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1、15-1 轴的概述15-2 轴的结构设计15-3 轴的计算第十五章 轴15-4 轴的设计实例2概述一、轴的功用二、轴的分类按承载情况分转轴n支承旋转零件n传递运动和力带式运 输机减速器电动机同时承受弯矩和扭矩3一、一、轴的功用轴的功用概述二、轴的分类二、轴的分类按承载情况分转轴n支承传动零件n传递运动和力心轴 固定心轴只承受弯矩前轮轮毂固定心轴前叉自行车 前轮轴4一、一、轴的功用轴的功用概述二、轴的分类二、轴的分类按承载情况分转轴n支承传动零件n传递运动和力心轴 固定心轴转动心轴只承受弯矩火车轮轴转动心轴5一、一、轴的功用轴的功用概述二、轴的分类二、轴的分类按承载情况分转轴n支承传动零件n传递
2、运动和力心轴 固定心轴 转动心轴 传动轴发动机后桥只承受扭矩6一、一、轴的功用轴的功用概述二、轴的分类二、轴的分类按承载情况分转轴n支承传动零件n传递运动和力心轴 固定心轴 转动心轴 传动轴按轴线形状分直轴7一、一、轴的功用轴的功用概述二、轴的分类二、轴的分类按承载情况分转轴n支承传动零件n传递运动和力心轴 固定心轴 转动心轴 传动轴按轴线形状分直轴 曲轴8一、一、轴的功用轴的功用概述二、轴的分类二、轴的分类按承载情况分转轴n支承传动零件n传递运动和力心轴 固定心轴 转动心轴 传动轴按轴线形状分直轴 曲轴 钢丝软轴（挠性轴 ）9n转轴：同时承受弯矩和扭矩n心轴：只受弯矩，不受扭矩w固定心轴w转
3、动心轴n传动轴：主要受扭矩，不受弯矩或弯矩很小概述载荷运转情况应力状态转轴弯曲 扭转单向弯曲：对称 扭转：脉动双向弯曲：对称 扭转：对称心轴弯曲固定静应力或脉动转动对称传动轴 扭转单向脉动双向对称各种轴的受力10q内容n工作能力的设计w强度-保证安全使用w刚度-保证工作精度w振动稳定性-保证高速轴正常工作n结构设计特点n边计算、边画图、边修改-“三边”设计方法概述三、轴设计的内容、特点11选择材料初算轴径结构设计强度、刚度计算确定轴的结构尺寸、绘图NY四、轴的设计步骤概述12一般用途的轴：优质中碳钢-30、40、45、50 次要的轴：Q235、Q255、Q275 重要的轴：合金钢n耐磨性要求高
4、：12CrNi、20Cr、20CrMnTi等低碳 合金钢，轴颈渗碳淬火n高速重载：40Cr、40CrNi、35CrMo等合金钢，表 面淬火、调质 形状复杂的轴：QT600、ZG45注意：200以下的碳钢、 合金钢E值相差不大概述五、轴的材料13轴的结构设计一、轴的结构设计的内容与要求 内容：确定轴的外形和全部结构尺寸要求：n轴和轴上零件要有准确的定位n轴上零件应便于装拆和调整n轴应具有良好的制造工艺性n结构上要有利于提高轴的强度、刚度，尽量减少 应力集中n有利于节省材料、减轻重量14轴的结构设计典型轴系结构齿轮轴承盖 轴端挡圈套筒滚动轴承联轴器15轴的结构设计拟定轴上零件装配方案 轴上零件的定
5、位 各段轴直径和长度的确定 提高轴的强度和刚度的措施 轴的结构工艺性二、轴的结构设计16轴的结构设计 （一）拟定轴上零件装配方案17轴的结构设计18轴肩或轴环 套筒 弹性挡圈 圆螺母加止动垫圈、双圆螺母 紧定螺钉、锁紧挡圈、销钉 轴端挡圈 圆锥面（二）轴上零件的定位-轴向定位轴的结构设计19轴的结构设计 1）轴肩、轴环轴肩轴环20结构简单，定位可靠，可承受较大轴向力特点轴的结构设计21轴肩的尺寸要求:r C 或 r RDdr RDdCr或h(0.070.1)dCDdrDdrRb（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：
6、b1.4hhh轴的结构设计22轴的结构设计 2）套筒23特点结构简单,定位可靠,用于零件间距 较小场合,轴转速较高时不易选用轴的结构设计24特点结构简单,只能承受很小的轴向力轴的结构设计3）弹性挡圈25固定可靠,装拆方便, 可承受较大轴向力, 但螺纹对轴削弱较 大.4）圆螺母加止动垫片轴的结构设计265）双圆螺母轴的结构设计27适用于轴向力很小,转速很低或 为防止零件偶然沿轴向滑动的 场合,亦可用于周向固定6）紧定螺钉 锁紧挡圈轴的结构设计28轴的结构设计29适用于固定轴端零件特点7）轴端挡圈轴的结构设计30轴的结构设计31能消除轴与轮毂间的径向间 隙,装拆较方便,对中性好,可兼 作周向固定,
7、但加工较困难8）圆锥面轴的结构设计32键 花键 销 过盈联接 成型联接（二）轴上零件的定位-周向定位轴的结构设计33特点装拆方便，互换性好，但对轴强度有削弱轴的结构设计1）键34特点精度要求较高，定心性好， 拆装方便，但制造需用专用 设备和工具。2）花键轴的结构设计35圆柱销圆锥销只能传递较小扭矩,互换性好,拆装方便,但对轴强度削弱较大.3）销轴的结构设计36轴的结构设计37q有配合要求的轴段注意配合零件的要求，尽量采用标准直径；q与标准件配合的轴段采用相应的标准值，例如：滚动轴承、联 轴器、密封装置，应满足装配尺寸要求。q非标准轴段： 定位轴肩 h(35)mm 非定位轴肩 h(0.51)mm
8、（三）各轴段直径的确定轴的结构设计38便于装拆 q轴上零件安装时，所经过轴上各段直径应小于安装 零件轮毂直径，以便于装拆。 q滚动轴承定位轴肩高度必须低于内圈端面高度，以 便于拆卸，具体尺寸由标准查出。39便于装拆40主要根据： w轴上零件的轴向尺寸 w相邻零件之间的距离 w轴上零件的装拆和轴 向固定一般: 轮毂长度L=(1.52)d 毂比轴长23mm（四）各轴段长度的确定轴的结构设计Ld23mm41轴肩直径较小的一边需磨削或车削螺纹时，须留出砂 轮越程槽、退刀槽；（五）轴的结构工艺性轴的结构设计 轴端应制出45的倒角；砂轮越程槽退刀槽4542n 一根轴上的圆角尽可能统一，退刀槽、越程槽、倒角
9、 尽量取同样尺寸；n 不同轴段的键槽寛度尽可能一致，并布置在同一母线上 ；轴的结构设计n 轴段的阶梯数量要尽可能少。43Tmax= T1Tmax = T2T3T2T1T2T1T3合理不合理 轴的结构设计（六）提高轴的强度和刚度的措施 1.合理布置传动零件位置，以减小轴上载荷输入 T1输出T2输出T3输入 T1输出T3输出T244轴的结构设计2.改进轴上零件结构，以减小轴上载荷QQ合理不合理 45轴的结构设计合理不合理463.改进轴的结构以减小应力集中1)轴结构要尽量避免突然变化， 增大过渡圆角半径，可采用轴的结构设计r内凹圆角隔离环472)轴与轮毂为过盈配合时，配合边缘会产生较大的应力 集中，
10、为了减小应力集中，可在轴或毂上开卸荷槽， 或加大配合部分直径。轴的结构设计483)盘铣刀比端铣刀加工的键槽在过渡处产生的应 力集中小；渐开线花键比矩形花键在齿根处的 应力集中小，设计时要适当考虑。轴的结构设计端铣刀盘铣刀4.改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度1)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；2)合理减小轴的表面及圆角处的加工粗糙度值。49轴的计算按扭转强度条件计算n传动轴n初估转轴直径-结构设计-校核n次要的转轴估算，再降低许用应力 按弯扭合成强度计算 安全系数法校核计算一、轴的强度校核计算二、轴的刚度校核计算50-设计
11、公式1 1. .按扭转强度条件计算按扭转强度条件计算轴的计算 一、轴的强度校核计算一、轴的强度校核计算轴的扭转强度条件为：为了计及键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径有一个键槽有两个键槽轴径d100mm轴径增大3%轴径增大7%轴径d100mm轴径增大5%7%轴径增大10%15%查表15-351作出轴的计算简图（即力学模型），求支承反力2.按弯扭合成强度条件计算轴的计算1)轴的载荷简化将轴上的分布载荷简化为集中力，作用在轮 毂宽度的中点；轴毂采用过盈配合时，由于轴的弹性变形， 载荷分布要向轴的两端集中；作用在轴上的扭矩从传动件轮毂宽度中点算 起；忽略轴上零件的自重及轴承中的摩擦力。52轴的计算F
12、FFl aa=(0.20.3)l将轴上的分布载荷简化为集中 力，作用在轮毂宽度的中点；轴毂采用过盈配合时，由于轴的弹性 变形，载荷分布要向轴的两端集中；532)轴的支承简化轴的计算lee与轴承的宽 径比有关54轴的计算FtFaFtFrFH2 FH1MHFrFaMV1BACDFV2MHFV1FV1MV2 M1 M2MVTTFV1FV1FH1 FV2FH2M=水平面受力图水平面弯矩图垂直面受力图垂直面弯矩图合成弯矩图扭矩图TT作出轴的计算简图画出垂直面受力 图及弯矩图MV画出水平面受力 图及弯矩图MH画出合成弯矩图M画出扭矩图T56校核轴的强度轴的计算扭转切应力 静应力脉动循环变应力对称循环变应力
13、 弯曲应力为对 称循环变应力 0.3 0. =1为考虑弯曲应力和扭转切应力循环特性不同时的折合系数。式中-1为对称循环变应力时轴的许用弯曲应力（可查表15-1）；571变形量的描述： 挠度 y 、转角 、扭角 设计要求：y y 2lTTl二、轴的刚度校核计算轴的计算yFFF”58y过大,则:n齿轮轴：偏载，破坏齿轮啮合n机床主轴：加工误差增大n电机轴：改变转子、定子间间隙，性能降低 过大，则：n滚动轴承：内外圈偏斜，寿命降低n滑动轴承：边缘接触 过大，则：n凸轮轴：改变内燃机配气时间过大变形对零件的影响轴的计算59一、轴结构设计问题专题轴系结构分析例题u 各段配合直径直应符合标准尺寸(GB28
14、2281)，而与滚动轴承、联轴器、油封等标准件配合的轴径(如图中轴的 段)，应符合标准件的内径系列。60轴系结构分析例题u 注意两种不同台阶的设计：一种台阶是定位用的(如图中轴的段、段、段)，这种台阶过低，定位作用差；过高，径向尺寸和应力集中增大，一般高度A(23)C或R(C、R分别为零件倒角和圆角半径尺寸)。另一种台阶是为了装配容易通过(如图中轴的、 )这种台阶高度很小，一般在直径方向上只差l3mm即可。61轴系结构分析例题u 与轴上零件(如齿轮)相配合的轴段长度L，要比轴上零件的宽度尺寸B短23mm(见图）u 轴的过渡圆角半径r要比相配合的零件的倒角c或圆角半径R小，这样零件端面才能紧贴轴
15、的台肩，起到定位作用。u 为制造方便，同一根轴上的圆角半径、倒角尺寸、中心孔尺寸等应尽量一致，几个平键槽的对称线均应处于同一直线上。62轴系结构分析例题 二、轴设计中常见错误1轴上零件的定位和固定方面3124需要轴向定位的 零件没有轴向定 位措施轴头没有比与之配 合的轮毂短键的尺寸或位置不合理，超出了 轮毂长度，使其他零件无法安装 到位轴头处没有键 联接（周向定 位）63轴系结构分析例题2轴上零件装拆方便方面3加工工艺性方面一根轴上有两处键联接，而键槽不在轴的同一母线上1(I)轴肩高度 或套简厚度 过大，超过 轴承内圈高 度使轴承拆 卸困难2(2)轴承处没有工艺轴肩，使轴承装 拆路线过长，装拆
16、困难3(3)轴头处键的位置 没有靠近轮毂装入端 ，使得轮毂装入困难64轴系结构分析例题 结构分析题：指出下图中轴系的结构错误，并改正1234567(7)轴上 有两个 键，但 两个键 槽不在 同一母 线上(6)因 轴肩 过高 ，两 个轴 承拆 卸困 难(4)齿轮上 的键槽没 打通，既 无法加工 也无法装 配。(3)齿 轮两 侧都 是轴 环， 无法 安装 到位(5)右轴承 的右侧轴上 应有工艺轴 肩，轴承装 拆路线长( 精加工面长 )，装拆困 难(2)轴与 右端盖 之间不 能接触 ，应有 间隙， 并有密 封措施(1) 轴右 端的带轮 不能通过 套筒利用 轴承端盖 轴向定位 ，转动零 件与固定 零件不能 接触65轴系结构分析
