《机械设计》第九版高等教育出版社第15章轴

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直轴 按轴线形状分 曲轴
光轴 阶梯轴
直轴 按轴线形状分 曲轴
光轴 阶梯轴
挠性钢丝轴
动力源
Hale Waihona Puke Baidu
设备 设备
被驱动装置 接头
钢丝软轴 (外层为护套) 接头
挠性钢丝轴
二、轴设计的主要内容：
设计任务：选材、结构设计和工作能力验算等方面的内轴的容概述。2
（1）根据轴的应用场合、载荷情况等选择轴的材料。
（2）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。
例：试分析图示卷扬机中各轴所受的载荷，并由此判断各轴的
类型。
Ⅰ
转轴
Ⅱ
固定心轴
Ⅲ
传动轴 Ⅳ
G 转轴
转动心轴
直轴
光轴 ——形状简单，加工容易，应力集中源
少，但轴上零件不易装配及定位。光轴
主要用于心轴和传动轴。
按轴线形状分
按轴线形状分
直轴
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。
§15-2 轴的结构设计
设计任务：定出轴的合理外形和全部结构尺寸。 设计要求：◆ 轴和轴上的零件要有准确的工作位置(定位可靠)；
◆ 轴上的零件应便于装拆、调整；
◆ 轴应具有良好的制造工艺性等。
滚动轴承 齿轮 套筒
轴承盖 带轮 轴端挡圈
典型 轴系 结构
轴的组成： 轴=轴头+轴颈+轴身
轴头
轴颈
轴身
轴头：轴上安装轮毂的部分(如安装齿轮、带轮、联轴器段)。 轴颈：轴上被支承的部分(如安装轴承段)。 轴身：轴的其余部分。
铸钢或球墨铸铁
轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用轧制圆钢或锻件， 各种热处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。
用途：碳钢比合金钢价廉，且具有较好的综合力学性能，对应力集中的敏 感性较低。应用较多，适用于一般要求的轴，尤其以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： 如传递大功率并要求减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高
§15-1 轴的概述
一、轴的用途及分类：
功用：用来支承回转类零件(如齿轮、带轮、链轮、凸轮等) 及传递运动和动力。
带式运 输机
电动机 减速器
分类：
转轴---既承受弯矩又承受扭矩(最常见) 按承受载荷分
带式运 输机
⊙ × × ⊙
电动机
减速器 转轴
转轴---既承受弯矩又承受扭矩 按承受载荷分 传动轴---只承受扭矩
（3）轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。
轴的设计过程是：
轴的材料选择
根据总体结构的要求进行轴的结构设计
轴的承载能力验算
no 验算合格?
yes
结束
三、轴的材料：
碳素钢：35、45、50、Q235
正火或调质处理。
种 类
合金钢: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等
一、拟定轴上零件的装配方案
-----即确定轴上零件的装配方向、顺序； 一般应考虑几个方案，进行分析比较和选择。
轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。图示减速器输 出轴就有两种装配方案。
输出轴
合 理
方案一
方案二
方案二多了一个用于轴向定位的长套筒，使机器的零件增多，重量 增大。故不如方案一合理 。
第十五章 轴
§15-1 轴的概述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的强度计算 §15-4 轴的设计实例
本章学习的基本要求： 熟练掌握的内容
1）轴的功用、类型、特点及应用； 2）轴的扭转强度和弯扭合成强度计算； 3）轴的结构设计及轴系的改错； 4）提高轴的强度的措施。
本章的重点：
轴的结构设计和强度计算。其中，轴的结构设计和轴系 的改错是本章的难点。
发动机
传动轴
后桥
汽车中联接变速箱与后桥之间的轴
按承受载荷分
转轴---既承受弯矩又承受扭矩 传动轴---只承受扭矩 心轴---只承受弯矩
车厢重力
自行车 前轮轴
前叉
支撑反力
转动心轴 火车轮轴
前轮轮毂 固定心轴
自行车工作时前轮轮毂 和滚珠一起相对于前叉和车 轴转动，而车轴本身固定不 动，且仅承受横向力产生的 弯矩，故自行车前轮为固定 心轴。
185
480
290
250
许用弯 曲应力
[σ-1]
40 55 60 70 75 70
75
60 75 45
备注
用于不太重要及受 载荷不大的轴
应用最广泛
用于载荷较大，而 无很大冲击的重要轴
用于很重要的轴 用于很重要的轴， 性能近于40CrNi 用于要求高耐磨性， 高强度且热处理（氮 化）变形很小的轴 用于要求强度及韧 性均较高的轴 用于腐蚀条件下的轴 用于高、低温及腐 蚀条件下的轴 用于制造复杂外形 的轴
温、低温和腐蚀条件等。
在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相 差不多，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。
高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴，且具有价廉、良好的 吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，但是质较脆。
材料牌号 热处理
Q235-A 45
40Cr
热轧或 锻后空
冷 正火 调质 调质
40CrNi
38SiMn Mo
38CrMo AlA
20Cr
3Cr13 1Cr18Ni
9Ti
QT600-3 QT800-2
调质
调质
调质
渗碳 淬火 回火 调质 淬火
轴的常用材料及其主要力学特性表
毛坯直径 /mm
≤100 ＞100~250
硬度/HBS
抗拉强 度极限
σB
400~420 375~390
屈服强 度极限
σS
225 215
弯曲疲 劳极限
σ-1 MPa
170
剪切疲 劳极限
τ-1
105
≤100
170~217
590
＞100~300 162~217
570
≤200
217~255
640
≤100
735
241~286
＞100~300
685
≤100
270~300
900
＞100~300 240~270
785
≤100
229~286
735
＞100~300 217~269
685
≤60
293~321
930
＞60~100 277~302
835
＞100~160 241~277
785
渗碳
≤60
56~62
640
HRC
≤100
≥241
835
≤100
530
＞100~200
≤192
490
190~270
600
245~335