机械设计基础课件第9章轴和轴承

9.1.3.轴的材料及选择
碳素钢—35、40、45、Q235
特点： 对应力集中的敏感性小、价格较便宜、
可热处理，应用广泛。
合金钢—20Cr、40Cr
特点：良好的力学性能和热处理工艺性、对
应力集中敏感，价格较贵。
球墨铸铁 特点：铸造性能好、吸振性好、对应力集中 不敏感、价格低。 注意：常温下合金钢和碳素钢的弹性模量大 致相同，用合金钢代替碳素钢不能有助于 提高轴的刚度。
3）弹性挡圈定位。结构简单，适用于无轴向力或轴向力较 小的情况。轴上的沟槽会引起应力集中，削弱轴的强度。 4）圆螺母定位。能承受较大的轴向力，但轴上须加工螺纹， 适用于轴向力较大或两零件间距离较大时的定位。
弹性挡圈定位
圆螺母定位
5）圆锥形轴端与压板定位。定位可靠，装拆方便，适用于 经常装拆或有冲击的场合。 6）圆柱形轴端与轴端挡圈定位。定位可靠，方便，常用。 7）紧定螺钉定位。承受的轴向力较小，不适用于高速。
T 9.55 10 6 P [ ] 3 WT 0.2d n
或
9.55 10 6 P d 3 C 0.2[ ]n
3
P n
τ—扭转切应力（MPa）； T—转矩（N.mm)； WT—抗扭截面系数（mm3）， WT ≈0.2d 3； P—轴传递的功率（kW）； n—轴的转速（r/min）； [τ]—许用扭转切应力（MPa）； C—导出常数。
按定位和装拆要求确定轴肩高度及直径。 定位轴肩的高度宜取大一些，一般大于2mm，但要便于轴上 零件的拆卸，如滚动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈端面 高度。非定位轴肩主要是为了轴上零件装拆和加工方便，轴肩可 取小一些，1~2mm即可。
有配合要求的轴段，应采用或尽量采用标准直径。 轴与标准件配合时，如与联轴器、密封圈、轴承等，其直径 必须与标准件的内孔直径一致；轴与非标准件配合时，如与带轮 和齿轮等，为加工方便，也应尽量采用标准直径（优先数系）。
圆锥形轴端与压板定位
圆柱形轴端与轴端挡圈定位
紧定螺钉定位
（三）确定各轴段的直径和长度 （1）确定轴段直径的原则
按轴所受的扭矩估算轴的最小轴径dmin。 对于转轴，在轴上零件的位臵和支点跨距确定之前，尚无法 计算弯矩，故只能按扭转强度或类比法初步估算轴的直径d，并 将其作为最小轴径。圆轴扭转的强度条件为
转轴：机器中最常见的轴，通常简称为转轴。 工作时既承受弯矩又承受转矩。
心轴： 用来支承转动零件，只承受弯矩而不传递转 矩。
例：自行车的前轮轴
传动轴：主要用于传递转矩而不承受弯矩， 或所承受的弯矩很小的轴。 例：汽车中联接变速箱与后桥软轴
光 轴
阶梯轴
9.1.2
9.2.2
轴的结构设计
1. 轴的结构设计要求：
（1）轴和轴上零件要有准确的工作位臵（轴向和周向定位与固定） （2）轴上零件要便于拆装和调整。 （3）合理布局轴的受力位臵，提高轴的刚度和强度。 （4）轴应有良好的加工工艺性。 （5）与轴承配合的轴颈必须符合滚动轴承内径系列。 2、轴的结构设计步骤 （1）拟定轴上零件的装配方案 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计 时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。在满足设计要求的情 况下，轴的结构应力求简单。 以下是带式输送机减速器中高速轴的三个装配方案及分析。
方 案
一
齿轮与轴分开制造，齿轮与带轮均从轴的左端装入，轴段⑤ 最粗。该方案较常采用。
方 案 二
齿轮与轴分开制造，齿轮从轴的右端装入，带轮从轴的左端 装入，轴段⑤最粗。该方案也有采用。
方 案 三
齿轮与轴一体，结构简单，强度和刚度高，但工艺性较差， 轴与齿轮同时失效。适用于轴的直径接近齿根圆直径的情况。
9.2
9.2.1
轴的结构设计
T 9.55 106 P ≤ W 0.2d 3n
≥
3
最小轴径的估算
[ ]
轴的扭转切应力为
设计公式为
d
9.55 106 3 p p C3 0.2[ ] n n
式中，C为由材料和承载情况决定的常数，见教材表9-2。
最小轴径确定时，可结合整体设计将上式所得直径圆整为 标准直径或与相配合零件（如联轴器、带轮等）的孔径相吻合。
第9 章
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9
轴和轴承
轴的分类及材料选择 轴的结构设计 轴的强度计算 轴的设计举例 滚动轴承的基本知识 滚动轴承的选择与应用 滑动轴承概述 滑动轴承的结构和材料 滚动轴承与滑动轴承的性能比较
9.1
轴的分类及材料选择
9.1.1 轴的分类
按照承受载荷的不同，轴可分为： 心 轴─只承受弯矩的轴，如定滑轮轴。 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。
按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。阶梯轴便于轴 上零件的装拆和定位，省材料重量轻，应用普遍。 曲轴是专用零件，主要用在内燃机一类的活塞式机械中。 轴一般是实心轴，有特殊要求时可制成空心轴，如车床主轴。 除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把转矩和运动灵活地传 到任何位臵，常用于医疗器械和小型机具中。
9.2.3 轴上零件的定位
（一）轴上零件的周向定位
周向定位的目的是限制轴上零件相对于轴的转动，以传递运 动和转矩。通常采用键、花键、销、过盈配合及成型联接等。 （二）轴上零件的轴向定位 轴向定位的目的是限制轴上零件相对于轴的移动，使其准确 可靠地处在正确的位臵上，以保证机器正常工作。 1）轴肩和轴环定位。结构简单，方便可靠，可承受较大轴向 力，最为常用。为了准确定位，轴肩根部圆角应小于轴上零件内 孔圆角或倒角尺寸，轴肩高度则应大于轴上零件内孔圆角或倒角 尺寸，一般取h=(0.07~0.1)d，d为配合处轴的直径。 2）套筒定位。多用于轴上两个零件之间距离不大，或不便于 加工出轴肩的 地方。此时，应保证套筒与被定位零件可靠接触。
轴设计应满足的要求及设计步骤
轴设计应满足如下要求： 应具有合理的结构和良好的工艺性，以便于轴上零件的定位 和装拆，便于轴的制造； 应具有足够的强度； 应具有足够的刚度；
振动稳定性好，不发生强烈振动和共振。 轴设计的一般步骤： 1.选择轴的材料； 2.进行轴的结构设计； 3.校核轴的强度； 4.校核轴的刚度。