单元五课题一

常用材料各种许用弯曲应力值可查手册。
[ 1 ] ——对称循环状态下的许用弯曲应力
三、轴的刚度校核
y ≤[ y ] θ ≤[θ] Φ ≤[Φ] 其中：[ y ]——轴的许用挠度 [θ]——轴的许用偏转角 [Φ ]——轴的许用扭转角
四、轴的设计步骤
1.选择轴的材料
2.初步确定轴的最小直径
3.轴的结构设计 4.轴的强度校核和刚度校核
1. 动载荷 静载荷：大小和方向不随时间而变化的载荷。 动载荷（或变载荷）：载荷明显要随时间变化，或 者是短时间内有突变的载荷。 工程实际中，大多数零件工作时所受到的载荷都 是动载荷，如内燃机、颚式破碎机中的构件。 2. 交变应力 （1）定义：动载荷作用下产生的随时间变化的应力。
（2）实例：
圆轴表面上任意一点A在任一瞬时的弯曲正应力为：
折算系数
[ 1 ] 1 ——对称循环扭转剪应力时 [ 1 ]

其中：
[ 1 ] 0.6 ——脉动循环扭转剪应力时 [ 0 ]
[ 1 ] 0.3 ——不变的扭转剪应力时 [ 1 ]
[ 0 ] ——脉动循环状态下的许用弯曲应力 [ 1 ] ——静应力状态下的许用弯曲应力
常用材料的[τ]值和C值
注意：轴上有键槽时，应将上式轴径d的计算结 果提高，一个键槽提高3～5%，二个键槽 提高7～10%
二、按弯扭合成强度条件校核
轴的结构设计后，用根据第三强度理论推 得的公式校核，即：
Mr r W
M (T) [ 1 ] 3 0.1d
2 2
其中：бr--当量应力； Mr --当量弯矩； M --合成弯矩； d --轴的直径； W --横截面的弯曲截面系数； α--折算系数
结构简单，但只能承受较小的轴向力。
2.轴上零件的周向定位和固定平键连接花键Fra bibliotek接销连接
成形连接
过盈配合
三、轴的结构工艺性
1.轴的结构应便于轴上零件的装拆和固定 通常做成阶梯轴。
2. 轴的结构应便于加工制造 （1）轴上需切制螺纹时应留出退刀槽；
（2）轴段需磨削时应留有砂轮越程槽；
（3）轴端和各轴段端部应有45º 倒角，轴上的倒角
单元五 轴系零部件
授课人：梅彦利
课题一、轴
5.1 轴的类型及其材料
5.2 动载荷与交变应力
5.3 轴的结构设计
5.4 轴的强度设计
5.5 轴毂连接
5.1 轴的类型及其材料
一、轴的功用及其类型
1.功用 1）支承回转运动零件；2）传递运动和动力 2.类型 ①按其结构形状分为光轴和阶梯轴。
光轴
阶梯轴
②按轴的轴线形状可分为:直轴、曲轴、挠性轴
②最小应力σmin
(4)交变应力的类型
O
对称循环应力r =-1
脉动循环应力r =0
非对称循环应力 -1< r <1且r≠ 0
静应力r =1
5.2 轴的结构设计
一、概述
1.典型转轴结构实例
2.轴的结构设计的概念 确定轴的外形及全部结构尺寸。 3.一般轴结构设计的基本要求 (1)定位要求 (2)固定要求 要求轴和轴上零件要有准确 的工作位置。 要求轴上各零件的位置要可
（2）轴上车制螺纹部分的直径，必须符合螺纹标准； （3）安装联轴器的轴头直径应与联轴器的孔径范围
相适应； （4）与零件相配合的轴头直径，应采用国家标准规定
的标准尺寸。
5.3 轴的强度设计
一、按扭转强度估算轴的最小直径
d
3
9.55 106 0.2[ ]
P P 3 C n n
其中：功率P—KW；转速 n—r/min；直径d— mm； C —由轴的材料和受载情况决定的常数
和圆角半径尽量一致；
（4）不同轴段有几个键槽时应位于同一母线上。
3.轴的结构应便于减少应力集中
（1）尽量减少阶梯数； （2）相邻轴段尺寸变化尽量小，且要有过渡圆角； （3）尽量避免在轴上开横孔、凹槽和加工螺纹；
（4）提高轴的表面质量，降低表面粗糙度。
过渡肩环
凹切圆角
卸荷槽
四、轴的尺寸
确定轴的直径除应考虑满足强度与刚度要求外， 还要考虑下面因素的影响： （1）与滚动轴承配合的轴颈直径，必须符合滚动轴 承内径的标准；
（2）套筒和圆螺母
应力集中，削弱强度
注意：轴上两零件相距较近时，一 般采用套筒；当两零件相距
较远时 ，可采用圆螺母。
（3）轴端挡圈和圆锥面 两者常结合起来使用，轴上零件装拆方便。
注意：主要用于轴上零件与轴的同心度要求较高
或轴受振动的场合，且多用于轴端。
轴端挡圈和圆锥面
轴端挡圈和圆柱面
（4）弹性挡圈和紧定螺钉
直轴
曲轴
挠性钢丝轴
③按轴功用和承载情况，可分为三种类型：
转轴—既传递扭矩又承受弯矩 心轴—只承受弯矩 传动轴—只传递扭矩
自行车前轴--心轴
汽车的传动轴
减速器轴—转轴
此外，轴还可以分为实心轴和空心轴。
二、轴的材料
1.选择轴的材料时应主要考虑的因素：
（1）轴的强度、刚度及耐磨性要求；
（2）轴的热处理方法及机加工工艺性的要求； （3）轴的材料来源和经济性等。 2.轴的常用材料 （1）碳素结构钢，如Q235、Q275等。 （2）35、40等优质碳素钢，其中价廉物美的45
M M A yA Rsin t Iz Iz
应力循环（或周期）：交变应力从最大变到最小、
再从最小变到最大的变化过程。
(3)交变应力的参数
③循环特征系数 min r max
④平均应力
m
m ax m i n
2
⑤应力幅 ①最大应力σmax
max min a 2
靠地固定。 (3)工艺要求 轴的结构应便于轴的加工和
轴上零件装拆。
(4)形状、尺寸要求
有利于减少应力集中。
二、轴上零件的定位和固定
1.轴上零件的轴向定位和固定 （1）轴肩和轴环 轴肩和轴环是轴段因直径变化而形成的结构， 都对轴上零件起单向定位和固定作用。
正确结构
错误结构
注意：参数R、R1、C1 、h和b要查阅设计手册确定。
应用最普遍。
（3）合金钢，如35CrMo、40Cr等，比碳钢更好 的机械性能和淬透性，价格更高。
（4）球墨铸铁，代替合金结构钢做形状复杂
的轴，吸振性好，对应力敏感性低。
3.轴的毛坯形式
一般采用轧制的圆钢或锻件。 附：轴常用材料及机械性能表
轴的常用材料及其机械性能表
5.2 动载荷与交变应力
一、动载荷与交变应力