w CH09-l 轴

设计的主要内容：
1、合理的选材； 2、合理的结构设计— 保证轴上零件有可靠的工作位置，装配、拆卸 方便，周向、轴向固定可靠，便于轴上零件的调整； 3、强度计算和校核 a、有足够的强度— 疲劳强度、静强度； b、有足够的刚度— 防止产生大的变形； c、有足够的稳定性— 防止共振— 稳定性计算。
三、轴的材料 1、碳素钢：30、35、45、50(正火或调质)，45应用最广。
§12-2 轴的结构设计
一、目的 确定轴的尺寸、形状：d、l； 二、要求 1、轴与轴上零件要有准确的相对位置； 2、便于轴上零件的装拆和调整； 3、受力合理——轴结构有利于提高轴的强度和刚度； 4、轴的加工、装配有良好的工艺性、减少应力集中； 三、轴的毛坯 d小——圆钢（棒料）：车制； d大——锻造毛坯； 结构复杂——铸造毛坯，如曲轴； 空心轴：充分利用材料，↓质量，但加工困难。
阶梯轴
曲轴：发动机专用零件
钢丝软轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。
钢丝软 轴
被驱动 装置 接头 钢丝软 轴
动力源
接头
钢丝软轴的绕制
轴的失效形式
1、疲劳破坏— 疲劳强度校核。
2、变形过大— 刚度验算（如机床主轴）。 3、振动折断— 高速轴，自振频率与轴转速接近； 4、塑性变形— 短期尖峰载荷— 验算屈服强度。
4.键槽应开在同一条直线上；
5.左轴承无法拆卸；
6.齿轮与右轴承装卸不便； 7.轴端挡圈未直接压在轴 端轮毂上。
例1：试指出图示轴系错误，并画出正确的轴系图。 3 2 1 4 5 6 7
8
合理结构
5、提高轴的疲劳强度、刚度和减轻重量的措施
1)、合理布置轴上零件，↓轴受扭矩。
4 3 2 输入轮 1 4 3 1 输入轮 2
问：火车轮轴属于什么类型？
问：自行车轴属于什么类型？
传动轴：只受转矩，不受弯矩M=0，T≠0 如：汽车下的传动轴。
汽车变速器与后桥联接轴
转轴：既传递转矩（T）、又承受弯矩（M） 如：减速器中的轴。
问：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？
0 轴： 传动轴
Ⅰ轴： 转轴
Ⅱ轴： 转动心轴 Ⅲ轴： 转轴 Ⅳ轴： 转轴
四、阶梯轴的结构设计
F
等强度
阶梯轴
1、拟定轴上零件装配方案
轴颈：装轴承处 组成
轴头：装轮毂处
尺寸= 轴承内径；
直径与轮毂内径相当；
轴身：联接轴颈和轴头部分；
装配方案的比较：
– 例如，图14所示为起重机卷筒的两种布置方案 ，图 a 的结构中，大齿轮和卷筒联成一体，转 矩经大齿轮直接传给卷筒，故卷筒轴只受弯矩
第十二章 轴的设计
§12-1 概述 §12-2 轴的结构设计
§12-3 轴的强度计算
§12-4 轴的刚度计算 §12-5 轴的振动
§12-1 概 述
一、轴的用途
1、支承轴上回转零件（如齿轮） 2、传递运动和动力
二、轴的分类
1、按承载分
心轴：只承受弯矩（M），不传递转矩（T=0）
转动心轴：轴转动
固定心轴：轴固定
P 9550 10 T n [ ] T T WT 0 .2 d 3
3
实心轴的直径为：
d 3
9550 10 3 P P A3 0.2[ T ] n n
式中：A－和 T 有关的系数。
T －许用扭转剪应力。
有2个键槽，轴径加大10％；
考虑到键槽的影响，应适当加大轴径： 有1个键槽，轴径加大5％；
Me d 3 mm 0.1[ 1 ] B
W——轴的抗弯截面系数， [σ-1]B－对称循环应力下轴的许用弯曲应力，表12-1 若轴上开键槽：d适当↑ 单键：↑（3~5）%，双键：↑（7~10）% 花键：计算出的d为内径。
三、按疲劳强度校核轴的安全系数
1、疲劳强度校核（精确校核计算）
1）按 M e 计算： 没有精确计入影响疲劳强度的其它重要因素。 应力集中（kσ、kτ） 尺寸系数（εσ、ετ）
特点：能承受冲击载荷，装 拆方便，但配合面加工较困 难。 应用：常用于轴的端部的零 件固定。
（2）周向定位与固定 键、花键、成形联接、弹性环联接、过盈配合、销等—— 轴 毂联接（第四章） 3、轴段尺寸 1）d：由载荷→dmin→由结构设计要求确定各段的d。 2）L：由轴上零件相对位置及零件宽度决定，同时考虑： a、 轴段长比轮毂宽小2~3mm——可靠定位。
b、 传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离(查手册)。 在确定轴的结构尺寸时，应注意以下几点（尽量采用标准 值）
1）估算的轴径作为轴上最细处的直径。 2）与标准件配合的轴径应根据标准件的尺寸设计。
eg:与轴承配合处，必须符合轴承内径的标准系列(逢五进一)； 螺纹处的直径应符合螺纹的标准系列；
3） 定位轴肩的高度（半径差） h≈（0.07 ～ 0.1）d＋1～2mm 。
价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。 2、中、低碳合金钢：强度高、寿命长，对应力集中敏感 ， 用于重载、小尺寸的轴。
注意：钢材 种类 热处理 ∴用 热处理 合金钢 对钢材弹性模量E影响很小，
不能提高轴的刚度。
问：当轴的刚度不足时，如何提高轴的刚度？ 3、合金铸铁、QT：铸造成形，吸振，可靠性低，品 质难控制，常用于凸轮轴、曲轴。
两斜齿轮旋向应相同
多个行星轮均布
5)、改变支点位置，改善轴的强度和刚度。
更差！
悬臂支承
a)悬臂支承方案
简支 支承
b)简支支承方案
悬臂支承正安装
c)悬臂支承方案(正安装）
锥齿轮减速器结构图
6)、改进轴的结构,减少应力集中
a 避免相邻轴径相差太大；
b 适当↑过渡圆角r ，或用凹切圆角 、肩环；
c ↓表面打印、紧定螺钉端坑等 ，合理选择键槽(盘铣)；
轴端挡圈
特点：能承受较大的轴向力及 冲击载荷，需采用放松措施。 应用：常用于轴的端部的零 件固定。
圆螺母和止动垫圈
圆螺母——轴承与零件之间的远距离定位；对轴的刚度削弱大 圆螺 母
圆螺母
止动 垫片
弹性档圈和紧定螺钉
弹性档圈 ——受力较小零件的固定；
圆锥面
紧定螺钉 ——仅能定位，不可受力；
特点：适用于轴 向力小，转速低 的场合；在有振 动和冲击的场 合，应防松。
d 过盈配合轴
：开减载槽；
r
a)过盈配合应力集中 b)轮毂上开卸载槽 7)、改善表面品质，↑疲劳强度。 ↓表面粗糙度；
c)轴上开卸载槽
d)增大轴径
表面强化：辗压、喷丸等。
1.05d
d1
d
d
§12-3 轴的强度计算
结构设计结束之后，对轴进行适当简化，并进行受力分析，计算出轴 所受的载荷，即可对轴进行校核计算。 三种方法：1、按扭转强度条件计算 2、按弯扭合成强度计算 3、按安全系数校核（包括疲劳强度校核、静强度校核） 轴的设计过程：
轴套
L
5)、装配段不宜过长。
6)、退刀槽和越程槽
越程槽：保证砂轮能磨削到轴肩，保证轴肩的垂直度；
退刀槽：加工螺纹时，退刀槽可以保证刀具退出。 7)、键槽布置
固定不同零件的各键槽应布置在同一母线上，以减少装夹次数。
例题：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。
1.轴两端均未倒角； 2.齿轮右侧未作轴向固定； 3.齿轮处键槽太短；
二、按弯扭合成强度计算（当量弯矩法）
这种方法适用于转轴和心轴的计算。
已知条件：作用力大小、位置、轴d、l、支点位置 由dmin(扭转初估)→结构设计→支点、力大小、作用点→画出M、T合成
弯矩图→危险截面→计算。 1、画出轴的空间受力简图：力分解到水平面、垂直面
2、作水平面弯矩Mxy图和垂直面弯矩Mxz图
选材料
估算轴的直径 轴的结构设计
轴的承载能力计算 验算合格?
no
yes 结 束
一、按扭转强度条件计算
§15-3轴的强度计算1
这种方法用于只受转矩或主要受转矩作用的轴（传动轴）的强度计算/ 初估最小直径dmin/不重要的轴。通常按这种方法估算转轴的直径。 一般已知：轴所受转矩的大小 扭转强度条件为：
，就难以放置拆卸工具的钩头。对外圈拆卸要求
也是如此，应留出拆卸高度 h1 ，（图 -18a 、 b ）
或在壳体上做出能放里拆卸螺钉的螺孔（图 c） 。
4、轴的结构工艺性
1)、轴应设计成阶梯状，且中间粗两头细便于零件从两端装入； 2)、与滚动轴承配合的轴肩高度或套筒高度应小于轴承内圈的厚度； 3)、轴端应有倒角：c×45°——便于装配。 4)、 与传动件配合的轴头长度应略短于轮毂的宽度2~3mm，以便于 轴上零件固定可靠； B
而不传递扭矩，在起重同样载荷W时，轴的直
径可小于图b的结构。
– 再如，当动力从两轮输出时，为了减小轴上载 荷，应将输入轮布置在中间，如图 15a 所示，
这时轴的最大转短为 T1 ；而在图 15b 的布置中
，轴的最大转矩为T1+T2。
2、零件在轴上的定位与固定
（1）轴向定位与固定
非定位 轴肩
轴环定 位
Ⅴ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、按轴线几何形状分
光轴
直轴
阶梯轴
又可分为实心、空心（加工困难）
光轴
空心轴
r ( Dd )/ 2
轴环： 环宽
b 1.4 h
轴承定位轴肩： 轴承定位时，应根据轴承标准要求确定肩高和圆角 轴承的轴肩要低于轴承内圈厚度，以便于拆卸轴承。
b）借助挡圈、圆螺母、套筒、紧定螺钉等固定；