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1、第十五 轴第一节 概述（一）用途及分类1、功用：支承旋转零件、传递运动和力。2、分类：按承载：心轴 只弯不扭 传动轴 只扭不弯 转轴 既弯又扭按轴的轴线形状不同：曲轴、直轴按轴截面：实心圆截面、空心轴、非圆截面轴（二）轴设计的主要内容1、设计组成：结构设计、工作能力设计2、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，合理定出轴的结构形状和尺寸。3、工作能力设计：轴的强度，刚度，振动稳定性等方面的计算。（三）、轴的材料1、选择依据：工作条件，强度和热处理，结构工艺性，环境条件。2、常用材料：碳钢，合金钢，球墨铸铁等碳钢：价廉，对应力集中敏感小，可进行热处理或化学热处理提高耐磨
2、性和抗疲劳强度。合金钢：优良的机械性能和热处理性能。适合高强度、耐磨性、耐高温性等要求。合金钢对应力集中较敏感。球墨铸铁和高强度铸铁：吸振性能好、对应力集中的敏感性较低。第二节 轴的结构设计1、结构设计包括：定出轴的合理外形和全部结构尺寸。2、轴的结构取决于以下因素：1） 轴在机器中的安装位置及形式。2） 轴上安装的零件的类型，尺寸，数量和轴联接的方法。3） 载荷的性质，大小，方向及分布情况。4）轴的加工工艺性等。3、轴结构设计的要求是：1） 轴及轴上的零件要具有准确的位置。2） 轴上的零件便于装拆和调整。3） 轴应具有良好的制造工艺性等。 下面来讨论轴的结构设计中要解决的哪几个主要问题：（一
3、）拟定轴上零件的装配方案 即：零件如何装，从哪边装，辅助零件有多少。（二）轴上零件的定位1、轴向定位：轴肩，轴套，轴承端盖，轴端挡圈等。2、周向定位：键，花键，过盈配合，紧定螺钉等。（三）各轴段直径和长度的确定1、各段直径与轴上的载荷大小有关。初步确定轴的直径时，通常还不知道支反力的作用点，不能决定弯矩的大小及分布，因而不能按轴所受的具体载荷及其引起的应力来确定轴的直径。1）按扭矩初步估算轴所需的直径2）从起，按轴上零件的装配方案和定位要求确定各段轴直径。3）安装标准件部位的轴径要取标准值。4）零件配合时，要注意轴径的变化情况。2、确定各段轴长度时，应尽能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配
4、或调整空间。（四）提高轴的强度的常用措施轴和轴上零件的结构，工艺以及轴上零件的安装布置等对轴的强度有很大的影响，所以要从这方面充分考虑，以提高轴的承载能力，减少轴的尺寸和机器的质量，以降低制造成本。1、合理布置轴上零件以减少轴的载荷为了减少轴所受的弯矩，传动件应尽可能靠近轴承，并尽量不采用悬臂支承形式。2、改进轴上零件的结构以减少轴的载荷3、改进轴的结构以减少应力集中的影响由于轴在变应力下工作，其截面尺寸突变处要产生应力集中，轴在此便发生疲劳破坏。因为提高其强度，采取措施：（1） 加大圆角半径；（2）加装隔离环；（3）加卸载槽；（4）相应加工方法 盘铣刀比端铣刀铣出的键槽应力小4、改进轴的表面
5、质量以提高轴的疲劳强度可采用：表面高频淬火等热处理，表面渗碳、氰化等化学热处理，碾压、喷丸等强化处理。（五）轴的结构工艺性即轴便于加工和装配轴上零件，且生产率高、成本低如：轴端要倒角，要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽；要切制的螺纹轴段，要有退刀槽等。（键槽布置同一条母线上，圆角，倒角，砂轮越程槽，退刀槽等尽量相同）结构设计后要进行校核，看看轴是否满足相应的强度和刚度。第三节 轴的计算（一）强度校核计算对于只受扭矩的轴（传动轴）按扭转强度计算对于只受弯矩的轴（心轴） 按弯曲强度计算对于既受弯矩又受扭矩的轴（转轴）按弯扭合成计算对于瞬时过载很大或应力循环不对称较为严重的轴，还应按峰尖载荷校核其静
6、强度，以免产生过大的塑性变形。1、 按扭转强度条件计算（传动轴）式中：为扭转切应力；为轴受扭矩；为轴的抗扭截面系数；为轴的转速；为轴传递功率；为计算截面处轴的直径。对于空心轴式中即为空心轴的内径与外径之比。注意：如果轴上开键槽，则应当相应地增大轴的直径。2、 按弯曲强度计算1）作出计算简图2）作出弯矩图3）校核其强度3、 按弯扭合成强度条件计算（转轴）1）作出计算简图2）作出弯矩图3）作出扭矩图4）作出弯扭合成图5）按弯扭合成来校核其强度由于轴在变应力下工作，要校核轴的安全程度。4、 按疲劳强度条件进行精确校核确定出一个或数个危险截面，求出计算安全系数，使其稍大于或至少等于设计安全系数。对于瞬时过载，要按静强度条件来进行校核。5、 静强度校核目的：是评定轴对塑性变形的抵抗能力。要求：危险截面静强度的计算安全系数大于屈服强度的设计安全系数。（二）轴的刚度校核轴加载弯曲或扭转变形过大性能降低1 刚度：弯曲：挠度、偏转角 扭转：扭转角2弯曲刚度： 挠度： 偏转角3扭转刚度：9
