机械设计(第八版)第15章 轴 PPT

其它直径
长度： 长度： 毂的长度和相邻零件间必要的间隙决定
轴
装配方案的比较： 装配方案的比较：
轴
四．提高轴的强度的措施： 提高轴的强度的措施：
30˚ B R d/4 d 卸载槽 也可以在轮毂上增加卸载槽 轴 过渡肩环 凹切圆角 B位置d/4 r
三、确定轴的基本直径和各段长度
1.按扭转强度计算(初算轴径) 1.按扭转强度计算(初算轴径) 按扭转强度计算
仅考虑 T 的强度条件 τ T = T ≤ [τ T ] WT
955 × 10 4 P n τT = ≤ [τ T ] 3 0.2d
性，而不是轴的弯曲和扭转刚度。 而不是轴的弯曲和扭转刚度。
注意： ）各种钢材、热处理前后其弹性模量差别不大， 注意：1）各种钢材、热处理前后其弹性模量差别不大， 因此要提 的方法获得。 高刚度不能用合金钢或通过热处理 的方法获得。 2）合金钢对应力集中敏感性高，设计时必须从结构上采取措施，减轻应 ）合金钢对应力集中敏感性高，设计时必须从结构上采取措施， 力集中，并降低表面粗糙度。 力集中，并降低表面粗糙度。 轴
当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的载荷， 应将输入轮布置在中间。
Ft
T 方案 a 输出 T
Q
方案b 方案 输出 输入 T T2 T T T1+T2
Q
输出
输入 T T
输出
T1
合理
T2
T1+T2轴源自T1Tmax = T1
不合理
Tmax= T1+T2
2.减小应力集中 减小应力集中 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 应力集中出现在截面突然发生变化的。 应力集中出现在截面突然发生变化的。 措施： 措施： 1. 用圆角过渡； 用圆角过渡； 2. 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽; 3. 重要结构可增加卸载槽 、过渡肩环、凹切圆角、 重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力
轴
只承受 按传递载荷分 弯矩不 主要受 受扭矩 心轴（ 心轴（mandrel） ） 扭矩或 的轴 传动轴(transmission shaft) 传动轴 弯矩很 小的轴 转轴 既受弯 矩又受 扭矩的 轴
轴
根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？ 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： 心轴 Ⅲ轴： 转轴 Ⅳ轴： 转轴 Ⅴ轴： 心轴 如何判断轴是否传递转矩： 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 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。 走过一段距离， 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： 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 该轴上除联轴器外是否还有其它传动零件，若有 除联轴器外是否还有其它传动零件， 则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。 则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。 轴
重点和难点： 重点和难点：
重点：轴的强度设计及结构设计。 重点：轴的强度设计及结构设计。 轴 难点：轴的结构设计。 难点：轴的结构设计。
第十五章 轴
一、概述
轴是用来支撑回转零 几何轴线不 件、传递运动和动力 1、分类 在同一条直 、 的,所有回转零件都必 所有回转零件都必 线上的轴 几何轴线在 由多组钢 按轴心线形状分 同一条直线 须支撑在轴上。 须支撑在轴上。 丝分层卷 曲轴（ 曲轴（crank shaft） ） 上的轴 绕而成， 绕而成， 直轴 有良好的 挠性 钢丝软轴（ 钢丝软轴（flexible shaft） ）
典型 轴系 结构
一、制造安装要求 为便于轴上零件的装拆， 为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐 向中间增大的阶梯状。 向中间增大的阶梯状。零件的安装次序 装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽， 装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽， 车螺纹的轴端应有退刀槽。 车螺纹的轴端应有退刀槽。 倒角
转轴： 转轴： T + M 传动轴：扭矩 传动轴：扭矩T
×
心轴: 弯矩M 心轴 弯矩
轴
按轴的外形分 光轴（ 光轴（plain shaft） ） 阶梯轴（ 阶梯轴（stepped shaft） ） 形状简单， 形状简单， 空心轴（ 加工方便， 空心轴（hollow shaft） ） 加工方便， 能满足定位 实心轴（solid shaft） 实心轴和装配方便 ） （ 轴上零件装 配定位困难 的需要 从加工工艺上考虑，最好做成直轴， 从加工工艺上考虑，最好做成直轴，但 轴上零件不好固定； 轴上零件不好固定； 从受力角度考虑， 从受力角度考虑，最好是等强度的抛物 线回转体，但不好加工，零件也不好固定； 线回转体，但不好加工，零件也不好固定； 所以，轴都做成阶梯轴 阶梯轴。 所以，轴都做成阶梯轴。
齿轮受轴向力时，向右是通过 、 间的轴肩 并由6、 间的轴肩顶在滚动轴承的内圈 间的轴肩， 齿轮受轴向力时，向右是通过4、5间的轴肩，并由 、7间的轴肩顶在滚动轴承的内圈 向左则通过套筒顶在滚动轴承的内圈上。带轮的轴向固定是靠1、 间的轴肩和轴 上；向左则通过套筒顶在滚动轴承的内圈上。带轮的轴向固定是靠 、2间的轴肩和轴 端挡圈。 端挡圈。
轴
价格便宜， 价格便宜，对应 2、轴的材料 、 力集中敏感性小， 力集中敏感性小， ① 碳素钢 具有较高的机械强度， 具有较高的机械强度，更 为了保证机械性 常用30、 、 号钢 常用 、40、45号钢 好的淬火性能，所以， 好的淬火性能，所以，在 能，应进行调质 ② 合金钢 传递大功率、减轻重量、 传递大功率、减轻重量、 或正火处理。 或正火处理。 提高轴颈耐磨性时采用。 提高轴颈耐磨性时采用价 易做成复杂的外形， 易做成复杂的外形， 。 40Cr、40CrNi、20Cr、38SiMnMo 、 、 、 廉，具有良好的吸振性 ③ 铸铁 和耐磨性， 和耐磨性，对应力集中 QT600—3、QT800—2 敏感性较低， 、 敏感性较低，但铸造品 质难控制， 质难控制 选择轴的材料和热处理方式时， ，可靠性较差 选择轴的材料和热处理方式时，主要考虑强度和耐磨
轴
2、轴的结构应满足的条件 、
装在轴上的零件有准确的工作位置； 装在轴上的零件有准确的工作位置； 便于零件的拆装和调整； 便于零件的拆装和调整； 具有良好的加工工艺性。 具有良好的加工工艺性。
3、轴各段的名称 、 轴颈（ 轴颈（neck of shaft） 轴头（axle-neck） ） ） 联接轴颈和 轴头（ 轴的直径变化所 非定位轴肩 轴头的部分轴与轴承配合的部分 形成的阶梯处 轴肩（ 轴肩（shaft ） 轴和回转零件shoulder） 轴身 的配合部分 定位轴肩
轴
15-2轴的结构设计 轴的结构设计
设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。 设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。 设计要求： 轴应便于制造，轴上零件要易于装拆； 制造安装 设计要求： 轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装 1.轴应便于制造 制造安装)
2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位 轴和轴上零件要有准确的工作位置； 定位 轴和轴上零件要有准确的工作位置 定位) 3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定 各零件要牢固而可靠地相对固定； 固定 各零件要牢固而可靠地相对固定 固定) 4.改善应力状况，减小应力集中。 改善应力状况，减小应力集中。 改善应力状况 轴端挡圈 带轮 轴承盖 套筒 齿轮 滚动轴承
设计：潘存云
设计：潘存云
①
②
③
④
⑤⑥ ⑦
二、轴上零件的定位 轴肩----阶梯轴上截面变化之处。起轴向定位作用。 轴肩----阶梯轴上截面变化之处。起轴向定位作用。 ----阶梯轴上截面变化之处 套筒
轴肩
1~2
1~2
三、轴向固定 由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。 由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。
0
d＞100mm时： ＞ 时 单键槽增大3%，双键槽增大7%； 单键槽增大 ，双键槽增大 ； d≤100mm时： 时 单键槽增大5～ ，双键槽增大10～ 单键槽增大 ～7%，双键槽增大 ～15%
求出直径作为轴的最小直径d 求出直径作为轴的最小直径dmin
轴
2、确定其余各段直径和长度 、
轴肩的变化
直径：dmin 直径：
键槽应设计成同一加工直线
四、改善轴的受力状况，减小应力集中 改善轴的受力状况， 1.改善受力状况 改善受力状况 Ft
图示为起重机卷筒两种布置方 案。A图中大齿轮和卷筒联成 图中大齿轮和卷筒联成 一体， 一体，转矩经大齿轮直接传递 给卷筒， 给卷筒，故卷筒轴只受弯矩而 不传递扭矩。 不传递扭矩。图b中轴同时受 中轴同时受 弯矩和扭矩作用。 弯矩和扭矩作用。故载荷相同 结构轴的直径要小。 时，图a结构轴的直径要小。 结构轴的直径要小
3、轴设计的主要内容 、 强度和刚度计算； 强度和刚度计算； 振动稳定性计算 ； 结构设计。 结构设计。
轴
二、轴的结构设计
1、影响轴的结构的因素 、 轴在机器中的安装位置及形式； 轴在机器中的安装位置及形式； 轴上零件的类型、尺寸、数量； 轴上零件的类型、尺寸、数量； 轴上载荷的性质、大小、方向及分布； 轴上载荷的性质、大小、方向及分布； 轴承的类型、尺寸和布置； 轴承的类型、尺寸和布置； 轴的毛坯和加工工艺； 轴的毛坯和加工工艺； 轴上零件的装配方案。 轴上零件的装配方案。
h C C11 D r
设计：潘存云
轴端挡圈
b
h d D
r R R
设计：潘存云
d
h≈(0.07~0.1 ) d b≈1.4h(与滚动轴承相配合处的 和b值,见轴承标准) 与滚动轴承相配合处的h和 值 见轴承标准