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1、机械设计（10）,轴的设计举例,轴的设计,第十章 轴,概 述,思考与练习,一、轴的用途及分类,10.1 概 述,用途：支承回转零件及传递运动和动力。,除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到不开敞地空间位置。,轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。,10.1 概 述,问：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？,传动轴,转轴,转动心轴,转轴,转轴,转动心轴,如何判断轴是否传递转矩：,从原动机向工作机画传动路线，若传动路线沿该轴轴线走过一段距离，则该轴传递转矩。,如何判断轴是否承受弯矩：,该轴上除联轴器外是否还有其它传动零件，若有则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。
2、,10.1 概 述,10.1 概 述,二、轴的材料,1. 碳钢,2. 合金钢,一般用途的轴：优质中碳钢-30、40、45、50次要的轴：Q235、Q255、Q275,形状复杂的轴：QT600、ZG45常用来制作曲轴、凸轮轴，具有成本低、吸振性好、对应力集中敏感性小、强度较好等优点。,3. 铸钢或球墨铸铁,重要的轴 耐磨性要求高：12CrNi、20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，轴颈渗碳淬火高速重载：40Cr、40CrNi、35CrMo等合金钢，表面淬火、调质,轴的常用材料,10.1 概 述,一、轴的结构特点和设计步骤,10.2 轴的设计,根据总体结构的要求进行轴的结构设计,轴的承载能力验算
3、（校核轴径）,10.2 轴的设计,3. 轴的设计步骤,（1）结构设计：根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。,（2）轴的承载能力验算：指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。,2. 轴的设计内容,画草图、选材料、估算最小轴径,轴的结构设计1,目标：确定轴的合理外形和全部结构尺寸。,1、拟定轴上零件的装配方案,2、轴上零件的定位,轴向定位以轴肩、套筒、圆螺母、弹簧挡圈、轴端挡圈等来保证的。,周向定位通过键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合来实现的。,轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。,二、轴
4、的结构设计,10.2 轴的设计,10.2 轴的设计,装配方案的比较：,10.2 轴的设计,（1）轴肩、轴环,特点：结构简单，定位可靠，可承受较大轴向力； 但是使轴径增大，引起应力集中。,轴肩的尺寸要求:,轴圆角半径r 轴上零件倒角尺寸C 轴间高度h 或轴圆角半径r 轴上零件圆角半径R轴间高度h,10.2 轴的设计,或h(0.070.1)d,(与滚动轴承相配合处的h和b值,见轴承标准),一般，定位轴肩：h(35）mm,非定位轴肩:h(0.51)mm,轴环宽度:b1.4h,10.2 轴的设计,（2）套筒,防止过定位： L轴段长度=B轮毂宽-(13)mm,特点：结构简单,定位可靠,用于零件间距较小场
5、合,轴转速较高时不易选用。,（3）弹性挡圈,特点：结构简单,常用于滚动轴承的轴向固定，只能承受很小的轴向力。,10.2 轴的设计,10.2 轴的设计,（4）圆螺母加止动垫片,特点：多用于轴端，可承受较大轴向力，但螺纹对轴削弱较大。,注意：圆螺母与轴的相应端面应留有间隙。,特点：适用于固定轴端零件,（5）轴端挡圈,10.2 轴的设计,注意：轴端挡圈与轴的相应端面应留有间隙。,10.2 轴的设计,改进轴上零件的结构以减小轴的载荷,起重卷筒,卷筒和大齿轮做成一体,a)方案中轴既受弯矩又受扭矩,b)方案中轴只受弯矩,双联齿轮,分装齿轮,盘铣刀比端铣刀加工的键槽在过渡处产生的应力集中小。,改进轴的结构以
6、减小应力集中,改进轴的表面质量,表面强化处理，方法有：表面高頻淬火等热处理；表面渗碳、氰化、氮化等化学热处理；辗压、噴丸等强化处理；合理减小轴的表面及圆角处的加工粗糙度值。,4、轴的结构工艺性,10.2 轴的设计,1. 按扭转强度条件估算轴径,这种方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计算。在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。,实心轴的直径为：,轴的扭转剪切强度条件：,为了计及键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径,三、轴的强度计算,10.2 轴的设计,10.2 轴的设计,估算出轴的最小直径后，按轴的各段在装配中的作用，由小到大来定剩余轴段的直径。如起定位作用可大（610）
7、mm，如图中和、和、和，但轴肩或套筒直径应小于轴承内圈外径。若仅为装配方便或区别加工，可大（13）mm，如图中和、 和、和。退刀槽的尺寸可查手册。,各轴段直径的确定,10.2 轴的设计,各轴段长度的确定，应综合考虑零件的轮毂长度和相对箱体的安装位置，由内向外确定。一般轴头长度略短于与之配合的轮毂长度（13）mm，如和段要小于带轮宽和齿轮宽；轴上周向固定的键长度应小于该轴头（58）mm，并取标准，且靠近装入端（25）mm。,各轴段长度的确定,10.2 轴的设计,2. 按许用弯曲应力校核轴径,(2)画出轴的空间受力简图（水平面、垂直面；求支反力）,(4)画出转矩图（T）,(5)计算当量弯矩Md,(
8、3)画出弯矩图（水平面弯矩MH、垂直面弯矩MV、合成弯矩M）,(6)校核轴的强度,折算系数（与转矩性质有关）。,式中-1b为对称循环许用弯曲应力（表10-2）；,6.齿轮与右轴承装卸不便装齿轮处轴段的长度应小于齿轮轮毂的宽度；右轴承的右侧应有台阶。,10.3 轴的设计举例,指出图中轴结构设计中的不合理之处，并绘出改进后的结构图,2.齿轮右侧未作轴向固定（加套筒）,1.轴两端均未倒角（应45倒角）,7.轴端挡圈直接压在轴端轮毂上轴端挡圈与轴端应有间隙,3.齿轮处键槽太短,5.轴肩高度太大，左轴承无法拆卸,4.键槽应开在同一条母线上,例：找出下图轴结构的几处错误，并画出改正后的结构图。,轴设计举例
9、,解：（1）调整垫片（2）轴台阶过高（3）套筒处应留间隙（4）键槽过长,（5）套筒台阶过高（6）应留台阶（7）油封及间隙（8）调整垫片,轴设计举例,1为什么多数直轴要做成阶梯轴？轴采用两头小中间大的结构有什么好处？2自行车的前轴、后轴和中轴是心轴还是转轴？3分析轴的结构，有哪些减小应力集中的措施？如何提高轴的疲劳强度？4公式dA有何用途？A如何取，算出的d应为轴的哪一段直径？该段如有键槽应如何处理？5按当量弯矩校核计算轴强度时，T前为什么要乘折算系数？如何取值？6轴的强度计算有哪几种方法？各适用于何种情况？7零件在轴上的轴向定位及固定方法有哪些？各有什么特点？8指出图中所示轴系结构设计的错误，请改正（轴承采用油脂润滑）。,思考与练习,The End,
