机械设计课件第十章轴教材
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机械设计基础第10章链传动ppt课件
P
实际使用区域
2
1
3
密封润滑不良
4
其极限功率急剧下降；
n1
极限功率曲线 对应每种失效形式，可得出一个极限功率
表达式。常用线图表示。
单排滚子链的极限功率曲线。
1是在正常润滑条件下，铰链磨损限定的极限功率曲线； 2是链板疲劳强度限定的极限功率曲线； 3是套筒、滚子冲击疲劳强度限定的极限功率曲线； 4是铰链（套筒、销轴）胶合限定的极限功率曲线。
24
Ι—人工定期润滑 Π—滴油润滑 12.7
15.875
链 19.05
节
Ι
Π
距 25.4
p(mm) 31.75
38.1
44.45
50.8
0.2 0.3 0.4 0.6 0.8 1
2
推荐的润滑方式
Ш—油浴或 Ⅳ—压力喷
飞溅润滑
油滑润
Ш
Ⅳ
3 4 5 6 8 10
20
链速v(m/s)
编辑版pppt
25
300
计算；
编辑版pppt
28
Kp为多排链系数（表10-12）。
载荷性质
表10-10 工作情况系数KA 原动机
电动机或汽轮机
内燃机
载荷平稳
1.0
1.2
中等冲击
1.3
1.4
较大冲击
1.5
1.7
表10-11
小链轮齿数系数Kz和 K
' z
功率 200
150
p0(kw) 100
80
60
40
单排
A
20 15
系列 10
滚子
8 6
链的 4
功率 2
机械设计基础课件_轴
第三节 轴的结构设计
三、结构设计中应考虑的主要问题
（3）轴端挡圈——常与轴肩或锥面联合使用，固定零件 稳定可靠， 能承受较大的轴向力。
注意：轮毂宽度B>轴头长度l ，取l = B- （2~3）mm
第三节 轴的结构设计
三、结构设计中Βιβλιοθήκη 考虑的主要问题（4）圆锥面——装拆方便，可兼作周向固定。宜用于高速、重载及零件对中性
F
F
不合理结构
合理结构
第三节 轴的结构设计
2）使转矩合理分配
输出轮 输入轮
1
下面结构哪个好？
输出轮
输入轮
输出轮
Tmax= T2 + T3 + T4
Tmax= T3 + T4
不合理的布置
合理布置
第三节 轴的结构设计
3）改进轴上零件结构，减轻轴的载荷
卷筒轴既受弯矩又受扭矩
卷筒轴只受弯矩
第三节 轴的结构设计
能，可满足特殊工作要求。多用于高速、重载及要求耐磨性好的场合。
但价格较贵，对应力集中敏感。 20Cr、40Cr、20CrMnTi 3、形状复杂的轴：高强度铸铁及球墨铸铁。球墨铸铁吸振性好， 对应力集中不敏感。常用于凸轮轴、曲轴。
第二节 轴的材料及其选择
注意：钢材
种类 热处理 ∴用 热处理 合金钢 轴的毛坯： 圆钢棒料 锻造毛坯 焊接毛坯 不能提高轴的刚度。
2）轴上零件装配工艺性要求 1.轴的配合直径应圆整为标准值。 2.轴端应有cX45º的倒角。 3.与零件过盈配合的轴端应加工出导向锥面。
° °
a）倒角
b）导向锥面
4.装配段不宜过长。
第三节 轴的结构设计
（四）、提高轴强度和刚度的措施
机械设计基础 轴系PPT课件
3）连续正反转、载荷不稳定：切应力接近对称循环，r ＝ -1；
[ 1b 第] 2[1页/1共b ]25页1
6）确定危险截面。
7）强度条件：
c
M W
M 2 ( T )2 [ ] MPa
0.1d 3
d 3 M
mm
0.1 [ ]
式中： W —— 轴的抗弯截面系数； [σ] —— 轴的许用弯曲应力，见表 14-1。
四、轴设计的主要问题 失效形式： 1、疲劳破坏 2、变形过大 3、振动折断 4、塑性变形
疲劳强度校核 刚度验算（如机床主轴） 高速轴，自振频率与轴转速接近 短期尖峰载荷 验算屈服强度
第8页/共25页
设计的主要问题： 1、合理的结构设计 —→ 保证轴上零件有可靠的工作位置，装配、拆卸方便，
周向、轴向固定可靠，便于轴上零件的调整； 2、工作能力计算 a、有足够的强度
轴圆角半径 r ＜ 轴上零件倒角尺寸 c ＜ 轴肩高度 h 或：轴圆角半径 r ＜ 轴上零件圆角半径 R ＜ 轴肩高度 h
第13页/共25页
轴肩 定位轴肩： h ＝ ( 0.07 ～ 0.1 ) d ； d ：轴颈尺寸 非定位轴肩： h ＝ ( 1 ～ 2 ) mm
（2）周向固定 键、花键、成形联接、弹性环联接、过盈、销等 —— 轴毂联接
强度条件：
T WT
9.55106 0.2 d 3
P n
MPa
d 3 9.55106 P mm
0.2[ ]n
式中：WT —— 抗扭截面系数，mm3 [τ ] —— 许用切应力，MPa
第17页/共25页
公式应用： a）传动轴精确计算； b）转轴的初估轴径 dmin —— 结构设计，逐步阶梯化 di
α —— 根据转矩性质不同而引入的应力校正系数。 σ —— 一般为对称循环变化（弯矩引起的弯曲应力） 1）单向旋转、载荷稳定：切应力接近不变 r ＝ +1；
[ 1b 第] 2[1页/1共b ]25页1
6）确定危险截面。
7）强度条件：
c
M W
M 2 ( T )2 [ ] MPa
0.1d 3
d 3 M
mm
0.1 [ ]
式中： W —— 轴的抗弯截面系数； [σ] —— 轴的许用弯曲应力，见表 14-1。
四、轴设计的主要问题 失效形式： 1、疲劳破坏 2、变形过大 3、振动折断 4、塑性变形
疲劳强度校核 刚度验算（如机床主轴） 高速轴，自振频率与轴转速接近 短期尖峰载荷 验算屈服强度
第8页/共25页
设计的主要问题： 1、合理的结构设计 —→ 保证轴上零件有可靠的工作位置，装配、拆卸方便，
周向、轴向固定可靠，便于轴上零件的调整； 2、工作能力计算 a、有足够的强度
轴圆角半径 r ＜ 轴上零件倒角尺寸 c ＜ 轴肩高度 h 或：轴圆角半径 r ＜ 轴上零件圆角半径 R ＜ 轴肩高度 h
第13页/共25页
轴肩 定位轴肩： h ＝ ( 0.07 ～ 0.1 ) d ； d ：轴颈尺寸 非定位轴肩： h ＝ ( 1 ～ 2 ) mm
（2）周向固定 键、花键、成形联接、弹性环联接、过盈、销等 —— 轴毂联接
强度条件：
T WT
9.55106 0.2 d 3
P n
MPa
d 3 9.55106 P mm
0.2[ ]n
式中：WT —— 抗扭截面系数，mm3 [τ ] —— 许用切应力，MPa
第17页/共25页
公式应用： a）传动轴精确计算； b）转轴的初估轴径 dmin —— 结构设计，逐步阶梯化 di
α —— 根据转矩性质不同而引入的应力校正系数。 σ —— 一般为对称循环变化（弯矩引起的弯曲应力） 1）单向旋转、载荷稳定：切应力接近不变 r ＝ +1；
机械设计课件-滑动轴承
橡胶 多孔铁 (Fe 95%, Cu 2%,石墨和其 多孔质 它 3%） 金属材 料 多孔青铜
0．34 55（低速，间歇） 21（0.013m/s 4.8(0.51~0.76m/s) 2.1(0.76~1m/s) 27（低速，间歇） 14（0.013m/s 3.4(0.51~0.76m/s) 1.8(0.76~1m/s)
电侵蚀
气蚀
二、轴承材料 对 材 料 性 能 要 求 常 用 轴 承 材 料 良好的减摩性、耐磨性和咬粘性。 良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性。 足够的强度和抗腐蚀的能力。 良好的导热性、工艺性、经济性等。 金属材料 多孔质金属材料 非金属材料 特 点 应 用
轴承合金、铜合金、铸铁、铝基合金。 多孔铁、多孔质青铜。 酚醛树脂、尼龙、聚四氟乙烯。
150 5 15 280 15 30 12 280 280
00
300 300
3
5
1
3 5
4 5
4 5
用于中速、中等载 荷的轴承，不易受显著 5 冲击。可作为锡锑轴承 合金的代替品。 用于中速、重载及 受变载荷的轴承 。 1 用于中速、中载的 轴承。 用于高速、重载轴 2 承，能承受变载荷冲击。 2 最宜用于润滑充分 的低速重载轴承。
酚醛树脂
非金属 材料
尼龙
14
3
90
碳-石墨
4
13
400
由棉织物、石棉等填料经酚醛树脂粘结而成。 抗咬合性好，强度、抗振性也极好，能耐酸碱， 导热性差，重载时需用水或油充分润滑，易膨胀， 轴承间隙宜取大些。 摩擦系数低，耐磨性好，无噪声。金属瓦上 覆以尼龙薄层，能受中等载荷。加入石墨、二硫 化钼等填料可提高其力学性能、刚性和耐磨性。 加入耐热成分的尼龙可提高工作温度。 有自润滑性及高的导磁性和导电性，耐蚀能 力强，常用于水泵和风动设备中的轴套。 橡胶能隔振、降低噪声、减小动载、补偿误 差。导热性差，需加强冷却，温度高易老化。常 用于有水、泥浆等的工业设备中。 具有成本低、含油量多、耐磨性好、强度高 等特点，应用很广。
机械设计基础第五版第十章1
10-4 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件 一. 螺纹联接的基本类型： 1. 螺栓联接：
特点：被联接件的孔中不切制螺纹，装拆方便 普 通 螺 栓 联 接 铰 制 孔 用 螺 栓 联 接
2. 螺钉联接：
优点：
螺钉直接拧入被联接件 的螺纹孔中，省去了螺 母，结构简单。 缺点：不易经常装拆
3.双头螺柱联接：
???????kffffbba00???????kffffccr00??????????kkfffcbcbe专业资料??????????kkfffcbcbe???????kffffbba00???????kffffccr00cbekkf????cbbeakkkfff???010cbberkkkfff????螺栓相对刚度系数????cbbkkk专业资料107螺栓材料及许用应力?螺纹联接件的常用材料
设计式 : d1
1.3CF [ ]mf
4
CF 螺栓所受轴向力： F a F 0 mf
当 f=0.15，C=1.2，m=1时，F0=8F
即预紧力为横向工作载荷的 8倍 螺Байду номын сангаас尺寸较大
措施： 1. 用键、套筒、销承受工作载荷
2. 用铰制孔用螺栓承受横向载荷
2. 受轴向工作载荷的螺栓
(1) 每个螺栓所承受的轴向工作载荷：
FE
p
D
Z
2
4
P---流体压强 Z---螺栓数
(2) 螺 栓 承 受 的 总 拉 伸 载 荷：
F F F
a E
R
F
R
残余预应力
F
b0
0
F
F
F F
R
a
第10章轴机械设计课件
轴的常用材料及其主要力学性能
应用说明
毛坯直径 硬度 强度极限σb 屈服极限σs 弯曲疲劳极限σ-1 mm HBS MPa
Q235 35 正火 ≤100 ~187
149
440 520
240 270
200 250
用于不重要或 载荷不大的轴 有较好的塑性 和适当的强度， 可用于一般曲 轴、转轴。
自用盘编号JJ321002
双圆螺母
D、轴端到角—保护轴端部、安装导向、确保安全。 见前页图
自用盘编号JJ321002
4、改善轴的受力状况，减小应力集中 1）改善受力状况
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一体，转 距经大齿轮直接传递给卷筒，故卷 筒轴只受弯矩而不传递扭矩。图b中 轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷 相同时，图a结构轴的直径要小。
四、轴的主要组成部分： 轴主要由三部分组成： 1、轴颈——轴上被支承的部分； 2、轴头——轴上安装传动件轮毂的部分； 3、轴身——联接轴颈、轴头的部分。 轴身 轴头 轴颈
自用盘编号JJ321002
§10-2
轴的结构设计
一、轴的设计要求 1、保证有足够的强度和适当的刚度； 2、轴上所有零件与轴之间的轴向、周向的定位与固定； 3、轴上零件装、拆方便； 4、良好的工艺性、加工方便、加工精度高、成本低； 二、轴的结构设计 目的：确定轴的合理外形和全部结构尺寸 轴的结构取决于轴上力的大小、方向；轴上零件的固 定、定位要求；轴承的类型及其位置；轴的加工工艺等。 1、轴上零件的周向固定： 固定方式取决于该零件传递扭矩的大小、定心程度要 求、该零件是否需要沿轴向滑移及在轴上的部位等。主要 有以下几种方式：
自用盘编号JJ321002
h C C11 D
《机械设计基础》第10章轴及轴毂联接PPT课件
光轴
阶梯轴
②按轴的轴线形状可分为:直轴、曲轴、挠性轴
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
⑺刚度校核计算（略） ❖5.绘制轴的工作图。
10.5 轴毂连接
轴毂连接：实现轴和轴上零件周向固定的连接。 轴毂连接的主要形式：键连接和花键连接。
一、键连接、花键和销连接
（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：
AM Iz yAM Iz Rsint
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
①最大应力σmax ②最小应力σmin
③循环特征系数 r min max
④平均应力
max min 2 m
➢截面C右侧的合成弯矩为：
M C 2 M h 2 C M v 2 2 C 9 . 6 2 3 8 2 . 1 2 1 1 8 . 9 2 N m 2 3
⑸绘制扭矩图 ➢齿轮与联轴器之间的扭矩为：
T 95P 4 995 1 4 0 9 4.7 7N 2 3 m
n 2
202
⑹确定危险截面，强度校核计算 ➢绘制当量弯矩图（图11.6.15f）因为轴为单向转动， 所以扭矩为脉动循环，折合系数为α=0.6，危险截 面C处的弯矩为 ：
机械设计课件-轴系
§ 15-2 轴的材料
§ 15-2
轴的材料
轴的材料：主要是碳钢和合金钢
轴的毛坯：轧制圆钢：d<100mm，锻件d>100mm
1.一般应用:45钢(35、50代用)，调质正火 2.传递大动力，要求减少尺寸及重量，提高强度、 耐磨性时：40Cr 40CrNi 40MnB等，调质或轴颈 表面淬火。
3.高速、冲击载荷时，应提高轴的抗疲劳强度 20Cr 20CrMnTi 20Cr 2Ni4A等，表面处理 （渗碳淬火、氧化、氮化），表面强化处理 （喷丸、滚压）。
结构设计方法：以圆锥——圆柱齿轮减 速器的输出轴为例。
（一）拟定轴上零件的装配方案 不同的装配方案可以得出不同的轴的结 构形式。应拟定几种不同的装配方案，进行 分析对比与选择。 （二）确定轴的基本直径和各段长度 1.最小直径的确定 首先按扭转强度初步估算轴的直径
dmin A0
3
P n
A0值查表确定
4.形状复杂的轴（曲轴、齿轮轴、空心轴）： 球墨铸铁、合金铸铁。
潘存云教授研制
§ 15-3 轴的结构设 计
§ 15-3
轴的结构设计
a ,c为1015mm s为：脂3 5 ；油10 15 l：根据零件拆装的要求确定。 轴的结构设计：确定轴的合理外形和全部 结构尺寸。 结构设计应满足：轴和装在轴上的零件要 有准确的位置；轴上零件应便于拆装，调整； 轴具有良好的制造工艺性。 已知条件：装配简图、轴的转速、传递 的功率、传动零件的主要尺寸。
400 500 600 700 800 130 170 200 230 270 300 330 100 120 70
[σ-1b]
40
静应力状态下的 75 45 许用弯曲应力
机械设计 轴PPT课件
T
T WT
9.55 10 6 0.2d 3n
P
[ T ]
MPa
9.55106 P
P
d 3 0.2[ ] 3 n A0 3 n
mm
T—扭矩 ，WT—抗扭截面系数， P—功率，n—转速，
[τ ]—许用应力， 青岛科技大学专用
潘存云教授研制
T
d—计第1算8页直/共5径1页，A0—材料系数。
表15-2 常用材料的[τT]值和A0值
用途：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较 多，尤其是45钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能， 但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。
轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。
如用球墨铸铁制造曲轴和凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感较低、强度较好等优点。
表15-1 轴的常用材料及其主要力学性能
型
本章只研究直轴
直轴
光轴
按轴的形状分有： 曲轴 阶梯轴
挠性钢丝轴
青岛科技大学专用 潘存云教授研制
第6页/共51页
二、轴设计的主要内容
设计任务：选材、结构设计、工作能力计算。 轴的结构设计：
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。
工作能力计算： 轴的承载能力验算指的
长度 长系列
82
L
短系列
60
青岛科技大学专用 潘存云教授研制
112 84
第20页/共51页
142 107
便于零件的装配，减少配合表面的擦伤的措施： 1) 在配合段轴段前应采用较小的直径；
2) 配合段前端制成锥度； 3) 配合段前后采用不同的尺寸公差。
为了便于轴上零件的拆卸，轴肩 高度不能过大。
机械设计课件——第十章轴
三. 转轴
由┌Ｍ→ └Ｔ→
→弯＋转→按弯扭合成强度计算
1.受力分析：M + T σb→ r =－1
τ→ 单向→ r =0 ＼ →求当量
转矩不变→ r =+1 ／ 双向→ r =－1
弯矩Ｍe
b
M W
d
M 3/
32
M 0.1d 3
;
T WT
d
T 3/
16
T 2W
2.当量弯矩Ｍe： 当σb (r =－1), τ (r =－1)时
曲轴长14米、重237吨 柴油机功率：49760马力=36598KW
第十章 轴
一、轴的功用 （1）支承轴上回转零件
（2）传递运动和动力
10.1 概述
10.1.1轴的分类
1）按承载情况分
转轴 工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。 转动心轴
心轴 用来支撑转动零件且只承受弯 矩而不传递转矩的轴称为心轴。固定心轴
5.与齿轮或联轴器等零件相配的轴段长度一般应比轴 毂长度短2～3mm。
6.套筒或轴肩给轴承轴向定位，高度应低于轴承内 圈，便于装拆
• 7.需要切制螺纹的轴段应留有退刀槽，需 要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽
•8.轴上有几个键槽时，为便于加工，各轴段键槽应
设计在同一加工直线上，并在强度足够条件下尽量 采用同一规格的键槽剖面尺寸。
具有较高的机械强度、 淬透性也较好，价格高， 对应力集中敏感性较高
种类 注意：① 钢材
对钢材弹性模量E影响很小，
热处理
∴用 热处理 不能提高轴的刚度。 合金钢
②轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度。 ③轴的毛坯一般采用圆钢或锻件
机械制造基础课件-轴的设计
1、 轴向定位 、
承受很小的轴向力 紧定螺钉
第二节 轴的结构设计
1、 轴向定位 、
第二节 轴的结构设计
2、周向定位
键
花 键
弹性环
第二节 轴的结构设计
2、周向定位 、
销
成形联接
过盈配合
第二节 轴的结构设计
四、轴上各轴段的尺寸确定 1）直径确定依据 ） ①满足强度和刚度要求 ②轴颈直径必须符合相配轴承的内径 ③安装联轴器、离合器等零件的轴头直径应与相应孔径范 安装联轴器、 围相适应 ④与齿轮等零件相配合的其它轴头直径，应采用标准直径 与齿轮等零件相配合的其它轴头直径， ⑤轴上需车制螺纹的部分，其直径必须符合外螺纹大径的 轴上需车制螺纹的部分， 标准系列
。
绘制出合成弯矩图。 3）计算出合成弯矩 M = M 2 + M 2 ，绘制出合成弯矩图。 H V 作出扭矩（ ） 4）作出扭矩（T）图。 式中α为考虑弯曲应力与扭转切 5）计算当量弯矩 M e = M + (αT ) ，式中 为考虑弯曲应力与扭转切 应力循环特性的不同而引入的修正系数。 应力循环特性的不同而引入的修正系数。
（二）轴的结构设计内容 轴的合理外形和全部结构尺寸
第二节 轴的结构设计
三、 轴上零件的固定
定位： 定位：指零件在轴上安装到位 位置准确） （位置准确） 固定： 固定：指工作时零件与轴之间相对 位置保持不变（位置不动） 位置保持不变（位置不动）
第二节
1、轴向定位 、 轴肩和轴环
轴的结构设计
特点： 特点：能承受较大的轴向力 常用于齿轮、 常用于齿轮、链轮等轴向定位
传动轴
点击图动画演示
汽车中联接变速箱与后桥之间的轴
第一节 概述
轴的应用和分类 轴的应用
承受很小的轴向力 紧定螺钉
第二节 轴的结构设计
1、 轴向定位 、
第二节 轴的结构设计
2、周向定位
键
花 键
弹性环
第二节 轴的结构设计
2、周向定位 、
销
成形联接
过盈配合
第二节 轴的结构设计
四、轴上各轴段的尺寸确定 1）直径确定依据 ） ①满足强度和刚度要求 ②轴颈直径必须符合相配轴承的内径 ③安装联轴器、离合器等零件的轴头直径应与相应孔径范 安装联轴器、 围相适应 ④与齿轮等零件相配合的其它轴头直径，应采用标准直径 与齿轮等零件相配合的其它轴头直径， ⑤轴上需车制螺纹的部分，其直径必须符合外螺纹大径的 轴上需车制螺纹的部分， 标准系列
。
绘制出合成弯矩图。 3）计算出合成弯矩 M = M 2 + M 2 ，绘制出合成弯矩图。 H V 作出扭矩（ ） 4）作出扭矩（T）图。 式中α为考虑弯曲应力与扭转切 5）计算当量弯矩 M e = M + (αT ) ，式中 为考虑弯曲应力与扭转切 应力循环特性的不同而引入的修正系数。 应力循环特性的不同而引入的修正系数。
（二）轴的结构设计内容 轴的合理外形和全部结构尺寸
第二节 轴的结构设计
三、 轴上零件的固定
定位： 定位：指零件在轴上安装到位 位置准确） （位置准确） 固定： 固定：指工作时零件与轴之间相对 位置保持不变（位置不动） 位置保持不变（位置不动）
第二节
1、轴向定位 、 轴肩和轴环
轴的结构设计
特点： 特点：能承受较大的轴向力 常用于齿轮、 常用于齿轮、链轮等轴向定位
传动轴
点击图动画演示
汽车中联接变速箱与后桥之间的轴
第一节 概述
轴的应用和分类 轴的应用
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10.4.4 轴的结构设计
轴的径向尺寸确定
轴的轴向尺寸确定
1.箱体内壁位置的确定
H=10~15mm
A=b+2H A应圆整
2.轴承座端面位置的确定
C=δ+C1+C2+( 5~10)mm δ--箱体壁厚 C1、C2--螺栓 扳手空间
B=A+2C B应圆整
3.轴承在轴承座孔中位置的确定
Δ 值尽量小 减小支点距离
心轴 用来支撑转动零件且只承受弯矩 而不传递转矩的轴称为心轴。 固定心轴
传动轴 用来传递转矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。
2、按结构形式分
（1）曲轴
（2）软轴
（3）空心轴
10.1.2 轴的受力、应力及失效形式
以减速器的输出轴为例来讨论转轴的受力、应 力及失效形式
1、受力及应力分析
在AB之间的任意截面上，只有弯矩
高速输入轴的直径d可按与其相联的电动机轴的直径 D估算
d=(0.8~1.2)D 各级低速轴的直径d可按同级齿轮传动中心a估算
d=(0.3~0.4)a
10.3.3 按扭转强度计算法
计算公式
T WT
9.55106 P
0.2d3 n []
或
d 3
9.55106
P n
C3
Pmm
0.2[]
n
当最小直径剖面上有一个键槽时增大5%，当 有两个键槽时增大10%，然后圆整为标准直径
油润滑时 Δ= (5~10)mm
脂润滑时 Δ= (10~15)mm
4.轴的外伸长度的确定
(1)当轴端安装弹性 (2)当使用凸缘式轴
套柱销联轴器时
承盖时
K值由联轴器的型 号确定
K值由连接 螺栓长 度确定
(3)当轴承盖与轴端 零件都不需拆卸时, 一般取
K=5mm~8mm
10.5 轴的强度校核计算
10.5.1 轴的计算简图
2.中、低碳合金钢： 强度高、寿命长，对应力集中敏感，用于重载、
小尺寸的轴。
3、合金铸铁、QT：铸造成形，吸振，可靠性低，品 质难控制，常用于凸轮轴、曲轴。
10.3 轴径的初步估算
通常估算轴的最小直径，作为结构设计的依据
10.3.1 类比法
参考同类已有机器的轴的结构和尺寸进行分析对比
10.3.2 经验公式计算法
完善 设计
修改直径
转轴设计程序框图 心轴和传动轴？？
10.2 轴的材料
轴的材料 具有足够高的强度和韧性 应力集中敏感性小 良好的工艺性
轴的常用材料： 碳钢，合金钢，球墨铸铁，高强度铸铁等。 热处理，化学处理，表面强化处理等 。
1.碳素钢：30、35、45、50，45应用最广。 价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。
1.合理布置轴上传动零件的位置 分析两种方案的最大转矩(a)小于(b)
2.合理设计轴上零件的结构 轮毂配合面分成两段 减小弯矩、改善配合
3.减小应力集中 过渡肩环
内凹圆角
轴肩过渡结构
配合轴段上的卸载槽
轮毂上的卸载槽
4.提高轴的表面质量
提高轴的疲劳强度:表面强化—如碾压、喷丸、 表面淬火等
喷丸强化，是在一个完全控制的状态下，将无 数小圆形称为钢丸的介质高速且连续喷射，捶打到 零件表面，从而在表面产生一个残余压应力层。
10.4 轴的结构设计
轴的结构设计的主要要求是： （1）轴应便于加工，轴上零件应便于装拆。 （制造安装要求） （2）轴和轴上零件应有正确而可靠的工作位置。 （ 定位固定要求） （3）轴的受力合理，尽量减少应力集中等。
以下，以减速器的低速轴为例加以说明
减速器中有阶梯轴
10.4.1 制造安装要求
便于拆卸、便于 安装、便于制造
M，因此只有弯曲应力 b
在BC之间的任意截面上，既作用有
弯矩M，又作用有转矩T，因此，即
有弯曲应力 b ，又有扭转剪应力
而在CD之间的任意截面上，只作用
有转矩T，因此只有扭转剪应力
转轴
2、应力循环特征
b
弯曲应力 b 为对称循环变应力，其循特征
图a
r=-1(见图a) 。
扭转剪应力的循环特征r随转矩的性质而变化。
机械设计课件第十章轴教材
曲轴长14米、重237吨 柴油机功率：49760马力=36598KW
轴的功用
第10章 轴 10.1 概述
（1）支承轴上回转零件 （2）传递运动和动力
第10章 轴 10.1 概述
10.1.1 轴的分类
1、按受载荷分
转轴 工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。 转动心轴
简化成简支梁； 轴上的均布载荷，简化为集中力，并作用在中点； 转矩：从传动件轮毂宽度的中点算起； 支点：与轴承类型有关。
当转矩T的大小及方向恒定不变时，扭转剪应
图b
力 为静应力，其循环特征r=+1（见图b）。
当转矩T按脉动循环变化时，扭转剪应力也
图c
为脉动循环，其循环特征r=0（见图c）。
当转矩T为对称循环时，扭转剪应力 也为对
称循环，其循环特征r=-1（见图d）。
图d
3、轴的一般失效形式(变应力下)
疲劳断裂：疲劳裂纹发展到一定程度后突然断裂。
做成阶梯轴 应有倒角 有越程槽 键应靠近端部
减速器低速轴结构图
10.4.2 固定要求
1.轴上零件的轴向固定
可靠的轴向定位 1.与齿轮或联轴器等零件相配的轴段长度一般应比轴 毂长度短2～3mm。
D h
c
可靠的轴向定位： 2.定位零件毂孔端部倒角尺寸c应大于定位轴肩处的
过渡圆角半径r，即c >r 。
10.1.3 轴的设计
轴的设计主要解决两个方面的问题
设计计算 结构设计
转轴设计分三步进行:
（1）初定轴径;
（2）结构设计: 画草图, 确定轴的各段尺寸, 得到轴的 跨距和力的作用点; （3）计算弯矩、扭矩、弯曲应力及扭剪应力，进行校核 计算。
已知 条件
选择 轴的 材料
初算 轴径
结构 设计
计算 校核 弯扭 计算
c < r,定位不可靠 r
c r ,定位可靠 r
d
D h
c
d
D h
c
可靠的轴向定位： 3.定位轴肩的高度h应达到定位零件毂孔端部倒角尺
寸c的2～3倍，即h (2～3)c。
h < c ,定位不可靠 r
h (2～3)c,定位可靠 r
d
D h
c
d
2.轴上零件的周向固定
10.4.3 受力、应力要求以提高轴的强度
因为当每颗钢丸撞击金属零件上，宛如一个微 型棒捶敲打表面，捶出小压痕或凹陷。为形成凹陷， 金属表层必定会产生拉伸。表层下，压缩的晶粒试 图将表面恢复到原来形状，从而产生一个高度压缩 力作用下的半球。无数凹陷重叠形成均匀的残余压 应力层。最终，零件在压应力层保护下，极大程度 地改善了抗疲劳强度，延长了安全工作寿命。