轴课件

§15-1 概 述
转动心轴
心
轴
只受弯矩M
固定心轴
转动心轴
固定心轴
§15-1 概 述
传动轴 只受扭矩T
传动轴
§15-1 概 述
转 轴 既受弯矩M，又受扭矩T
转轴
§15-1 概 述 光轴 直轴 按轴线分： 曲轴 挠性钢丝轴
可以弯曲且不影响传递扭矩。比如汽车、 摩托车和轮船里程表、转速表，计数器， 割草机及各种机械转动仪表中的、通下 水的等等
B
圆螺母
l
止动垫圈
注意：零件宽度B > 轴长度l ，取l = B-（2~3）mm
6.弹性挡圈 -----结构简单，但在轴上需切槽，会引起应力集中，
一般用于轴向力不大的零件的轴向固定。
B
弹性挡圈
l
注意：零件宽度B > 轴长度l ，取l = B-（2~3）mm
轴向定位和固定——
弹性挡圈
在轴上切出环形槽 ( 手册 ) ，将弹性挡圈嵌入槽中，利用 它的侧面压紧被定位零件的端面，图为轴肩与弹性挡圈 联合使用的情况。这种定位方法工艺性好、装拆方便， 但对轴的强度消弱较大，常用于所受轴向力小的轴。
按受载性质分： 传动轴
转 轴
既受弯矩M，又受扭矩T
心轴——只承受弯矩而不承受转矩的轴，如自行车轮轴。 按轴转动与否，又可分为转动心轴和固定心轴。 传动轴——指只受转矩不受弯矩或受很小弯矩的轴，如联 接汽车发动机输出轴和后桥的轴。 转轴——指既受弯矩又受转矩的轴，转轴在各种机器中最 为常见。 转轴：M + T； 心轴：M ； 传动轴：T
F
等强度
阶梯轴
§15-2 轴的结构设计
轴的常用术语： 轴颈 — 与轴承相配的部分 轴头 — 与轮毂相配的部分 轴身 — 连接轴颈与轴头部分
轮毂：齿轮中心的圆柱部分，常带有一孔，其作用是安装在轴上使其在 轴上转动或与轴一起转动
尺寸= 轴承内径 直径与轮毂内径相当
轴头
轴身
轴颈
典型轴系结构
轴承盖 滚动轴承 齿轮 滚动轴承 轴承盖 键槽 联轴器
取h=(1～2)mm
d
轴肩的尺寸要求 轴肩高度
定位轴肩: h=6～10mm
非定位轴肩: h=1～3mm
b
轴环
h
D d
h
D
d
h≈(0.07d~0.1d)mm b≈1.4h
2.套筒
-常用于两个距离相近的零件之间，起定位和固定的作用。 套筒与轴之间配合较松，不宜用于转速较高的轴上。
套筒 B
l
注意：轮毂宽度B > 轴头长度l，取l = B -（2~3）mm
四
轴的材料
碳素钢：35、45、50、Q235
正火或调质处理。
种 合金钢: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等 类 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 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。
1）轴的过渡圆角半径r—— 应小于轴上零件的倒角C 或圆角半径R； 2）轴环宽度b—— b1.4h ≥ 10 mm
d
r
r
h
b
R
h
c
D
d
D
轴肩
3）轴肩轴 环高度h
轴环
或h=0.07d+(2～3) mm
定位轴肩：高度h>C(或R) ,通常取h=(2～3)C或(2～3)R 滚动轴承：轴肩高度<滚动轴承内圈高度 非定位轴肩：为使零件装拆方便，
2~3
2~3
轴肩定位：多用于轴向力较大的场合。
轴 向 定 位 的 方 法 套筒定位：多用于两个零件之间的定位。 圆螺母定位：可承受大的轴向力，一般用于轴端零件的 固定。（图15-10） 轴端挡圈：用于轴端零件的固定。 轴承端盖定位：一般也用于整个轴系的轴向定位 其它：用于较小轴向力的场合。如：弹性挡圈、紧定螺 钉、锁紧挡圈、圆锥面定位等。（图15-11---图15-13）
为防松，需加止动垫圈或使用双螺母。
止动垫圈
7.紧定螺钉
----结构简单，可兼作周向固定，传递不大 的力或力矩，不宜用于高速。
紧定螺钉
轴向定位和固定——
锁紧挡圈、紧定螺钉
锁紧挡圈用紧定螺钉固定在轴上，装拆方便，但不能承 受大的轴向力。
必须注意： 1）轴上零件一般均应作双向固定，可将各种方法联合使用。 2）保证固定可靠，防止过定位，L轴段长度=B轮毂宽-(2~3)mm。
与滚动轴承相配合处的轴肩高度不 能超过轴承内圈高度
结构不合理！
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。
B
轴肩 止动垫片 止动销
止动销 止动垫片
螺钉
轴端挡圈
l
轴端挡圈
螺钉
注意：轮毂宽度B>轴头长度l ，取l = B- （2~3）mm
轴向定位和固定——
轴端挡板
阶梯轴
三
轴设计的主要内容
设计任务
—
选材、结构设计、校核工作能力
结构设计：确定轴段的长度和直径
— 根据轴上零件的定位、固定、安装以及 轴的制造工艺等方面的要求，合理地确 定轴的形状和尺寸
校核工作能力
强度 刚度 — 防止轴发生疲劳断裂 — 防止轴发生过大的弹性变形
振动稳定性 — 防止高速时轴发生共振
锥面
止动垫片
螺钉 轴端挡圈
轴向定位和固定——
圆锥面
将轴与零件的配合面加工成圆锥面，可以实现轴向定位。 圆锥面的锥度小时，所需轴向力小，但不易拆卸，通常 取锥度1:30～1:8。
紧定套
5.圆螺母与止动垫圈
----固定可靠，可承受较大的轴向力，但需 切制螺纹和退刀槽，会削弱轴的强度。常用 于轴上两零件间距较大处，也可用于轴端。
第十五章
§15-1 概 述
轴
§15-2
§15-3
轴的结构设计
轴的计算
§15-1 概 述
一
轴的用途
轴用于支承回转零件 ( 如齿轮、凸轮、带轮等 ) ，使其有确定 的工作位置，传递运动和动力，并通过轴承支承在机架或机 座上。
§15-1 概 述
二
轴的类型
心 轴 只受弯矩M 只受扭矩T
转动心轴 固定心轴
销联接——用于固定不太重要，受力 不大，但同时需要轴向固定的零件。
零件的周向定位
1）普通平键联接
★布置在同
一母线上
2）其它周向定位方 式：导向平键、半圆 键、花键、销、紧定 螺钉及过盈配合等。
销
四
各轴段直径和长度的确定
1、d：由载荷→dmin→由结构设计要求确定各段的d。 2、L：由轴上零件相对位置及零件宽度决定，同时考虑： 1）轴段长比轮毂宽小2~3mm——可靠定位。
孔径d
长度 L 长系列 短系列
30 32 35 38 40 42 45 48 50 55 65 60 63 65…
82 60 112 84 142 107
有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径：
标准直径应按优先数选取：
R5 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30
此表参见《机械设计课 程设计》
三
轴上零件的周向固定
一）零件周向固定的目的 使零件能同轴一起转动，传递转矩。 二）常用周向固定 周向固定大多采用键、花键、过盈配合或销等联接形式来 实现。
键槽应设计成同一加工直线。
键联接——制造简单，装拆方便。 用于传递转矩较大，对中性要求一 般的场合，应用最为广泛。
花键联接——承载能力高，定心好， 导向性好，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ制造较困难，成本较 高。用于传递转矩大，对中性要求 高或导向性好的场合。 过盈配合联接——结构简单，定心 好，承载能力高，工作可靠，但装 配困难，对配合尺寸的精度要求较 高。
当零件位于轴端时，可用轴端挡板与轴肩、轴套、圆锥 面等的组合，使零件双向固定。挡板用螺钉紧固在轴端 并压紧被定位零件的端面。该方法简单可靠、装拆方便， 但需在轴端加工螺纹孔。
4.圆锥面
---装拆方便，可兼作周向固定。宜用于高速、重载及零 件对中性要求高的场合。只用于轴端，常与轴端挡圈联 合使用，实现零件的双向固定。
1.00 R40 1.90 3.55 6.70
优先数----表中任意一个数值
§6-2 轴的结构设计
什么是优先数系和优先数 5 10 20 40 80 优先数是由公比分别为， 10, 10, 10, 10, 10 且项 值中含有10的整数幂的理论等比数列导出的一组近似等比的数列。 各数列分别用符号R5，R10，R20，R40和R80表示。称为R5数系、R10 数系、R20数系、R40数系和R80数系。即： R5数系：以≈1.60为公比形成的数系； R10数系：以≈1.25为公比形成的数系； R20数系：以≈1.12为公比形成的数系； R40数系：以≈1.06为公比形成的数系； 以上称为基本系列。 R80数系：以≈1.03为公比形成的数系； 它称为补充系列。仅在参数分级很细，基本系列不能适应实际情况时，才 可靠考虑采用。 优先数系中有任一个项值均称为优先数。 根据GB 321的规定，优先数和优先数系适用于各种量值的分级，特别是 在确定产品的参数或参数系列时，必须按该标准的规定最大限度地采用，这就 是“优先”的含义。