《化工设备机械基础》教学课件—轴
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《化工设备机械基础》课件
新型材料
高分子合成材料
如聚乙烯、聚丙烯、聚氯 乙烯等，具有优良的耐腐 蚀性和绝缘性，适用于制 造管道和储罐等。
纳米材料
具有优异的力学性能和耐 腐蚀性，可用于制造高效 能换热器和催化剂载体等 。
智能材料
如形状记忆合金和光纤传 感器等，具有自适应和自 诊断功能，可用于化工设 备的监测和维护。
03
CATALOGUE
气密封
利用气体在密封腔内的压力差，使气体被密封在腔室内，以达到密封的目的。原理是利用 气体在密封腔内的压力差和密封元件的配合，使气体被密封在腔室内。
密封材料的选择
耐腐蚀材料
对于腐蚀性较强的介质，应选择耐腐蚀性能 较好的材料，如不锈钢、钛合金等。
耐磨材料
对于磨损较大的介质，应选择耐磨性能较好 的材料，如碳化硅、碳石墨等。
详细描述
腐蚀的原理是金属原子与环境中的原子发生交换或结合，导致金属表面的原子被氧化或还原。腐蚀速率受多种因 素影响，如环境湿度、温度、酸碱度、氧气浓度、盐分等。此外，金属的种类、合金成分、表面状态、机械性能 等也会影响腐蚀速率。
防腐蚀的方法与措施
总结词
防腐蚀的方法包括材料选择、表面处理、涂层保护等，目的是减缓或阻止腐蚀的发生。
化工设备的腐蚀与防护
腐蚀的定义及分类
总结词
腐蚀是一种常见的化学反应，会导致材料损失和设备损坏。
详细描述
腐蚀是指金属与环境之间的化学或电化学反应，导致金属损 失和性能下降。根据腐蚀机理和环境条件的不同，腐蚀可以 分为多种类型，如化学腐蚀、电化学腐蚀、应力腐蚀等。
腐蚀的原理及影响因素
总结词
腐蚀的原理涉及到金属与环境之间的相互作用，影响因素包括环境因素和金属性质。
设备安装精度控制
化工设备机械基础课件(PPT 64页).ppt
FRx F1x F2x Fnx Fx
FRy F1y F2 y Fny Fy
FRz F1z F2z Fnz Fz
合力的大小
( ) ( ) ( ) FR F2RxFR2y FR2z
Fx 2 Fy 2 Fz 2
§1 静力学的基本概念 §2 约束和约束反力 §3 分离体和受力图 §4 平面汇交力系的简化与平衡 §5 平面力偶系的间化与平衡 §6 力的平移 §7 平面力系的简化 合力矩定理 §8 平面力系的平衡方程
问题：受力分析：几个力
平衡条件：什么力 大小 方向 作用点
BUCT
化工设备机械 基础
§1 静力学的基本概念
F2
小与力偶臂d 的乘积，加上
F1
适当的正负号。
M ±Fd
力偶矩正负规定：
若力偶有使物体逆时针旋转的趋势，力偶矩 取正号；反之，取负号。
量纲：力×长度，牛顿•米（N•m）.
BUCT
化工设备机械 基础
八、力偶的等效条件 同平面上力偶的等效条件
作用在刚体内同一平面上的两个力偶相互等 效的充要条件是二者的力偶矩代数值相等。
四、注意事项
本课程是一门技术基础课
BUCT
化工设备机械 基础
第一篇、工程力学基础
• 力学：研究物体机械运动一般规律的科学
• 历史
杠 杆 平 衡
墨翟
(前468-382) “墨经”：力， 重心
等
规
律
(前287-212)
BUCT
化工设备机械 基础
[意]伽利略(1564-1642) 天文学家，力学家，哲学家
BUCT
化工设备机械 基础
三、本篇内容
静力学:研究物体受力的简化及平衡条件 （刚体）
FRy F1y F2 y Fny Fy
FRz F1z F2z Fnz Fz
合力的大小
( ) ( ) ( ) FR F2RxFR2y FR2z
Fx 2 Fy 2 Fz 2
§1 静力学的基本概念 §2 约束和约束反力 §3 分离体和受力图 §4 平面汇交力系的简化与平衡 §5 平面力偶系的间化与平衡 §6 力的平移 §7 平面力系的简化 合力矩定理 §8 平面力系的平衡方程
问题：受力分析：几个力
平衡条件：什么力 大小 方向 作用点
BUCT
化工设备机械 基础
§1 静力学的基本概念
F2
小与力偶臂d 的乘积，加上
F1
适当的正负号。
M ±Fd
力偶矩正负规定：
若力偶有使物体逆时针旋转的趋势，力偶矩 取正号；反之，取负号。
量纲：力×长度，牛顿•米（N•m）.
BUCT
化工设备机械 基础
八、力偶的等效条件 同平面上力偶的等效条件
作用在刚体内同一平面上的两个力偶相互等 效的充要条件是二者的力偶矩代数值相等。
四、注意事项
本课程是一门技术基础课
BUCT
化工设备机械 基础
第一篇、工程力学基础
• 力学：研究物体机械运动一般规律的科学
• 历史
杠 杆 平 衡
墨翟
(前468-382) “墨经”：力， 重心
等
规
律
(前287-212)
BUCT
化工设备机械 基础
[意]伽利略(1564-1642) 天文学家，力学家，哲学家
BUCT
化工设备机械 基础
三、本篇内容
静力学:研究物体受力的简化及平衡条件 （刚体）
化工设备机械基础课件
安全性 足够的强度 足够的刚度(或稳定性) 可靠的密封性能 一定的使用寿命
2.2 基本要求
经济性 经济可靠的材料 经济的制造方法 低的操作和维护费用 长周期的安全运行
安、稳、长、满、优 原则：充分保证安全的前提下尽可能做到经济
20
2.压力容器设计
14
1.概述
1.3 压力容器的安全特征
危害性大
a.灾难性事故指灾难性破坏事故或无法修复的容器； b.损伤事故指有潜在危险的事故； c.事故发生率＝发生事故数/（设备台数×运行年） 表中的数字表明10000台容器中发生损坏事故每年 12.5次，达到破坏事故0.7次，事故几率为1.32‰ ，而且 这132起使用中的容器事故，按其原因分类，89.3%，即 118起是各种制造裂纹所引起。
18
2.压力容器设计
定
2.1 质量保证体系
义
确保容器从设计、选材、制造、投入运行到退 出服役的整个过程安全地完成使用要求而采取的有 计划、系统的措施。 内 容
材料—设计—制造与制造过程中的检验—在役 检验与监控。
19
2.压力容器设计
5
1.概述
1.2 压力容器的特点
应用的广泛性
6
1.概述
1.2 压力容器的特点
应用的广泛性
锅炉、换热器、加热炉 = 圆筒外壳 + 传热管束 核反应堆 = 圆筒安全壳 + 核反应零部件 塔器 = 圆筒外壳 + 传质元件（浮阀、填料等） 反应釜 = 圆筒夹套 + 搅拌器 压缩机、真空泵 = 圆筒气缸 + 活塞 透平机、泵 = 蜗壳 + 叶轮
2.2 基本要求
按规则设计 - GB150《钢制压力容器》 基于经济方法的设计，其典型过程是确定 设计载荷，选用设计公式、曲线或图表，并对 材料取一个安全应力，最终给出容器的基本厚 度，然后根据规范许可的构造细则及有关制造 检验要求进行制造。
2.2 基本要求
经济性 经济可靠的材料 经济的制造方法 低的操作和维护费用 长周期的安全运行
安、稳、长、满、优 原则：充分保证安全的前提下尽可能做到经济
20
2.压力容器设计
14
1.概述
1.3 压力容器的安全特征
危害性大
a.灾难性事故指灾难性破坏事故或无法修复的容器； b.损伤事故指有潜在危险的事故； c.事故发生率＝发生事故数/（设备台数×运行年） 表中的数字表明10000台容器中发生损坏事故每年 12.5次，达到破坏事故0.7次，事故几率为1.32‰ ，而且 这132起使用中的容器事故，按其原因分类，89.3%，即 118起是各种制造裂纹所引起。
18
2.压力容器设计
定
2.1 质量保证体系
义
确保容器从设计、选材、制造、投入运行到退 出服役的整个过程安全地完成使用要求而采取的有 计划、系统的措施。 内 容
材料—设计—制造与制造过程中的检验—在役 检验与监控。
19
2.压力容器设计
5
1.概述
1.2 压力容器的特点
应用的广泛性
6
1.概述
1.2 压力容器的特点
应用的广泛性
锅炉、换热器、加热炉 = 圆筒外壳 + 传热管束 核反应堆 = 圆筒安全壳 + 核反应零部件 塔器 = 圆筒外壳 + 传质元件（浮阀、填料等） 反应釜 = 圆筒夹套 + 搅拌器 压缩机、真空泵 = 圆筒气缸 + 活塞 透平机、泵 = 蜗壳 + 叶轮
2.2 基本要求
按规则设计 - GB150《钢制压力容器》 基于经济方法的设计，其典型过程是确定 设计载荷，选用设计公式、曲线或图表，并对 材料取一个安全应力，最终给出容器的基本厚 度，然后根据规范许可的构造细则及有关制造 检验要求进行制造。
化工机械基础PPT课件
D
2240 2500
B
9000 10000
E
称长度，它主
2800 Z
C
要用于带传动 630 的几何尺寸计 710
800
算，其长度系
A
3150 3550
11200 12500 14000 D
列见表3－2。
16000
•14
2、带传动的特点：
1、由于带具有弹性与挠性，故可缓和冲击与振动，运转 平稳，噪音小。
❖ 掌握一种最简单的带传动的设计，包括选取型 号及根数，带轮中心距，带长、大小带轮直径等。
•8
第一节 概述
9
（一）带传动的工作过程：
带传动是由主动轮1、从动轮2和张紧在两轮上的环形 传动带3所组成（图3－2）。由于张紧，静止时带已受 到预拉力，并使带与带轮的接触面间产生压力。当主动 轮回转时靠带与带轮接触面间的摩擦力带动从动轮回转。 观看带传动动画
带与带轮接触面间的极限摩擦力时，带就会沿着轮
面发生全面滑动，这种现象称为打滑。打滑将使传
动失效。 •21
注：
弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。 打滑是由过载引起的带在带轮上的全面滑动， 造成传动失效，应当避免。 弹性滑动是由带的拉力差引起的，只要传递圆 周力，必然会发生弹性滑动，它是不可避免的。
再由式（3－15）计算实际中心距，得：
•42
(6)小带轮包角a1
由式（3－16）得：
•18
传送带主、从动边的拉力差（F1－F2）称为有效 拉力。有效拉力就是传动带所传递的有效圆周力 Fe。它等于带轮作用在带上的总摩擦力Ff，即：
F1－F2＝Fe=Ff ----------（3-4）
带传动所能传递的功率P为： kW ----------（3-5）
化工设备机械基础1
梯子左边部分受力
图如图（c）所示
梯子右边部分受力
图如图（d）所示
化工设备机械基础教学课件
2013年8月19日星期一
34
内蒙古大学鄂尔多斯学院
主讲 张祯琳
整体受力图如图（e）所示
？
提问：左右两部分梯子在A处，绳子对左右两部分梯
子均有力作用，为什么在整体受力图没有画出？
化工设备机械基础教学课件 2013年8月19日星期一
主讲 张祯琳
考虑到左拱 AC 三个力作用
下平衡，也可按三力平衡汇 交定理画出左拱 AC 的受力
图，如图（e）所示
此时整体受力图如图 （f）所示
化工设备机械基础教学课件
2013年8月19日星期一
31
内蒙古大学鄂尔多斯学院
主讲 张祯琳
讨论：若左、右两拱都 考虑自重，如何画出各 受力图？
如图 （g） （h）（i）
内蒙古大学鄂尔多斯学院
主讲 张祯琳
第一篇
第一章
工程力学基础
静力学基础
§ 1-1 静力学的基本概念 § 1-2 静力学的公理 § 1-3 约束与约束反力 § 1-4 受力分析与受力图
化工设备机械基础教学课件 2013年8月19日星期一
1
内蒙古大学鄂尔多斯学院
主讲 张祯琳
教学目标：
通过本章的学习，掌握静力学中的基本概念，公理；熟练掌握 工程上常见典型约束的类型、约束反力及其特点；学会对构件进行 受力分析，掌握构件受力图的绘制方法。
小Hale Waihona Puke 结 （1）光滑面约束——法向约束力 FN
（2）柔索约束——张力 FT
（3）光滑铰链—— FAy FAx
（4）滚动支座—— FN ⊥光滑面
机械基础教案——轴的结构课件
机械基础教案——轴的结构课件一、教学内容本节课选自《机械基础》教材第三章第二节，详细内容围绕轴的结构进行讲解。
主要内容包括：轴的定义、轴的分类、轴的结构设计、轴的强度计算、轴的直径选择和轴的材料等。
二、教学目标1. 理解轴的基本概念，掌握轴的分类和结构设计方法。
2. 学会轴的强度计算，能根据实际需求选择合适的轴径和材料。
3. 培养学生的空间想象能力和工程实践能力，提高解决实际问题的能力。
三、教学难点与重点教学难点：轴的强度计算和直径选择。
教学重点：轴的结构设计方法和轴的材料选择。
四、教具与学具准备1. 教具：PPT课件、轴的实物模型、计算器。
2. 学具：教材、笔记本、计算器。
五、教学过程1. 实践情景引入（5分钟）利用PPT展示实际工程中的轴的应用，引导学生思考轴的作用和结构。
2. 知识讲解（15分钟）（1）轴的定义和分类。
（2）轴的结构设计方法。
（3）轴的强度计算。
3. 例题讲解（15分钟）选取一道典型例题，讲解轴的强度计算过程。
4. 随堂练习（10分钟）让学生根据所学知识，完成一道轴的结构设计题目。
5. 互动环节（5分钟）学生展示自己的设计成果，教师点评并给予指导。
六、板书设计1. 轴的定义、分类、结构设计方法。
2. 轴的强度计算公式。
3. 轴的材料选择原则。
七、作业设计1. 作业题目：设计一个简易的轴，并计算其强度。
2. 答案：根据轴的强度计算公式，选择合适的轴径和材料。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课学生对轴的结构设计和强度计算掌握程度较高，但对轴的材料选择还需加强。
2. 拓展延伸：让学生了解轴在实际工程中的应用，了解不同行业的轴的特点和设计要求。
鼓励学生在课后查阅相关资料，提高自己的实践能力。
重点和难点解析1. 轴的强度计算和直径选择。
2. 轴的结构设计方法。
3. 作业设计中的实际应用题。
一、轴的强度计算和直径选择1. 确定轴所承受的载荷类型（如扭矩、弯矩等）。
2. 根据载荷类型选择合适的强度计算公式。
《化工设备机械基础3版》第三章PPT课件
T1
4580N m
41
§3.5 圆轴扭转时的变形
2.扭矩图
3.直径d1的选取
按强度条件
d1
C d2
A
B
M e1
M e2
M e3
max
16T
d13
7640N m
4580N m
3
d1
16T
π[ ]
3
16 7640 π 70106
82.2103 m 82.2mm
按刚度条件
m ax
32T
Gd14
Page2
§3.1 扭转的概念和实例
扭转受力特点 及变形特点:
杆件受到大小相等,方向相反且作用平面 垂直于杆件轴线的力偶作用, 杆件的横截面 绕轴线产生相对转动。
受扭转变形杆件通常为轴类零件，其横截 面大都是圆形的。所以本章主要介绍圆轴扭 转。
Page3
§3.2 扭转时外力和内力的计算
1.外力偶矩的计算 直接计算
2dA
A
Ip
横截面对形心的极惯性矩
T
GI p
d
dx
G
d
dx
T Ip
Page23
横截面上某点的切应力的方 向与扭矩方向相同，并垂直于 半径。切应力的大小与其和圆 心的距离成正比。
max
T Wt
令
Wt
Ip R
抗扭截面系数
在圆截面边缘上， 有最大切应力
Page24
I
与
p
Wt
的计算
实心轴
T
Ip
max
Me
pq
pq
Me
为直线且相互平行，只是 倾斜了一个微小角度。
x
圆轴扭转的平面假设：
《化工设备机械基础》教学课件—滚动轴承
及材料的特殊要求等，其中常用代号有：
号
内部结构代号： C:表示α=15° AC:表示α=25° B:表示α=40°
公差代号，由高级到 低级： /p2:2级 /p4:4级 /p5:5级 /p6:6级 /p6x:6x级 /p0:普通级，可省略
径向游隙代号，由小 到大： 1组: /c1 2组: /c2 0组：常用，可不标 3组: /c3 4组: /c4 5组: /c5
1）初步试选
C p 60nLh ft 106
式中： f t 1
3
p f p ( XFr YFa )
计算p
f p 1.2 (表18-16）
Fa Fr 540 2300 0.235 初取e 0.22 表18-15 则：X 0.56,Y 1.99 故：p 1.2(0.56 2300 1.99 540) 2835.12N
表18-17
2）确定轴承实际轴向力
八、轴承的密封
1、接触式密封
2、非接触式密封
迷宫式密封
甩油密封
九.滚动轴承的安装与拆卸
➢滚动轴承的安装与拆卸 安装方法：冷压法和热套法 压力机、手锤和套筒、润滑剂、加热器等 拆卸方法：使用拆卸器
实例分析1：
一水泵选用深沟球轴承，已知轴颈直径d=35mm，转速 n=2900r/min，Fr=2300N,Fa=540N,Lh'=5000h。试选用轴承。
• 预期寿命L´h
——在对轴承进行寿命计算时，必须先给出轴承 的使用时间，及预期寿命，按此选择轴承型号。 表18-13推荐出预期寿命
二、基本额定动载荷
1. 定义：使轴承的基本额定寿命恰好是106 转时，轴承所能承 受的载荷，用字母C表示，单位：kN
2. 大小：不同类型C的含义不同；不同型号C的大小不同。 向心轴承：为径向基本额定动载荷，用Cr 表示 推力轴承：为轴向基本额定动载荷，用Ca 表示 向心推力轴承：使套圈产生纯径向位移的载荷径向
化工设备 ppt课件 第十章 轴、键和联轴器
估算直径：
求出的直径值，需圆整成标准直径，并作为轴 的最小直径。如轴上有一个键槽，可将值增大3%— 5%，如有两个键槽可增大7%—10%。
弯扭合成强度计算（转轴）
转轴同时承受扭矩和弯矩，必须按二者组合强度进 行计算。通常把轴当作置于铰链支座上的梁，作用于轴 上零件的力作为集中力，其作用点取为零件轮毂宽度的 中点上。具体的计算步骤如下：
1）选材; 2）按扭转强度估算轴的最小直径;
3）设计轴的结构，绘出轴的结构草图;
确定轴上零件的位置和固定方法； 确定各轴段直径、长度。
4）按弯扭合成进行轴的强度校核。
一般按一般选2—3个危险截面进行校核。 若危险截面强度不够，则必须重新修改轴的结构。
由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降
应用：常用于轴的中部和端部
（3）弹性挡圈
特点：
结构简单紧凑，只能承受 很小的轴向力， 切槽需要 一定的精度
应用：常用于固 定滚动轴承等的 轴向定位
（4）轴端挡圈（压板）、紧定螺钉
用于轴端定位 可承受剧烈振动和冲击
适用于轴向力小， 转速低的场合
3.轴上零件的周向定位——键、花键
6.轴的设计
开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的 位置及支点情况，无法确定轴的受力情况，只有 待轴的结构设计基本完成后，才能对轴进行受力 分析及强度计算。因此，一般在进行轴的结构设 计前先按纯扭转受力情况对轴的直径进行估算。 然后进行轴的结构设计后，再按弯扭合成的理论 进行轴危险截面的强度校核。
设计轴的一般步骤为：
注：①高强材料对应力集中敏感 ②轴的刚度不足时，应加大轴的截面，减小跨距
轴的常用材料及热处理
轴的常用材料是碳素钢和合金钢。
碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过 热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般 用途的轴，多用含碳量为0.25～0.5%的优质碳素钢，尤其是 45号钢。对于不重要或受力较小的轴也可用Q235、 Q275 等 碳素结构钢。
求出的直径值，需圆整成标准直径，并作为轴 的最小直径。如轴上有一个键槽，可将值增大3%— 5%，如有两个键槽可增大7%—10%。
弯扭合成强度计算（转轴）
转轴同时承受扭矩和弯矩，必须按二者组合强度进 行计算。通常把轴当作置于铰链支座上的梁，作用于轴 上零件的力作为集中力，其作用点取为零件轮毂宽度的 中点上。具体的计算步骤如下：
1）选材; 2）按扭转强度估算轴的最小直径;
3）设计轴的结构，绘出轴的结构草图;
确定轴上零件的位置和固定方法； 确定各轴段直径、长度。
4）按弯扭合成进行轴的强度校核。
一般按一般选2—3个危险截面进行校核。 若危险截面强度不够，则必须重新修改轴的结构。
由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降
应用：常用于轴的中部和端部
（3）弹性挡圈
特点：
结构简单紧凑，只能承受 很小的轴向力， 切槽需要 一定的精度
应用：常用于固 定滚动轴承等的 轴向定位
（4）轴端挡圈（压板）、紧定螺钉
用于轴端定位 可承受剧烈振动和冲击
适用于轴向力小， 转速低的场合
3.轴上零件的周向定位——键、花键
6.轴的设计
开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的 位置及支点情况，无法确定轴的受力情况，只有 待轴的结构设计基本完成后，才能对轴进行受力 分析及强度计算。因此，一般在进行轴的结构设 计前先按纯扭转受力情况对轴的直径进行估算。 然后进行轴的结构设计后，再按弯扭合成的理论 进行轴危险截面的强度校核。
设计轴的一般步骤为：
注：①高强材料对应力集中敏感 ②轴的刚度不足时，应加大轴的截面，减小跨距
轴的常用材料及热处理
轴的常用材料是碳素钢和合金钢。
碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过 热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般 用途的轴，多用含碳量为0.25～0.5%的优质碳素钢，尤其是 45号钢。对于不重要或受力较小的轴也可用Q235、 Q275 等 碳素结构钢。
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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；
所以，轴都做成阶梯轴。
§17.2 轴的材料 ①② 常碳合用素 金3钢 钢0、易 廉40具好传提做 ，、有的递高成具45较淬大轴复有号高火功颈杂良钢的性率耐的好机能、磨外的械，减性价集了应形吸强所轻时中格保进，振度以重采敏便证行价性，，量用感宜 机 调更 在 、 。性， 械 质小对 性 或应 能 正，力 ， 火为
r = -1 = 1
不同的r，对轴疲劳强度的影响程度也不同
需将不是对称循环的扭剪应力折算为对称循环变应力
当量弯矩： Mca M 2 (T )2 ：折算系数
若T 的变化规律不清楚，一般按脉动循环处理！
➢ 强度校核
s ca
M ca W
M 2 (T )2
W
[s 1]
② 轴承支点位置的确定
滑动轴W承—按轴B／的d抗取弯值截面系数（mm） 当B／[σd-1≤]—1时对，称e循＝环0.5变B；应力时轴的许用
T
9.55106 P 0.2d 3
n
[T ]
d
3
9.55106 P
0.2[T ]n
3
9.55106
0.2[T ]
3
P n
A0 3
P n
对空心轴：
d
A0 3
P
n(1 4 )
β—空心轴内外径比系数， β＝d1／d，一般β＝0.5～0.6
d＞100mm时： 单键槽增大3%，双键槽增大7%；
d≤100mm时： 单键槽增大5～7%，双键槽增大10～15%
当B／弯d曲＞应1时力，e＝0.5d，但不少于
装 配 方 案 对 轴 结 构 的 影 响
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； • 便于零件的拆装和调整； • 具有良好的加工工艺性。
3. 轴各段的名称
轴颈（neck of shaft） 轴头（axle-neck）
轴肩（shaft shoulder） 轴身
轴和回转零件 的配合部分
联接轴颈和轴的直径变化所 轴头的部分形成的阶梯处
定轴位与轴轴肩承配合的部分非定位轴肩
4. 轴的结构设计方法
➢n—拟轴定的轴转上速零（件r的／装m配in）方案
P—选轴方传案递时的，功应率尽（量k减W少）轴上零件的个数、轴 [τT自]—重许，用有扭好转的剪加应工力工（艺M性P和a）合理的受力 ➢A0确—定系轴数的，基查本表直17径-3 和各段长度
➢ 按传递载荷分 心轴（mandrel）
只承受弯矩不 受扭矩的轴
传动轴(transmission shaft)
主要受扭矩或 弯矩很小的轴
转轴
既受弯矩又 受扭矩的轴
➢ 按轴的外形分
光轴（plain shaft）
阶梯轴（ste形pp状ed简s单ha，ft） 空心轴能（满ho加足llo工定w方位sh便af，t） 实心从轴加和 的（工装 需s工o轴 配l配 要i艺d上定方上sh零位便a考f件困t虑）装难，最好做成直轴，但轴 上零件不好固定；
40Cr、40和Cr耐N磨i、性20，C对r、应2处力0C理集r2。中Ni4A、 38SiMnM敏o 感性较低，但铸造品 ③ 铸铁 质难控制，可靠性较差
QT600—3、QT800—2
选择轴的材料和热处理方式时，主要考虑强度 和耐磨性，而在其它条件相同时，把轴材料由碳素钢改为合 金钢能提高轴的刚度吗？ 不能。
因为这两种材料的弹性模量E相差无几
3. 轴设计的主要内容
强度和刚度计算(重点要求强度计算)； 振动稳定性计算(不要求) ； 结构设计(重点)。
§17.3 轴的结构设计
1. 影响轴结构的因素
轴在机器中的安装位置及形式； 轴上零件的类型、尺寸、数量； 轴上载荷的性质、大小、方向及分布； 轴承的类型、尺寸和布置； 轴的毛坯和加工工艺； 轴上零件的装配方案。
5. 轴的结构工艺性 尽量增大过渡圆角半径，轴上各处的圆角半 径应尽可能统一
为便于装配零件，应去毛 刺，轴端制出45°倒角 进行磨削加工要 有砂轮越程槽
要车制螺纹，需 要退刀槽
键槽应置于同一直线上
例：试分析下图中轴上零件的定位和固定情况。
轴结构设计时，各轴段直径确定的基本原则：
① 按扭转强度理论确定出轴的最细处直径dmin ②安装标准件的轴径，应满足标准件装配尺寸要求 ③有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径
第十七章 轴
§17.1 概述
轴是用来支撑回转零件、传递运动和动力 所有回转零件都必须支撑在轴上。
1. 分类 ➢ 按轴心线形状分
曲轴（crank shaft） 几何轴线不在同一条直线上的轴
直轴
几何轴线在同一条 直线上的轴
钢丝软轴（flexible shaft）
由多组钢丝分 层卷绕而成， 有良好的挠性
➢ 轴上零件的轴向定位 ✓ 轴肩定位
定位轴肩的高度 h＝(0.07～0.1)d
非定位轴肩高度 为1～2mm
✓ 套筒定位 用于两个零件之间的定位，不易用于较大距 离两零件轴之长间比的轮轴毂向宽定度位，不易用于高速旋 转之处 短2～3mm
套筒
✓ 轴端挡圈定位
可以承受较大的轴向力， 适用于轴端零件的定位
✓ 圆螺母定位
可承受大的轴向力，用于 固定轴端的零件。
✓ 轴承端盖定位
轴 承 端 盖 (闷 盖)
轴承端盖(透盖)
用于整个轴的轴向定位
✓ 弹性档圈定位
只
✓ 紧定螺钉定位
能
承
✓ 锁紧挡圈定位
受
不
大
的
轴
向
力
圆锥面定位
适用于有冲击载 荷和同心度要求 较高的场合
轴上零件的周向定位 键、花键、过盈配合、紧定螺钉
脉M动循环M应H2力，Mα≈V20.6
➢ 画对出称扭循矩环图应（力T，）α＝1
➢ 计算弯矩
M ca M 2 (T )2
对于转轴和转动的心轴：
F
弯曲应力sb r = -1
扭剪应力 T
n
n
T 大小和方向不变
r = +1 = 0.3
T 大小经常变化，方向不变 r = 0
= 0.6
T 大小和方向经常变化
§6-2 轴的结构设计
轴的结构设计示例
带轮
假设最细处直径为28mm，如何确定其它轴段直径？ 套筒外径如何确定？ 小端外径查滚动轴承的内圈安装尺寸确定，大端外 径等于齿轮右侧轴环外径！
§17.4 轴的计算
1. 轴的强度校核计算
① 按弯扭合成强度条件计算 ➢ 水α性—平质考力差虑F异N扭H的和矩系M和数H弯，矩按作扭用转 ➢ 垂切直应力力F性NV质和取M：V ➢ M静H应和力M，V的α≈合0.成3
所以，轴都做成阶梯轴。
§17.2 轴的材料 ①② 常碳合用素 金3钢 钢0、易 廉40具好传提做 ，、有的递高成具45较淬大轴复有号高火功颈杂良钢的性率耐的好机能、磨外的械，减性价集了应形吸强所轻时中格保进，振度以重采敏便证行价性，，量用感宜 机 调更 在 、 。性， 械 质小对 性 或应 能 正，力 ， 火为
r = -1 = 1
不同的r，对轴疲劳强度的影响程度也不同
需将不是对称循环的扭剪应力折算为对称循环变应力
当量弯矩： Mca M 2 (T )2 ：折算系数
若T 的变化规律不清楚，一般按脉动循环处理！
➢ 强度校核
s ca
M ca W
M 2 (T )2
W
[s 1]
② 轴承支点位置的确定
滑动轴W承—按轴B／的d抗取弯值截面系数（mm） 当B／[σd-1≤]—1时对，称e循＝环0.5变B；应力时轴的许用
T
9.55106 P 0.2d 3
n
[T ]
d
3
9.55106 P
0.2[T ]n
3
9.55106
0.2[T ]
3
P n
A0 3
P n
对空心轴：
d
A0 3
P
n(1 4 )
β—空心轴内外径比系数， β＝d1／d，一般β＝0.5～0.6
d＞100mm时： 单键槽增大3%，双键槽增大7%；
d≤100mm时： 单键槽增大5～7%，双键槽增大10～15%
当B／弯d曲＞应1时力，e＝0.5d，但不少于
装 配 方 案 对 轴 结 构 的 影 响
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； • 便于零件的拆装和调整； • 具有良好的加工工艺性。
3. 轴各段的名称
轴颈（neck of shaft） 轴头（axle-neck）
轴肩（shaft shoulder） 轴身
轴和回转零件 的配合部分
联接轴颈和轴的直径变化所 轴头的部分形成的阶梯处
定轴位与轴轴肩承配合的部分非定位轴肩
4. 轴的结构设计方法
➢n—拟轴定的轴转上速零（件r的／装m配in）方案
P—选轴方传案递时的，功应率尽（量k减W少）轴上零件的个数、轴 [τT自]—重许，用有扭好转的剪加应工力工（艺M性P和a）合理的受力 ➢A0确—定系轴数的，基查本表直17径-3 和各段长度
➢ 按传递载荷分 心轴（mandrel）
只承受弯矩不 受扭矩的轴
传动轴(transmission shaft)
主要受扭矩或 弯矩很小的轴
转轴
既受弯矩又 受扭矩的轴
➢ 按轴的外形分
光轴（plain shaft）
阶梯轴（ste形pp状ed简s单ha，ft） 空心轴能（满ho加足llo工定w方位sh便af，t） 实心从轴加和 的（工装 需s工o轴 配l配 要i艺d上定方上sh零位便a考f件困t虑）装难，最好做成直轴，但轴 上零件不好固定；
40Cr、40和Cr耐N磨i、性20，C对r、应2处力0C理集r2。中Ni4A、 38SiMnM敏o 感性较低，但铸造品 ③ 铸铁 质难控制，可靠性较差
QT600—3、QT800—2
选择轴的材料和热处理方式时，主要考虑强度 和耐磨性，而在其它条件相同时，把轴材料由碳素钢改为合 金钢能提高轴的刚度吗？ 不能。
因为这两种材料的弹性模量E相差无几
3. 轴设计的主要内容
强度和刚度计算(重点要求强度计算)； 振动稳定性计算(不要求) ； 结构设计(重点)。
§17.3 轴的结构设计
1. 影响轴结构的因素
轴在机器中的安装位置及形式； 轴上零件的类型、尺寸、数量； 轴上载荷的性质、大小、方向及分布； 轴承的类型、尺寸和布置； 轴的毛坯和加工工艺； 轴上零件的装配方案。
5. 轴的结构工艺性 尽量增大过渡圆角半径，轴上各处的圆角半 径应尽可能统一
为便于装配零件，应去毛 刺，轴端制出45°倒角 进行磨削加工要 有砂轮越程槽
要车制螺纹，需 要退刀槽
键槽应置于同一直线上
例：试分析下图中轴上零件的定位和固定情况。
轴结构设计时，各轴段直径确定的基本原则：
① 按扭转强度理论确定出轴的最细处直径dmin ②安装标准件的轴径，应满足标准件装配尺寸要求 ③有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径
第十七章 轴
§17.1 概述
轴是用来支撑回转零件、传递运动和动力 所有回转零件都必须支撑在轴上。
1. 分类 ➢ 按轴心线形状分
曲轴（crank shaft） 几何轴线不在同一条直线上的轴
直轴
几何轴线在同一条 直线上的轴
钢丝软轴（flexible shaft）
由多组钢丝分 层卷绕而成， 有良好的挠性
➢ 轴上零件的轴向定位 ✓ 轴肩定位
定位轴肩的高度 h＝(0.07～0.1)d
非定位轴肩高度 为1～2mm
✓ 套筒定位 用于两个零件之间的定位，不易用于较大距 离两零件轴之长间比的轮轴毂向宽定度位，不易用于高速旋 转之处 短2～3mm
套筒
✓ 轴端挡圈定位
可以承受较大的轴向力， 适用于轴端零件的定位
✓ 圆螺母定位
可承受大的轴向力，用于 固定轴端的零件。
✓ 轴承端盖定位
轴 承 端 盖 (闷 盖)
轴承端盖(透盖)
用于整个轴的轴向定位
✓ 弹性档圈定位
只
✓ 紧定螺钉定位
能
承
✓ 锁紧挡圈定位
受
不
大
的
轴
向
力
圆锥面定位
适用于有冲击载 荷和同心度要求 较高的场合
轴上零件的周向定位 键、花键、过盈配合、紧定螺钉
脉M动循环M应H2力，Mα≈V20.6
➢ 画对出称扭循矩环图应（力T，）α＝1
➢ 计算弯矩
M ca M 2 (T )2
对于转轴和转动的心轴：
F
弯曲应力sb r = -1
扭剪应力 T
n
n
T 大小和方向不变
r = +1 = 0.3
T 大小经常变化，方向不变 r = 0
= 0.6
T 大小和方向经常变化
§6-2 轴的结构设计
轴的结构设计示例
带轮
假设最细处直径为28mm，如何确定其它轴段直径？ 套筒外径如何确定？ 小端外径查滚动轴承的内圈安装尺寸确定，大端外 径等于齿轮右侧轴环外径！
§17.4 轴的计算
1. 轴的强度校核计算
① 按弯扭合成强度条件计算 ➢ 水α性—平质考力差虑F异N扭H的和矩系M和数H弯，矩按作扭用转 ➢ 垂切直应力力F性NV质和取M：V ➢ M静H应和力M，V的α≈合0.成3