轴的设计计算,3.轴的刚度计算 扭转刚度条件为： 弯曲刚度条件为： y y ,开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支点情况，无法确定轴的受力情况，只有待轴的结构设计基本完成后，才能对轴进行受力分析及强度计算。 因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转受力情况对轴的直径进行估算。然后进行轴的结构设计后，再按弯扭合成

8、的理论进行轴危险截面的强度校核。,6.1.4 轴的设计计算,设计轴的一般步骤为：,1）选材;,2）按扭转强度估算轴的最小直径;,3）设计轴的结构，绘出轴的结构草图;,4）按弯扭合成强度进行轴的强度校核。,确定轴上零件的位置和固定方法； 确定各轴段直径、长度。,一般选23个危险截面进行校核。 若危险截面强度不够，则必须重新修改轴的结构。,6.1.4 轴的设计计算,小 结,1.轴的功用和分类,3.轴的结构设计,4.轴的强度计算,2.轴的常用材料及热处理,5.轴的设计,本节完,谢谢欣赏_,6.2 滑动轴承,第06章 轴系零件,目录,6.2.1 滑动轴承的类型、特点与应用 6.2.2 滑动轴承的结构形

9、式 6.2.3 滑动轴承轴瓦的结构形式 6.2.4 轴承材料 6.2.5 滑动轴承的润滑,6.2.1 滑动轴承的类型、特点与应用,滑动轴承：以轴颈与轴瓦（轴套）支承面间形成直接或间接滑动为主要特征，也即摩擦性质为滑动摩擦。 特点：承载能力大、抗冲击、噪声低、工作平稳、回转精度高、高速性能好等 按照承受载荷的方向，分为： 径向轴承：轴承上的反作用力与轴中心线垂直 推力轴承：轴承上的反作用力与轴中心线方向一致 组合轴承：同时承受轴向载荷和径向载荷,工作转速极高的轴承； 要求轴的支承位置精确、回转精度要求特别高的轴承； 特重型轴承；承受巨大冲击和振动的轴承； 必须采用剖分结构的轴承 要求径向尺寸特别

10、小以及特殊工作条件的轴承 用途：内燃机、汽轮机、铁路机车、轧钢机、金属切削机床、天文望远镜等,6.2.1 滑动轴承的类型、特点与应用,6.2.2 滑动轴承的结构形式,组成：由轴承座、轴瓦、润滑装置、密封装置等,6.2.2.1 径向滑动轴承,整体式滑动轴承 剖分式滑动轴承 调心式滑动轴承,1. 整体式滑动轴承,组成：轴承座、轴瓦 特点：结构简单、成本低、但无法调整轴颈和轴承孔间的间隙，磨损到一定程度须更换。装拆时须轴向移动，很不方便。 应用：轻载、低速、间歇工作的简单机械中。,2. 剖分式滑动轴承,组成：由轴承座、轴承盖、剖分轴瓦、轴承盖螺柱等组成 轴瓦是轴承直接和轴颈相接触的零件，常在轴瓦内表

11、面上贴附一层轴承衬。在轴瓦内壁不负担载荷的表面上开设油沟，润滑油通过油孔和油沟流进轴承间隙。 剖分面最好与载荷方向近于垂直，轴承盖和轴承座的剖分面常作成阶梯形，以便定位和防止工作时错动。,3. 调心式滑动轴承,轴承宽度与轴颈直径之比（B/d）称为宽径比。对于B/d1.5的轴承，可以采用自动调心轴承 特点：轴瓦外表面做成球面形状，与轴承盖及轴承座的球状内表面相配合，轴瓦可以自动调位以适应轴颈在轴弯曲时所产生的偏斜。,6.2.2.2 推力轴承,6.2.3 滑动轴承轴瓦的结构形式,结构：整体式、剖分式,6.2.3 滑动轴承轴瓦的结构形式,轴瓦应开设供油孔及油沟，以便润滑油进入轴承并流到整个工作面上。

12、通常油沟的轴向长度约为轴瓦宽度的80%，以便在轴瓦两端留出封油部分，防止润滑油的流失。轴瓦的油沟一般应开设在非压力区或剖分面上。,6.2.4 滑动轴承材料,常用的轴承材料有三类： 金属材料，如轴承合金、灰铸铁、减摩铸铁 金属陶瓷，如含油轴承 非金属材料，如酚醛塑料、尼龙,6.2.5 滑动轴承的润滑,目的：1）减少滑动轴承的摩擦、磨损、保证轴承正常工作。 2）冷却、防尘、防锈、缓冲吸振； 润滑剂：润滑油、润滑脂。固体润滑剂、水、空气。,1. 润滑油,润滑油是滑动轴承中应用最广的润滑剂，动/植物油、矿物油、合成油，目前使用的润滑油多位矿物油。 润滑油最重要的屋里性能是粘度，它也是选择润滑油的主要依

13、据。 粘度标志着液体流动的内摩擦性能，粘度大摩擦阻力大，油阻力大，有利于形成油膜。粘度随温度升高而减低。 性能指标还有凝点、闪点。,2. 润滑脂,组成：润滑油+各种稠化剂（钙、钠、铝、锂）+稳定剂膏状 特点：稠度大，不易流失，承载力也较大，但物理和化学性质不如润滑油稳定，摩擦功耗大，不宜在温度变化大或高速下使用。 润滑脂主要有： 钙基润滑脂 较好耐水性，但不耐热(60) 钠基润滑脂 较好耐热性(可达115-145) 铝基润滑脂 良好抗水性 锂基润滑脂 性能良好，既又耐热(-20-150),3. 润滑方式,k2：1）润滑脂润滑旋盖式油杯手工加油；2）润滑油润滑压注油杯、旋套式油杯定期加油,3.

14、润滑方式,k=2-16：滴油润滑,3. 润滑方式,k=16-32：油环带油方式，或飞溅、压力循环等连续供油方式进行润滑。,本节完,谢谢欣赏_,6.3 滚动轴承,第06章 轴系零件,目录,6.3.1 滚动轴承的结构、材料、特点、应用 6.3.2 滚动轴承的类型 6.3.3 滚动轴承的代号构成 6.3.4 滚动轴承类型的选择 6.3.5 滚动轴承组合结构设计,6.3.1 滚动轴承的结构、材料、特点、应用,结构 材料 特点和应用,1. 结构,组成：内圈、外圈、滚动体和保持架 内圈装在轴颈上，外圈装在机座或零件的轴承孔内。多数情况下，外圈不转动，内圈与轴一起转动。当内外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚道

15、滚动。保持架使滚动体均匀分布在滚道上，并减少滚动体之间的碰撞和磨损。,2. 材料,滚动轴承的内外圈和滚动体应具有较高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。一般用特殊轴承钢制造，常用材料有GCrl5、GCrl5SiMn、GCr6、GCr9等，经热处理后硬度可达60-65HRC。 滚动轴承的工作表面必须经磨削抛光，以提高其接触疲劳强度。 保持架多用低碳钢板通过冲压成形方法制造，也可采用有色金属或塑料等材料。 为适应某些特殊要求，有些滚动轴承还要附加其他特殊元件或采用特殊结构，如轴承无内圈或外圈、带有防尘密封结构或在外圈上加止动环等。 实体保持架多用铜合金或塑料制造较好定心作用,3. 特点和

16、应用,优点：与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、易于互换、旋转精度高、润滑简便和装拆方便等优点，被广泛应用于各种机器和机构中。 缺点：抗冲击性能差、高速时噪声大、工作寿命和回转精度不及精心设计和润滑良好的滑动轴承 滚动轴承为标准零部件，由轴承厂批量生产，设计者可以根据需要直接选用。,6.3.2 滚动轴承的类型,6.3.2 .1 按滚动轴承承载方向分类 6.3.2 .2 按滚动轴承滚动体形状分类 6.3.2 .3 按滚动轴承工作时能否调心分类,6.3.2 .1 按滚动轴承承载方向分类,向心轴承 主要承受或只承受径向载荷，：0-45 推力轴承 主要承受或只承受轴向载荷，：45-90,6.3.2 .2 按滚动轴承滚动体形状分类,球轴承 滚子轴承 圆锥滚子轴承 圆柱滚子轴承,调心球轴承1000,双列深沟球轴承4000,深沟球轴承6000,角接触球轴承7