材料力学CH15概要

2、轴的常用材料
碳素钢：常用的优质碳素钢有30、40、45、和50钢，其中45钢应用最多。优质碳 素钢具有较高的综合机械性能，常用于比较重要或承载较大的轴。
合金钢：常用的合金钢有20Cr、40Cr、35SiMn和35CrMo等。合金钢具有较高的综
合力学性能和较好的热处理性能，常用于重要、承载大而尺寸受限或有较高耐磨 性、防腐性要求的轴。
第十五章
§15-1 概述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的强度计算
轴
§15-1
一、轴的用途与分类 1、功用：
概述
1）支承回转零件； 2）传递运动和动力 2、分类：
按承载情况分：
◆心 轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。
◆ 传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。 ◆转 轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。
邻零件间必要的空间来确定。 例题中讲的详细，在课程设计中再进行练习。
四、提高轴的强度的常用措施
◆ ◆ ◆ ◆
合理布置轴上零件以减小轴的载荷 改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 改进轴的结构以减小应力集中的影响 改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度
合理布置轴上零件以减小轴的载荷
二、轴上零件的定位
◆ 应保证轴上零件有可靠的轴向和周向固定。 1、 零件的轴向定位 圆螺母定位：定位可靠、能承受较大的轴向力。多用于轴端。
二、轴上零件的定位
◆ 应保证轴上零件有可靠的轴向和周向固定。 1、 零件的轴向定位 弹性挡圈定位：结构简单、紧凑，只能承受很小的轴向力，常用于轴 承定位。
二、轴上零件的定位
二、轴上零件的定位
◆ 应保证轴上零件有可靠的轴向和周向固定。 1、 零件的轴向定位 轴肩、轴环定位：结构简单，定位可靠，能承受较大的轴向力，应用广泛。
二、轴上零件的定位
◆ 应保证轴上零件有可靠的轴向和周向固定。 1、 零件的轴向定位 套筒定位：一般在轴上零件间轴向距离不大时使用，由于定位套筒大多是 间隙配合，不宜用于高速轴。
◆ 应保证轴上零件有可靠的轴向和周向固定。 1、 零件的轴向定位 锥面定位：能承受冲击载荷，用于同心度要求较高的轴端零件。
二、轴上零件的定位
◆ 应保证轴上零件有可靠的轴向和周向固定。 1、 零件的轴向定位 轴端挡圈定位：定位可靠、装拆方便，用于固定轴端零件。
二、轴上零件的定位
◆ 应保证轴上零件有可靠的轴向和周向固定。 1、 零件的轴向定位 锁紧挡圈定位：结构简单，不能承受大的轴向力，常用于光轴上的零 件固定。
二、轴上零件的定位
◆ 应保证轴上零件有可靠的轴向定位和周向定位。 1、 零件的轴向定位 紧定螺钉定位：结构简单，轴上零件定位可调，轴向承载能力小。
为保证轴上零件有可靠的轴向固定，应注意以下几个问题。
教材和一些资料上讲，轴应短一 些，以保证定位可靠。在实际设计 时，要根据情况确定，不一定都要 短2-3mm，为充分利用轴的长度， 也可用公差控制，能保证定位即可。 注意画法
球墨铸铁：适于制造成形轴，它价廉、强度较高、良好的耐磨性、吸振性和易切
性以及对应力集中敏感性较低。
轴的常用材料及其性能
3、需注意几点：
由于常温下合金钢与碳素钢的弹性模量相差不多，因此当其他条件 相同时，如想通过选用合金钢来提高轴的刚度是难以实现的。 球墨铸铁和高强度铸铁因其具有良好的工艺性，不需要锻压设备， 吸振性好，对应力集中的敏感性低，近年来被广泛应用于制造结构 形状复杂的曲轴等。只是铸件质量难于控制。 轴的毛坯多用轧制的圆钢或锻钢。锻钢内部组织均匀，强度较好， 因此，重要的大尺寸的轴，常用锻造毛坯。
工作能力验算： 验算轴的强度、刚度和振动稳定性等方面是否满足要求。
轴的设计过程是：
按扭转强度初步估算轴径
根据总体结构的要求进行轴的结构设计 按弯扭合成验算
no
轴的精确校核
验算合格?
yes
结 束
三、轴的材料 1、轴材料选择时应考虑的因素：
轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素： • 轴的强度、刚度及耐磨性要求； • 轴的热处理方法及机加工工艺性的要求； • 轴的材料来源和经济性等。
三、各轴段直径和长度的确定 四、从结构设计上提高轴的强度，有哪些措施， 五、保证轴的结构工艺性
一、拟定轴上零件的装配方案
轴上零件的装配方案对轴的结构形式影响很大 以下的减速器输出轴的两种装配方案。
第一种方案齿轮从左端装入，右端轴环定位，左端一个短轴 套定位，安装方便，轴的强度和刚度都比较好。
第二种方案齿轮从右端装入，左端轴环定位，左端一个长轴 套定位，长套筒加工不便，轴的强度和刚度也不如第一种好。
其他分类：
◆心 轴
转动心轴
固定心轴

转动心轴
固定心轴
◆ 传动轴
◆转 轴
其他分类：
按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴、直轴和挠性轴三类。 曲轴
直轴
挠性轴
光 轴
阶梯轴
轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空
发动机的主轴。
空心轴
二、轴设计的主要内容
轴的设计包括结构设计和工作能力验算两方面的内容。 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， 合理地确定轴的结构形式和尺寸。
二、轴上零件的定位
◆ 应保证轴上零件有可靠的轴向定位和周向定位。 2、 零件的周向定位
周向定位的目的是保证轴上零件与轴一起转动，以传递运动和动力。
常用的定位方法有：键联接、销联接、型面联接、过盈配合联接等。 这些内容在联接部分已经讲过，不再重复。
三、各轴段直径和长度的确定 （参考例题中P378）
◆ ◆ ◆ ◆
首先按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径dmin。（见强度计算） 有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。 安装标准件的轴径，应满足装配尺寸要求，与标准件的轴径协调一致。 有配合要求的零件要便于装拆，如倒角、圆角，拆卸受力台阶等。 确定各轴段长度和位置时，主要是根据零件与轴配合部分的长度和相
§15-2 轴的结构设计
轴的结构设计应该确定：轴的合理外形和全部结构尺寸。
轴的结构设计1
轴的结构设计应该保证： ◆ 轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置； ◆ 轴上的零件应便于装拆和调整； ◆ 轴应具有良好的制造工艺性等。
合理的轴系 结构示例
轴的结构设计应着重解决好的几个问题：
一、拟定轴上零件的装配方案 二、轴上零件的定位