第3节 传动轴的组成与校核
传动轴设计及应用解读
• 准等速万向节：是指输入轴和输出轴以近似等速传递运动 的万向节。双联式万向节、凸块式万向节和三销轴式万向 节等为准等速万向节。主要用于转向驱动桥。
• 等速万向节：等速万向节是指输入轴和输出轴以等速传递 运动的万向节。球笼式万向节和球叉式万向节等为等速万 向节。主要用于轿车和驱动桥。 • 挠性万向节：挠性万向节依靠其中弹性零件的弹性变形来 保证在相交两轴间传动时不发生干涉。它能减小传动系的 扭转振动、动载荷和噪声，结构简单，使用中不需润滑， 一般用于两轴间夹角不大和很小轴向位移的万向传动场合。
传动轴的动平衡
• 传动轴总成不平衡是传动系弯曲振动的一个激 励源，当高速旋转时，将产生明显的振动和噪 声。所以传动轴装配后必须100％进行动平衡 检验，并在传动轴两端焊平衡片校正不平衡量， 其剩余不平衡量不应低于GB 9293中规定的G40 平衡品质等级。 • 影响传动轴动平衡品质的因素： 1、万向节十字轴的轴向间隙； 2、传动轴滑动花键副中的间隙； 3、传动轴总成两端连接处定心精度； 4、高速回转时传动轴的弹性变形。
传动轴额定载荷的确定
• • 传动轴的额定载荷是根据车型的配置参数计算出来的。先按发动机最大扭矩 计算，再按车轮的最大附着力计算，取二者中的小值作为额定扭矩。 1、按发动机最大扭矩计算： Mg=Memax×ik1×ip1/n 式中 Mg—按发动机最大扭矩计算时传动轴承受的扭矩，N.m Memax—发动机最大扭矩，N.m ik1 —变速箱一档速比 ip1 —分动箱低档速比 n —使用分动器低档时的驱动轴数目 2、按车轮最大附着力计算： Mφmax=G×rk×ψ/io 式中 Mφmax—按附着力计算时传动轴承受的扭矩，N.m G—满载时驱动轴上的载荷，N rk —车轮的滚动半径，m ψ —轮胎与地面的附着系数（在良好的沥青路面上取0.8） io —减速器速比
传动轴强度校核计算表
Mpa
0
Mpa
6.07
说明
查表 查表 查表 查表 查表 查表 查表 查表 查表 查表 查表 查表 查表 对称循环 脉动循环 对称循环 脉动循环
弯矩 危险截面安全系数
扭矩
2.54 8.08
安全系数
2.43
平均应力
弯曲 σm 扭转 τm
轴强度校核计算表
公式
计算值或数据 单位
截面
N•m
615
N•m
684
/cm3
23.70
cm
6.5
cm
1.8
cm
0.7
/cm3
50.7
Mpa
255
Mpa
140
0.34
0.21
பைடு நூலகம்
1.94
2.52
1.76
1.62
1.82
1.54
0.93
0.74
0.78
Mpa
28.86
Mpa
6.07
计算内容
扭矩
T
弯矩
M
抗弯截面系数
截面直径
d
槽宽
b
槽深
t
抗扭截面系数
弯曲疲劳极限 扭转疲劳极限
σ-1 τ-1
ψσ 钢的平均应力折算系数
ψτ
圆角 Kσ
有效弯曲应力集中 系数
配合
键槽
圆角 Kτ
扭转应力集中系数 配合
键槽
表面质量系数
β
扭转 ετ 绝对尺寸影响系数
弯曲 εσ
应力幅
弯曲 σa=M/Z 扭转 τa=T/2ZP
轴的校核和受力分析
SEU-QRM
21
轴向定位和固定——
⑦ 锁紧挡圈、紧定螺钉
锁紧挡圈用紧定螺钉固定在轴上，装拆方便，但不能承 受大的轴向力。
SEU-QRM
22
2. 零件在轴上的周向定位和固定——
定位方式的选择——考虑传递转矩的大小和性质、零 件对中精度的高低、加工难易等因素。
常用周向定位方法——键、 花键、成形、销、过盈配合 等，通称轴毂连接。紧定螺 钉也可作周向定位，但仅用 于转矩不大的场合。
Mandrel(心轴)——只承受弯矩而不承受转矩的轴，如自 行车轮轴。按轴转动与否，又可分为转动心轴和固定心 轴。
Transmitting Shaft(传动轴)——指只受转矩不受弯矩或 受很小弯矩的轴，如连接汽车发动机输出轴和后桥的轴。
SEU-QRM
4
Rotating shaft
Transmitting shaft
SEU-QRM
11
19.2 Structure Design of Shafts 轴的结构设计
轴结构设计的任务——在满足强度、刚度和振动稳定性的 基础上，根据轴上零件的定位要求及轴的加工、装配工艺 性要求，合理地确定轴的结构形状和全部尺寸。
轴的组成—— 轴颈(journal)——轴上被支承部分； 轴头——安装轮毂(hub)部分； 轴身——连接轴颈和轴头的部分。
19.1 Introduction 概述
轴用于安装传动零件(如齿轮、凸轮、带轮等)，使其有确定 的工作位置，实现运动和动力的传递，并通过轴承支承在 机架或机座上。
SEU-QRM
1
19.1.1 Classification of Shafts 轴的分类
按轴线形状分——直轴(straight shaft)、曲轴(crankshaft) 和软轴(flexible shaft)。
轴的强度校核方法
中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）轴的强度校核方法姓名：学号：性别：专业:批次：电子邮箱：联系方式：学习中心：指导教师：2XXX年X月X日中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）轴的强度校核方法摘要轴是用来支承回转运动零件，如带轮、齿轮、蜗轮等，同时实现同一轴上不同零件间的回转运动和动力的传递的重要的零件。
为实现机械产品的完整和可靠设计，轴的设计应考虑选材、结构、强度和刚度等要求。
并应对轴的材料或设备的力学性能进行检测并调节，轴的强度校核应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。
最后确定轴的设计能否达到使用要求，对轴的设计十分重要。
本文根据轴的受载及应力情况，介绍了几种典型的常用的对轴的强度校核计算的方法，并对如何精确计算轴的安全系数做了具体的介绍。
当校核结果如不满足承载要求时，则必须修改原结构设计结果，再重新校核。
最后，本文对提高轴的疲劳强度和刚度提出相应改进方法，并对新材料，新技术的应用进行了展望。
关键词：轴；强度；弯矩；扭矩；目录第一章引言 (5)1.1轴类零件的特点 (5)1.2轴类零件的分类 (6)1.3轴类零件的设计要求 (6)1.3.1、轴的设计概要 (6)1.3.2、轴的材料 (6)1.3.3、轴的结构设计 (7)1.4课题研究意义 (9)第二章轴的强度校核方法 (11)2.1强度校核的定义 (11)2.2常用的轴的强度校核计算方法 (11)2.2.1按扭转强度条件计算： (11)2.2.2按弯曲强度条件计算： (13)2.2.3按弯扭合成强度条件计算 (13)2.2.4精确计算（安全系数校核计算） (20)第三章提高轴的疲劳强度和刚度的措施 (25)3.1合理的选择轴的材料 (25)3.2合理安排轴的结构和工艺 (25)3.3国内外同行业新材料、新技术的应用现状 (26)总结 (31)参考文献 (32)第一章引言1.1轴类零件的特点轴是组成各类机械的主要和典型的零件之一，主要起支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷的作用。
轴的强度校核方法
2.2常用的轴的强度校核计算方法进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。
对于传动轴应按扭转强度条件计算。
对于心轴应按弯曲强度条件计算。
对于转轴应按弯扭合成强度条件计算。
2.2.1按扭转强度条件计算：这种方法是根据轴所受的扭矩来计算轴的强度，对于轴上还作用较小的弯矩时，通常采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。
通常在做轴的结构设计时，常采用这种方法估算轴径。
实心轴的扭转强度条件为：由上式可得轴的直径为T为扭转切应力，MPa式中：T为轴多受的扭矩，N • mmW T为轴的抗扭截面系数，mm3n为轴的转速，r/minP为轴传递的功率，KWd 为计算截面处轴的直径，mm［T］为许用扭转切应力，Mpa厲］值按轴的不同材料选取，常用轴的材料及［r］值见下表：空心轴扭转强度条件为:一虫其中［即空心轴的内径dl与外径d之比，通常取1 =0.5-0.6 d这样求出的直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。
例如，在设计一级圆柱齿轮减速器时，假设高速轴输入功率P仁2.475kw, 输入转速n仁960r/min，则可根据上式进行最小直径估算，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。
根据工作条件，选择45#钢，正火，硬度HB170-217,作为轴的材料，A0值查表取A0=112,则因为高速轴最小直径处安装联轴器，并通过联轴器与电动机相连接，设有一个键槽，贝心另外，实际中，由于减速器输入轴通过联轴器与电动机轴相联结，则外伸段轴径与电动机轴径不能相差太大，否则难以选择合适的联轴器，取d min = 0.8d电动机轴，查表，取d电动机轴=38mm,贝卩：综合考虑，可取dm/ -32mm通过上面的例子，可以看出，在实际运用中，需要考虑多方面实际因素选择轴的直径大小。
2.2.2按弯曲强度条件计算：由于考虑启动、停车等影响，弯矩在轴截面上锁引起的应力可视为脉动循环变应力。
轴的计算校核 计算表
轴传递功率
Kw
பைடு நூலகம்
4.25
轴转速n
r/min
33
转矩T
N.m
1229.83
最小计算轴径
mm
53.90
第二步，轴扭转强度校核（2选1）
已知电机功率和轴转速时
电机与轴参数
单位
输入与计算 备注
电机功率P
Kw
1
轴转速n
r/min
1400
最小设计轴径d mm
10
直驱输出力矩T N.m
6.82
必须>负载所需T
扭转剪应力τ
mm
10
Gpa mm4
79 981.75
°/m
0.74
备注
参考右侧数据库 和右侧库对比
电机启动时间t数据库 电机种类 伺服(0.05~0.2) 步进(0.1~0.3) 普通异步 重载
许用扭转强度[τ]数据库 材料牌号 20,Q235 30 35,Q275 321(Cr18Ni9Ti) 45 40Cr,42SiMn 35SiMn,38CrMnMo 420(2Cr13/3Cr13)
料切变模量G数据库 G（GPa） 79.4 79.4 44 73~76 39 41 26 24~26 0.5
扭转刚度[φ]经验库 [φ](°/m) 0.25~0.5 0.5~1 ≥1
说明： 对于受扭转轴的校核分为扭转强度校核和刚度校核
1，扭转强度校核公式：τ=T/Wt≤[τ] 其中τ的量纲Mpa（N/mm²）,T为转矩,量纲N.mm，Wt为扭转截 面系数,量纲mm³，可查询机械设计手册第5版3-105或通过以下 公式计算得到： 实心轴：Wt=πd³/16；空心轴：Wt=π(D4-d4)/(16*D)
传动轴校核
任务来源
根据XX项目设计要求，并依据总布置的要求对传动轴选型并做局部修改。
传动轴基本介绍
本车采用前置横置发动机前驱动的结构型式，前桥既转向又驱动。
传动轴输入端采用球面滚轮万向节，它为近似等速万向节；
传动轴输出端采用球笼式万向节，它为等速万向节；
这种带有万向节的传动轴用于不同轴心的两轴之间甚至在汽车行驶过程中相对位置不断变化的两轴之间结构型式：
传动轴滑移端滑移量简图
计算目的
校核
①传动轴的直径
②轴管的扭转应力
③传动轴花键齿侧挤压应力
④滑移线
位置不断变化的两轴之间传递动力。
传动轴布置及校核方法
传动轴布置及校核方法传动轴是一种用来传递动力和扭矩的装置，广泛应用于各种机械设备中。
在设计传动轴时，需要考虑其布置和校核方法，以确保传动轴的稳定性和安全性。
传动轴的布置方法主要包括以下几个方面：1.位置布置：传动轴的位置布置要考虑到传动装置的种类和布置要求。
通常情况下，传动轴的布置应尽量接近传动元件，如齿轮、链条等，以减小传动误差和部件的松动。
2.路由布置：传动轴的路由布置要尽量保持平直和直线，以减小传动误差和振动。
在实践中，可以通过选择合适的支撑方式、减小布置长度和合理选择径向和轴向间隙等方法来实现。
3.防护布置：传动轴在运行时会产生一定的旋转惯量和振动力，因此需要做好防护措施，以确保人员和设备的安全。
常见的防护方式有安装防护罩、设置安全限位装置等。
校核方法是确定传动轴尺寸和材料的过程，主要包括以下几个步骤：1.力学校核：首先需要根据传动轴所承受的载荷和扭矩进行力学校核。
力学校核可以通过应力分析、变形分析等方法进行。
校核应包括静态强度校核和疲劳强度校核。
2.刚度校核：传动轴在运行时会产生挠度和变形，因此需要根据运行要求和变形限制进行刚度校核。
刚度校核主要通过计算轴的刚度、挠度和变形等参数来确定。
3.动态校核：在一些高速传动轴的设计中，需要考虑其动力学性能。
动态校核主要是通过计算传动轴的固有频率和振动特性来判断传动轴的可靠性。
在动态校核中，通常要考虑传动轴的转动惯量、振动模态等。
4.材料选择：根据传动轴的校核结果，可以确定传动轴的尺寸和材料。
常用的传动轴材料有碳钢、合金钢、不锈钢等，根据不同的工作环境和要求，可以选择合适的材料。
总之，传动轴的布置和校核方法是确保传动轴稳定性和安全性的重要环节。
通过合理的布置和校核，可以保证传动轴在运行过程中的可靠性和长寿命。
在实际应用中，还需要结合具体情况进行分析和计算，并参考相关标准和规范来进行设计。
传动轴说明书
一、前言及传动轴系统介绍亲爱的用户，感谢您使用我厂生产的传动轴系列产品。
为了您更好地使用我们的产品，保证传动轴安全可靠地工作，请在使用前仔细阅读本说明书。
汽车传动轴系统一般由中间传动轴及支承总成、后传动轴总成组成、传动轴带滑动叉总成组成，用来把来自发动机、变速箱的输出扭矩和旋转运动传递到驱动桥，驱动车轮转动，并能适应因路面不平，车轮上下跳动引起的传递距离和角度的变化，整车传动系统如下所示：中间传动轴的前端与变速箱的输出法兰盘相连接，中间支承悬挂在车架的横梁下面（由U形托架固定），中间支承轴承安装在轴承座内、中间支承轴承可以轴向微量滑动，以此来补偿轴向位置安装误差和允许汽车在运行时轴承前后微量窜动，减少轴承的轴向受力。
轴承座装在蜂窝形橡胶环内，橡胶垫环内，橡胶垫环能够吸收传动轴的部分振动，降低噪音，并能适应传动轴安装角的误差，减少轴承上的附加载荷。
二、传动轴结构形式、特性及主要技术参数1、结构形式传动轴轴身通常是一壁厚均匀的轴管，在它的两端分别焊有万向节叉和带花键（滑动套）的轴头，滑动套在中间传动轴结构中，轴头的一端通过花键连接突缘盘；在后传动轴结构中，滑动套与轴叉相互配合，轴叉可沿滑动套轴向滑动，使滑动套作轴向滑动，传动轴可以伸缩，以适应汽车运行中后桥和车架的相对位置变化，传动轴两端用十字轴万向节分别与输入轴和输出轴连接。
2、特性传动轴总成出厂时必须100﹪进行动平衡校验，并在合适的部位焊接平衡片，以满足传动轴总成的动平衡要求。
经验收合格的传动轴在出厂前为保证动平衡后传动轴的原始装配位置，在后传动轴的轴管与花键滑动叉外表面上喷涂两个相对应的白色油漆箭头。
所有经过拆卸的传动轴在重新装复时，必须保证装配箭头在一条直线上。
后传动轴总成在整车上布置安装时，要保证滑动花键密封护套开口向下布置，防止传动轴在使用中雨水泥沙进入配合花键处，影响传动轴的使用寿命。
传动轴在整车上设计布置时，保证传动轴万向节工作夹角β与传动轴转速n的乘积nβ小于18000。
轴的强度校核方法
轴的强度校核方法摘要轴是机械中非常重要的零件，用来支承回转运动零件，如带轮、齿轮、蜗轮等，同时实现同一轴上不同零件间的回转运动和动力的传递。
轴的设计时应考虑多方面因素和要求，其中主要问题是轴的选材、结构、强度和刚度。
其中对于轴的强度校核尤为重要，通过校核来确定轴的设计是否能达到使用要求，最终实现产品的完整设计。
本文根据轴的受载及应力情况采取相应的计算方法，对于1、仅受扭矩的轴2、仅受弯矩的轴3、既承受弯矩又承受扭矩的轴三种受载情况的轴的强度校核进行了具体分析，并对如何精确计算轴的安全系数做了具体的简绍。
校核结果如不满足承载要求时，则必须修改原结构设计结果，再重新校核。
轴的强度校核方法可分为四种：1）按扭矩估算2）按弯矩估算3）按弯扭合成力矩近视计算4）精确计算（安全系数校核）关键词：安全系数；弯矩；扭矩目录第一章引言--------------------------------------- 11.1轴的特点---------------------------------------------1 1.2轴的种类---------------------------------------------1 1.3轴的设计重点-----------------------------------------1第二章轴的强度校核方法----------------------------42.1强度校核的定义-------------------------------------4 2.2轴的强度校核计算-----------------------------------4 2.3几种常用的计算方-----------------------------------5 2.3.1按扭转强度条件计算-------------------------------5 2.3.2按弯曲强度条件计算-------------------------------6 2.3.3按弯扭合成强度条件计算---------------------------7 2.3.4精确计算（安全系数校核计算）----------------------9 2.4 提高轴的疲劳强度和刚度的措施---------------------12第三章总结------------------------------------------13参考文献--------------------------------------------14第一章引言1.1轴的特点：轴是组成机械的主要零件之一。
传动轴布置及校核方法
传动轴布置及校核方法传动轴是机械传动系统中常用的一种零件，主要用于将发动机的动力传递给机械设备。
它是由两个或多个轮毂和中间的轴段组成。
传动轴的布置和校核是确保传动系统正常运转的重要环节。
本文将介绍传动轴布置的基本原则和校核方法。
1.直线布置：传动轴的布置尽量直线，轴段尽量缩短。
直线布置能减小传动轴的弯曲和振动，提高传动效率和传动精度。
同时，采用直线布置还能节省空间，简化传动系统结构。
2.曲线布置：若传动轴无法直线布置（例如传动装置之间相隔较远），可以采用曲线布置。
曲线布置需要考虑轴段的弯曲和转角对传动轴的影响，避免过大的转角和弯曲造成传动轴的过分弯曲和疲劳。
传动轴的校核方法主要包括静力学校核和疲劳校核。
1.静力学校核：静力学校核是指通过计算、分析传动轴在工作负载下的受力情况，来判断传动轴是否具有足够的强度。
静力学校核时需要考虑传动轴的受力情况、材料强度、线性和非线性变形等因素。
常用的静力学校核方法包括弹性力学计算、有限元分析等。
2.疲劳校核：疲劳校核是指通过计算、分析传动轴在长时间循环工作下的疲劳寿命，来判断传动轴是否具有足够的疲劳强度。
疲劳校核时需要考虑传动轴的应力集中情况、材料的疲劳性能、循环载荷和工作条件等因素。
常用的疲劳校核方法包括应力异常修正法、极限剩余应力法、伤害积累理论法等。
在传动轴的校核过程中，需要根据具体的传动方式、传动功率、传动比等因素来选择适当的校核方法和工具。
同时，还需要根据传动轴的实际情况和工作条件，合理选择材料、尺寸和制造工艺，以确保传动轴具有足够的强度、刚度和疲劳寿命。
总之，传动轴布置和校核是机械传动系统设计中重要的环节。
通过合理布置和科学校核，可以保证传动系统的正常运行和稳定工作。
传动轴设计算
参 数符号数值公 式■基本参数■传动轴外径,mmD 76传动轴内径,mmd 71传动轴长度,mmL 1135发动机额定转速,r/minn e 4000发动机最大扭矩,N.mmT emax 230000注意单位为N.mm 变速器传动比_1档i g1 4.3134变速器传动比_2档i g2 2.33用不上此数据变速器传动比_3档i g3 1.4364用不上此数据变速器传动比_4档i g41用不上此数据变速器传动比_5档i g50.7887变速器传动比_R 档i gr 4.2201后桥主减速器传动比i 0 4.1分动器传动比_高档i p 1分动器传动比_低档i d 2.48两驱车此处改为1分动器扭矩分配f 0.5一般为0.5:0.5，两驱车此处改为1■直径选择与临界转速校核■要求K＞[K]传动轴最高转速,r/minn max 5072传动轴临界转速,r/min n c9688临界转速时实际安全系数K1.91临界转速时许用安全系数[K] 1.60[K]=1.2~2.0■扭转应力计算■要求τmax ＜[τc ]传动轴计算转矩,N.mmT 11230182传动轴扭转应力,Mpaτc 59.9动载荷系数K 1.8K=1.5~1.8传动轴最大扭转应力,Mpaτmax 107.8传动轴许用扭转应力,Mpa[τc ]300材料为SS400，■花键齿侧挤压应力计算■要求σy ＜[σy ]花键转矩分布不均匀系数K ′ 1.4K ′=1.3~1.4花键大径,mmD h 36.333花键小径,mmd h 32.682花键有效工作长度,mmL h 85花键齿数n 020花键齿侧挤压应力,Mpaσy 32花键齿侧许用挤压应力,Mpa[σy ]40齿面硬度＞HRC35时，滑动式花键[σy ]= 25~ 50MPa ，非滑动式花键[σy ]=50~100MPa ■十字轴的强度计算■要求σw ＜[σw ],τ＜[τ]十字轴轴颈直径,mm d 117传动轴设计与校核[]0.2~2.1[K], max == K ＞n n K c )/(=5max p g e i i n n ⨯f i i T T d g e 1max =)(16441d D DT c -=πτ2228c +102.1=L d D n ⨯0'1)2)(4(n L d D d D K T h h h h h y -+=σ十字轴轴颈油道孔直径,mm d 26力作用点到轴颈根部的距离，mm S 6.25力作用点到十字轴中心距离,mm R 28.25万向节主从动叉轴的夹角,(°)α 3.4646十字轴颈所受最大垂向力,NQ max 21813十字轴颈部的弯曲应力,MPa σw 287十字轴颈部的剪切应力,Mpa τ110十字轴颈部的弯曲许用应力,MPa [σw ]350材料20CrMnTi,表面硬度HRC58~65,[σw ]=350MPa 十字轴颈部的剪切许用应力,Mpa[τ]120材料20CrMnTi,表面硬度HRC58~65,[τ]=120MPA ■十字轴滚针轴承接触应力计算■要求σj ＜[σj ]滚针直径,mmd 0 2.975滚针工作长度,mmL b 11.8滚针列数i 1每列中的滚针数Z 21一个滚针所受到的最大载荷,NF n 4778十字轴滚针轴承接触应力,Mpa σj 3440十字轴滚针轴承许用接触应力,Mpa[σj ]3200滚针和十字轴颈表面硬度＞58HRC ，[σj ]=3000~3200MPa ■连接螺栓强度校核与计算■要求σL ＜[σs ]螺栓安装端面分布圆半径,mm R 42.5单个螺栓所受摩擦力,NF A 7236可靠性系数K f 1.3K f =1.1~1.3螺栓连接接合面数量m 1接合面摩擦系数f 0.15螺纹小径,mmd L 8.647螺纹规格M10×1.25，查表得d L =8.647mm 单个螺栓所受拉力,NF p 62715单个螺栓所受拉应力,MPa σL 1068螺栓材料的屈服极限，MPa σs 900强度等级10.9,σs =900MPa 安全系数S 1.3安全系数S=1.3螺栓材料的许用屈服极限，MPa [σs ]692)cos 2/(1max αR T Q =()4241max 1w d 32d d S Q -=πσiZ F n Qmax 6.4=()2221max 4d d Q -=πτb n j L F d d ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=0111272σR T F A 4/1=mf /A f p F K F =2/4L p L d F πσ=S s s /][σσ=。
轴的选择与校核
α----折合系数 Me---当量弯矩
折合系数取值：α= 设计公式： d 3
材 料
0.3 ----转矩不变； 0.6 ----脉动变化； 1 ----频繁正反转。
mm
[σ-1b]
40
Me 0.1[ 1b ]
表14-3 σb
400
轴的许用弯曲应力 [σ+1b] [σ0b]
130 70
碳素钢
500 600
900
1000 400 500
330 100 120
150 50 70
90 30 40
折合系数取值：α= 设计公式： d 3
材 料
0.3 ----转矩不变； 0.6 ----脉动变化； 1 ----频繁正反转。
mm
[σ-1b]
40
Me 0.1[ 1b ]
表14-3 σb
400
轴的许用弯曲应力 [σ+1b] [σ0b] 对称循环状态下的 170 75 许用弯曲应力
F2H
F1F
MaF M
F
F2F M’a
a
M a M aF
2 2 M aV M aH
463 4142 8402 1400 N m
郑大工学院专用
M2F
M 2 M 2 F 927 N m
160~135
135~118
118~107
注: 当作用在轴上的弯矩比传递的转矩小或只传递转矩时,C取较小值; 否则取较大值
郑大工学院专用
对于既传递扭转又传递弯矩的轴，可按上式初步估算轴的直径。
二、 按弯扭合成强度计算 减速器中齿轮轴的受力为典型的弯扭合成。 在完成单级减速器草图设计后，外载荷与支撑 强度条件为： 反力的位置即可确定，从而可进行受力分析。
GA6460传动轴长度伸缩量校核-090306
项目名称：GA6461E4项目设计开发
编制：
校对：
审核：
批准：
吉奥汽车研究院
年月
GA6461E4项目各车型传动轴伸缩量校核
后桥上下跳动时传动轴的长度伸缩量（花键啮合长度变化量）如下表（不包括动力总成前后的蹿动量）：
车型分类
零件号
传动轴长度（两万向节间长度）mm
伸缩量（a＋b）G694×2后传动轴
2201010-30100
520.7
904.5
14＋7.6
4G694×4前传动轴
2203010-30101
641.8
—
4G694×4后传动轴
2201010-30101
1081
14.9＋7.9
注：1.a——后桥上跳时传动轴的长度缩短量（花键啮合长度增加量）；
2.b——后桥下跳时传动轴的长度伸长量（花键啮合长度减小量）；
3.各车型的传动轴的法兰叉长度按44.8 mm设计（如图1）。
各车型动力总成部分的前后极限蹿动量：
4G69 5的约为向前13.4 mm和向后16.8 mm；
前传动轴由前桥引起的伸缩量按0 mm设计，但是前桥同样是有微小的前后蹿动，只是很小。前桥的伸缩量主要是由动力总成的前后蹿动引起的，设计时只考虑这一蹿动量即可。
传动轴结构
㈣传动轴的材料
传动轴的材料应具有高强度、可塑、 传动轴的材料应具有高强度 、可塑、 耐疲劳和耐冲 击的良好机械性能，且易于机械加工。 击的良好机械性能，且易于机械加工。 民用船舶广泛使用30 、 35、 45号优质碳素钢的锻件 民用船舶广泛使用 30、 35 、 45 号优质碳素钢的锻件 做轴的材料。 为降低成本 ， 轴径小于 200mm 的中间 做轴的材料 。 为降低成本， 轴径小于200mm的中间 轴和螺旋桨轴也可用热轧圆钢来代替。 轴和螺旋桨轴也可用热轧圆钢来代替。 一些裸露在水中的轴还常常选用不锈钢， 一些裸露在水中的轴还常常选用不锈钢，国际上常 用的是316不锈钢（美国AISI标准） Cr18Ni9 用的是316不锈钢（美国AISI标准）。1Cr18Ni9Ti 舰艇及高速船为减轻轴系重量，可采用合金钢 ， 舰艇及高速船为减轻轴系重量，可采用合金钢，但 是合金钢价格昂贵， 且对各种形式的凹槽 ( 如键槽) 是合金钢价格昂贵 ， 且对各种形式的凹槽( 如键槽 ) 、 表面伤痕和轴径的突变等较敏感， 表面伤痕和轴径的突变等较敏感，机械加工要求较 高，因此非必要时应尽量避免采用。 因此非必要时应尽量避免采用。 用做轴材料的锻件，其化学成分、 用做轴材料的锻件 ，其化学成分、机械性能均应符 合规范规定的数据。 详见《 轴系锻件技术要求 》 合规范规定的数据 。 详见 《 轴系锻件技术要求》 CB/T1159-98。 CB/T1159-98。
180～ 180～ 260
260～ 260～ 500
500～ 500～ 800
＞800
≤0.025 ≤0.035
≤0.045 ≤0.055 ≤0.065 ≤0.075
螺旋桨轴铜轴套的厚度
轴套的厚度可按下表选定: 轴套的厚度可按下表选定: 单位mm 单位mm d是轴承档处基本直径
传动轴布置及校核方法
用初选的传动轴长度进行校核，将移动节中心坐标及工作角度和固定 节中心点坐标分别测量出来，将这些点输入厂家提供的梯形图进行比较。 如果不满足要求，需与以上各状态一起进行传动轴长度的调整或发动机姿 态的调整。
（三）其他工况校核
1、Braking at 0.9g.（0.9g的减速度制动） 2、Right turn at 0.9g.（0.9g的加速度向右转弯） 3、Left turn at 0.9g（0.9g的加速度向左转弯） 4、Driving away in first gear.（一档起步） 5、Driving away in rear gear.（倒档起步） 6、Rear crash at 25g. (only for USA market)（25g加速度后碰） 7、Jolt upwards at 3.5g（3.5g加速度向上晃动） 8、Jolt downwards at 4.5g.（4.5g加速度向下晃动）
传动轴布置方法
传动轴布置步骤：
传动轴的布置与动力总成的布置紧密相关，实际上属于同时布置；
一 初步确定传动轴位置
先初步确定动力总成位置
动力总成布置
传动轴布置
考虑因素：
左右：与左右纵梁静、动态间隙
上下：静、动态间隙、行人保护、台阶保护、离地间隙
前后：静、动态间隙、碰撞安全、温度场
通过移动旋转动力总成来满足上述要求；
传动轴布置及校核方法
——公用技术院
共二十页
传动轴基本介绍
传动轴连接差速器与轮胎以传递动力，现多用万向传动轴，即包括两个十字轴万 向节与一根可伸缩的传动轴。万向传动轴应能适应所联两轴夹角及相对位置在一定范 围内的不断变化并且能可靠、稳定、高效地传递动力，保证所联两轴能等速旋转。
轴的强度校核方法
2.2常用的轴的强度校核计算方法进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采 取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。
对于传动轴应按扭转强度条件计算。
对于心轴应按弯曲强度条件计算。
对于转轴应按弯扭合成强度条件计算。
2.2.1按扭转强度条件计算：这种方法是根据轴所受的扭矩来计算轴的强度， 对于轴上还作用 较小的弯矩时，通常采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。
通常 在做轴的结构设计时，常采用这种方法估算轴径。
实心轴的扭转强度条件为：P TT _WT9550000严w T由上式可得轴的直径为d.nT 为扭转切应力，MPa式中：T 为轴多受的扭矩，N • mmW T 为轴的抗扭截面系数，mm 3n 为轴的转速，r/min P 为轴传递的功率，KW d 为计算截面处轴的直径，mm［T ］为许用扭转切应力，Mpa ［片］值按轴的不同材料选取，常用轴的材料及［r ］值见下表：表1 轴的材料和许用扭转切应力空心轴扭转强度条件为：-=dl其中1即空心轴的内径*与外径d之比，通常取1 =0.5-0.6 d这样求出的直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。
例如，在设计一级圆柱齿轮减速器时，假设高速轴输入功率P仁2.475kw, 输入转速n仁960r/min，则可根据上式进行最小直径估算，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。
根据工作条件，选择45#钢，正火，硬度HB170-217,作为轴的材料，A0值查表取A0=112,则:P 丨2 475d min - A o 112 15.36mm,厲960因为高速轴最小直径处安装联轴器，并通过联轴器与电动机相连接，设有一个键槽，贝心d m/ =d min (1 7%) =15.36 (1 7%) = 16.43mm另外，实际中，由于减速器输入轴通过联轴器与电动机轴相联结，则外伸段轴径与电动机轴径不能相差太大，否则难以选择合适的联轴器，取d min =0.8d电动机轴，查表，取d电动机轴=38mm,贝卩：d m in = 0.8d电动机轴=0.8* 38 = 30.4mm综合考虑，可取d min' =32mm通过上面的例子，可以看出，在实际运用中，需要考虑多方面实际因素选择轴的直径大小。
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第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
推力轴和中间轴 推力轴
带整锻式法兰的中间轴 在船舶轴系中，除用滚动式推力轴承的推力轴外，一般推力轴上均设有 整锻式法兰、设有专门的推力环
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3第一章船舶轴系及传动装置设计
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的材料
船舶轴系的中间轴、推力轴、尾轴与螺旋桨轴等为锻钢部件。 民用船舶广泛采用优质碳素钢锻制。其中最普遍选用35号钢 舰艇及少数快速客船为减轻轴系重量，采用合金钢 小型海船，为了避免海水的腐蚀，常采用不锈钢轴(用于水润滑的轴系)。 作为传动轴材料的锻钢件，其化学成分、抗拉能力、耐冲击性能、低倍 组织检查和高倍金相分析等必须符合“海规”与“河规”的要求。
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
安全系数 许用安全系数一般由经验来确定，选择时应考虑以下原则： 材料性质及加工、装配质量 合金钢材料，对各变化与突变敏感，应力集中系数高，安 全系数取大值 军用船舶轴系的工作条件比商船有利，一般计算轴径时， 是按最大负荷做计算依据，实际上在轻负荷下航行较多，故 为了减轻轴的重量采用较高的许用应力和较低的安全系数
S K [K ] P
бs—材料屈服极限 бp—静强度计算的合成应力 [K]—许用安全系数
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
安全系数 许用安全系数一般由经验来确定，选择时应考虑以下原则： 轴的负荷情况 尾轴工作条件较中间轴为差，受力复杂、与海水接触，安 全系数应取大些 对刚性传动轴系，由于受到发动机交变扭矩负荷，材料易 发生疲劳，故其安全系数也应取得比柔性传动的轴大一些
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
转矩作用下的轴扭转角度的校核计算
在主机转动作用下，传动轴所发生的扭转弹性变形可按下式求出：
M t 180 102 IP G
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成 传动轴的材料 传动轴的计算 传动轴的强度校核
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
传动轴主要由螺旋桨轴、尾轴、中间轴和推力轴组成 轴段的数目和配置主要决定于船形、动力装置类型和机舱的 位置
第一章船舶轴系及传动装置设计
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
由安装误差引起的弯曲应力
W 1 1500~ 3000
合成应力
2 P ( Y W W1 )2 3 K
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第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
安全系数
传动轴的静强度校核计算结果应符合下式要求
WW
d z3
16
(1 m4 )
d0 m dz
M—轴的中孔系数，实心轴m=0 dz—轴的最小直径 d0—中孔直径。
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第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
由螺旋桨推力产生的压缩应力
Y T / FW
T—螺旋桨推力 FW—轴的截面积(cm２)
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第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
螺旋桨轴和尾轴 螺旋桨轴的尾部结构
螺旋桨轴的尾部是供安装螺旋桨所 用，并传递和承受以下的负荷： 锥形部分用来承受正车推力 倒车推力由固定螺母来承受 主机的转矩则靠其键槽中所装的 键或者液压安装螺旋桨过盈配合锥 面的摩擦力传给螺旋桨 桨轴最末端的导流罩 ( 也称减阻 帽 ) ：为减少桨后面的涡流损失以 及保持轴末端的水密性而设置
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的计算
船舶轴系设计时，其直径一般都是按我国的相应“船规”进行计算，然 后作强度校核 对于钢质海船，根据《钢质海船入级与建造规范》，各段轴的直径d应不 小于按下式计算的值：
Peb 608 d 100C ( ) neb b 176.5
3
Peb—轴传递的最大持续功率(kW) neb—轴传递Peb时的转速(r/min) бeb—轴材料的最小抗拉强度；C—适用系数
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
由主机扭矩引起的剪应力
K M K / WW
MK—主机最大功率时平均扭矩 WW—轴的抗扭截面模数
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成 螺旋桨轴和尾轴
轴干与轴颈 装有轴套或直接与尾轴承接触处称轴颈 轴颈之间的中间最细的部分为轴干 轴套和轴干保护层 轴套是套在尾轴轴颈上的金属圆筒，用来防止轴颈的擦伤 和腐蚀 采用水润滑轴承的海船尾轴轴颈上装有轴套(红套，过盈配 合) 轴干上包有玻璃钢包覆层
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
轴段本身质量及法兰、螺旋桨等集中载荷以及曲线安装偏移 量引起的弯曲应力
W M W / WZW
MW—由轴系校中计算求得的最大弯矩 WZW—轴的抗弯截面模数
WW
d z3
32
(1 m4 )
d0 m dz
M—轴的中孔系数，实心轴m = 0 dz—轴的最小直径 d0—中孔直径
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
推力轴和中间轴 中间轴
中间轴一般设在尾轴与推力轴之间，也有的在柴油机的飞轮输出端设置 一根中间短轴及轴承，用以分担重量，调整曲轴的拐挡差，使之满足规 范的要求
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
推力轴和中间轴 中间轴
中间轴两端的连接件不同，主要有两种类型： 带整锻式法兰的中间轴。目前，大、中型船舶上采用这种中间轴。它 具有重量轻、尺寸小、安装方便等优点，但需要有锻压设备进行加工。 其法兰也可采用焊接结构。 两端为锥体的中间轴。一般用于小型船舶或采用滚动式中间轴承的船 舶。由于联轴器可拆，其重量加重、尺寸加大。