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1、1. 分类,第十五章 轴,一、概述,按轴心线形状分,曲轴（crank shaft）,几何轴线不在同一条直线上的轴,轴是用来支撑回转零件、传递运动和动力 所有回转零件都必须支撑在轴上。,直轴,几何轴线在同一条直线上的轴,钢丝软轴（flexible shaft）,由多组钢丝分层卷绕而成，有良好的挠性,心轴（mandrel）,按传递载荷分,只承受弯矩不受扭矩的轴,传动轴(transmission shaft),主要受扭矩或弯矩很小的轴,转轴,既受弯矩又受扭矩的轴,光轴（plain shaft）,阶梯轴（stepped shaft）,空心轴（hollow shaft）,实心轴（solid shaft）
2、,从加工工艺上考虑，最好做成直轴，但轴上零件不好固定； 从受力角度考虑，最好是等强度的抛物线回转体，但不好加工，零件也不好固定； 所以，轴都做成阶梯轴。,按轴的外形分,形状简单，加工方便，轴上零件装配定位困难,能满足定位和装配方便的需要,2. 轴的材料, 碳素钢,常用30、40、45号钢, 合金钢,40Cr、40CrNi、20Cr、38SiMnMo,价格便宜，对应力集中敏感性小，为了保证机械性能，应进行调质或正火处理。,具有较高的机械强度，更好的淬火性能，所以，在传递大功率、减轻重量、提高轴颈耐磨性时采用。,强度和刚度计算； 振动稳定性计算 ； 结构设计。,3. 轴设计的主要内容, 铸铁,QT
3、6003、QT8002,选择轴的材料和热处理方式时，主要考虑强度和耐磨性，而不是轴的弯曲和扭转刚度。,易做成复杂的外形，价廉，具有良好的吸振性和耐磨性，对应力集中敏感性较低，但铸造品质难控制，可靠性较差,二、轴的结构设计,轴在机器中的安装位置及形式； 轴上零件的类型、尺寸、数量； 轴上载荷的性质、大小、方向及分布； 轴承的类型、尺寸和布置； 轴的毛坯和加工工艺； 轴上零件的装配方案。,1. 影响轴结构的因素,装配方案对轴结构的影响,一端装配,两端装配,2. 轴的结构应满足的条件,装在轴上的零件有准确的工作位置； 便于零件的拆装和调整； 具有良好的加工工艺性。,轴与轴承配合的部分,轴颈（neck
4、 of shaft）,轴头（axle-neck）,3. 轴各段的名称,轴肩（shaft shoulder）,轴身,轴和回转零件的配合部分,轴的直径变化所形成的阶梯处,联接轴颈和轴头的部分,拟定轴上零件的装配方案,选方案时，应尽量减少轴上零件的个数、轴自重，有好的加工工艺性和合理的受力,4. 轴的结构设计方法,确定轴的基本直径和各段长度,n轴的转速（rmin） P轴传递的功率（kW） 许用扭转剪应力（MPa） A0系数，查表153,对空心轴：,d100mm时： 单键槽增大3%，双键槽增大7%； d100mm时： 单键槽增大57%，双键槽增大1015%,空心轴内外径比系数,轴上零件的轴向定位,轴肩
5、定位,定位轴肩的高度 h(0.070.1)d,非定位轴肩高度为12mm,套筒定位,用于两个零件之间的定位，不易用于较大距离两零件之间的轴向定位，不易用于高速旋转之处,套筒,轴长比轮毂宽度短23mm,轴端挡圈定位,圆螺母定位,可以承受较大的轴向力，适用于轴端零件的定位,可承受大的轴向力，有应力集中，用于轴端零件的定位。,轴承端盖定位,用于整个轴的轴向定位,轴承端盖(透盖),轴承端盖(闷盖),弹性档圈定位,紧定螺钉定位,锁紧档圈定位,只能承受不大的轴向力,适用于有冲击载荷和同心度要求较高的场合,键、花键、过盈配合、紧定螺钉,圆锥面定位,轴上零件的周向定位,5. 轴的结构工艺性,尽量增大过渡圆角半径
6、，轴上各处的圆角半径应尽可能统一,为便于装配零件，应去毛刺，轴端制出45倒角,进行磨削加工要有砂轮越程槽,要车制螺纹，需要退刀槽,键槽应置于同一直线上,三、轴的计算,1. 轴的强度校核计算, 按弯扭合成强度条件计算,画出扭矩图（T）,水平力FNH和MH,MH 和MV的合成,计算弯矩,垂直力FNV和MV,考虑扭矩和弯矩作用性质差异的系数 按扭转切应力性质取： 静应力， 脉动循环应力， 对称循环应力，,强度校核, 轴承支点位置的确定,滚动轴承：宽度的中点；, 按疲劳强度精确校核,只有法向应力时,只有扭转剪应力时,安全系数,材料均匀、载荷与应力计算精确时，S1.31.5 材料不够均匀、计算精度较低时
7、，S1.51.8 材料均匀性和计算精度很低，或轴的直径d200mm时，S1.82.5,不满足要求时可采取的措施,结构设计上降低应力集中的影响,增大过渡圆角半径； 不在受载区加工螺纹； 放松轴与零件的配合。,采用能强化机械性能的工艺方法,减小表面粗糙度 表面强化处理,表面碾压、喷丸处理,表面高频淬火 渗碳 氰化 氮化,用高强度材料，或加大轴的直径。, 按静强度校核,适用于瞬时过载很大，或应力循环不对称性较为严重的轴,强度条件,SS按屈服强度的设计安全系数,高塑性材料轴,中塑性材料轴,低塑性材料轴，S1.82 铸造轴，S23,SSca危险截面静强度的计算安全系数,只考虑弯矩和轴向力时的安全系数,材
8、料的抗弯屈服极限,Mmax轴危险截面上的最大弯矩 Fmax轴危险截面上的最大轴向力 A轴的危险截面的面积 W危险截面的抗弯截面系数,只考虑扭矩时的安全系数,材料的抗扭屈服极限,Tmax轴危险截面上的最大扭矩 WT危险截面的抗扭截面系数,2. 轴的刚度校核计算, 轴的弯曲刚度校核,li阶梯轴第i 段的长度 di阶梯轴第i 段的直径 L阶梯轴的计算长度,z阶梯轴计算长度内的轴段数 y轴的允许挠度，查表155,载荷作用于两支承之间时，Ll（支承跨矩） 载荷作用于悬臂端时，Ll+K （悬臂长度）,轴的允许偏转角，查表155, 轴的扭转刚度校核,光轴：,阶梯轴：,T轴所受的扭矩 G轴材料的剪切弹性模量 钢材：G8.1104 IP轴截面的极惯性矩,L阶梯轴受扭矩作用的长度 Ti、li、IPi第i 段上的扭矩、长度、极惯性矩 z阶梯轴受扭矩的轴段数,轴每米长的允许扭转角,一般传动轴，,精密传动轴，,精度要求不高的轴，,
