轴的类型与设计,校核(新版)

轴颈(位置：端轴径、中轴径) （受力:径向轴径、止推轴径）
–轴上被支承部分（直径应取标准值）

轴身：
–联接轴颈和轴头的部分 （整数，最好为偶数或5进位的数）

轴肩、轴环、轴段
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二、轴的结构设计

1、结构设计：
–主要是确定轴的结构形状和尺寸。

2、轴的结构和形状取决于下面几个因素：
–1）轴的毛坯种类； –2）轴上作用力的大小及其分布情况； –3）轴上零件的位置、配合性质以及联接固定的方法； –4） 轴承的类型、尺寸和位置； –5） 轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求。
紧定螺钉多用于光轴， 可兼作周向固定。
*(外圈紧固方法）
2、轴上零件的周向固定

目的：传递转矩，防止零件与轴产生相对 滑动。
–（1）键联接 –（2）花键联接 • 静、动联接，承载能力高，有较高的定心性和导 向性 –（3）过盈联接 • 利用零件间的过盈量来实现联接 –（4）成形联接 –（5）销联接 –（6）弹性环联接
–2、轴的弯扭组合强度计算 –3、安全系数校核计算

二、轴的刚度计算

*三、轴的振动稳定性
下一节
1、轴的抗扭强度计算


只须知道转矩的大小，方便计算，但计算精度较 低 抗扭强度
T 9.55 10 P 3 WT 0.2d n
6

设计公式
d3
–式中
9.55 10 P P C 3 0.2 n n

根据轴的承载情况可分为：
–转轴：既承受弯距又承受转矩。如减速器的轴。 –传动轴：传递转矩而不承受弯距或弯距很小的轴。 如汽车传动轴。 –心轴：只受弯距，不受转矩。如火车车轮轴。

按轴线形状：
–直轴：
• 按外形的不同分：光轴和阶梯轴
–曲轴：往复机械的专用零件 –钢丝软轴：可将回转运动灵活地输送到任何空间位 置 ，其轴线可任意弯曲。
解：用弯扭强度校核
（1）画出轴的空间受力图
Fa2 Ft2
FHA
Fr2
FVB
T
FVA
FHB
l
返回
Fa2
（2）作出水平面内的弯距图
T 求出水平支承反力：
Ft2
FHA FVA
Fr2
FVB
FHB
FHA FHB
l Ft2
FHA MHC
M HC
Ft 2 2
2059 1030N 2
FHB 截面C处的弯距
•（3）定位套筒与圆螺母
–套筒用于两个零件相隔距离不大时的固定，结构简单，装拆 方便，且可减少轴的阶梯数和应力集中。不宜用于高速。 –圆螺母与止动垫圈作轴向固定，可承受较大轴向力。适用于 滚动轴承的轴向固定，轴上相邻零件间距较大.
•
（4）弹性挡圈与紧定螺钉
用于轴向力较小或仅为防止零件偶然沿轴向滑动的场合。

2、刚度条件
–弯曲刚度校核计算
• 挠度： • 偏转角：
y y

–扭转刚度：
• 扭转角：

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四、轴的振动稳定性

振动原因
–临界速度
• 产生共振时的转速
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16.2 轴的材料及其选择
要求：具有足够的疲劳强度，较低的应力集中敏感性和良 好的加工性能，此外还应考虑经济性、工艺性等。 1、碳钢

设计时要全面综合的考虑各种因素。一般在进行结构设 计时的已知条件:有机器的装配简图、轴的转速、传递 的功率、轴上零件的主要参数和尺寸等。
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三、轴的强度、刚度
轴的强度与工作应力的大小和性质有关。因此在选择 轴的结构和形状时应注意以下几个方面。




1、使轴的形状接近于等强度条件，以充分利用材料的 承载能力。 2、尽量避免各轴段剖面突然改变以降低局部应力集中 ，提高轴的疲劳强度。 3、合理布置轴上零件的位置，有时可减小轴上的载荷 。 4、改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。
16．3

轴的结构设计
一、轴的组成（阶梯轴）


二、轴的结构设计
三、轴的强度、刚度


四、轴上零件的固定
五、轴的结构工艺性
–各轴毂直径和长度的确定

六、装配方案
–轴上零件的装配过程 –例题 –习题1 –习题2
下一节
一、轴的组成（阶梯轴）

轴头：
–安装轮毂部分（直径应取标准值，大小由与之相配 合部件的内孔决定）

b、强度条件
–第三强度理论得出弯扭组合强度条件
Me e W

b

c、计算顺序
–（1）画出轴的空间受力简图。将轴上作用力分解为 水平面受力图和垂直面受力图，并求出支承点 反作用力（水平反力和垂直反力）。
（2）分别作出水平面上的弯距 M H 和垂直面上的弯距 MV

（3）作出合成弯距 M 图
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2、设计计算法
一般步骤： （1）根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力； （2） 按抗扭强度估算出轴的最小直径； （3） 进行轴的结构设计，绘制出轴的结构草图；


1）根据工作要求确定轴上零件的位置和固定方式； 2）确定各轴段的直径； 3）确定各轴段的长度； 4）根据有关设计手册确定轴的结构细节，如圆角、倒角、退刀槽等的尺 寸。
第16章 轴
16.1
概述
16.2
16.3 16.4 16.5
轴的材料及其选择
轴的结构设计 轴的强度计算
轴的设计
16.1

概述
一、轴的功用

二、轴的分类 三、轴设计的主要问题

下一节
一、轴的功用

1、支承旋转或摆动零件； 2、传递运动或动力； 3、承受扭矩或弯距；


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二、轴的分类
l 118 FHA 1030 60770N mm 2 2
Fa2 Ft2 FHA Fr2
（3）作出垂直面内的弯距图
T 求出垂直支承反力：
Fr 2 Fa 2d 2 FVA 73.65N 2 2l
FVA
l
FHB
Fa2
FVB
Fr2 FVA
FVB Fr 2 FVA 763.8 73.65 837.5 N
（1）键联接
（2）花键联接
（3）过盈联接
（4）成形联接
（5）销联接
（6）弹性环联接
五、轴的结构工艺性

1、在保证定位的前提下，阶梯尽可能少，以减少加工 ，直径不宜相差过大；

2、为保证轴向定位可靠，与轮毂装配的轴段长度，一 般应略小于轮毂宽度；
3、轴上键槽、圆角、倒角、退刀槽、越程槽等应尽可 能采用同一尺寸以便加工和检验；轴径变化处应有过渡 圆角减小应力集中；
M
2 2 M H MV

（4）作出转矩图 T

（5）应用公式绘出当量弯距图
Me
–
M 2 (T ) 2

：根据转矩性质而定的应力校正系数；
不变的转矩， 取=0.3;
脉动循环转矩，取=0.6;
对称循环转矩，取=1；
Me1 Me2 Me

（6）计算应满足强度条件
Me e W


4、螺纹轴段要有退刀槽，磨削段要有越程槽；
5、若有键槽，应布置在同一母线，便于装夹和铣削；
6、为便于加工、检测，轴的直径应圆整，滚动轴承和 返回 螺纹处应符合标准值；轴肩高度不妨碍零件的拆卸。
16. 4轴的强度

一、轴的强度计算方法
–1、轴的抗扭强度计算
• 只须知道转矩的大小，方便计算，但计算精度较低
–对应力集中敏感性较低，可通过热处理提高其耐磨性和疲劳 强度，且价廉易加工，应用广泛。30～50钢，调质或正火

2、合金钢
–具有较高的综合力学性能和热处理性能，但对应力集中较敏 感，价贵，因此多用于重要场合，传递大功率，耐磨等特殊 要求场合下。

3、球墨铸铁
–易铸造成复杂形状，吸振，耐磨性好，但铸件质量不宜控制 ，可靠性差。
MVC2
FVB
MVC 1 FVA
截面C左侧弯距：
l 118 73.65 4345N mm 2 2
截面C右侧弯距： MVC1
MVC 2 FVB l 118 837.5 49410 mm N 2 2
MHC
（4）判断危险截面
截面C处既有最大弯距，又有扭距 作用，且轴上有键槽，故截面C处为危 险截面，其合成弯距为：
3、合理布置轴上零件的位置，有时可减小轴上的 载荷。
4、改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。

卷筒的轮毂结构 – 减小了轴的弯距，从而提高了轴的强度和刚度， 同时还得到很好的轴孔配合。
四、轴上零件的固定

1、轴上零件的轴向固定(内圈紧固方法）
–（1）轴肩或轴环 –（2）轴端挡圈与圆锥面 –（3）定位套筒与圆螺母 –（4）弹性挡圈与紧定螺钉
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旋转心轴
固定心轴
旋转心轴：工作时随转动件一起转动，轴上承受的弯曲应力按 对称循环的规律变化。如火车车轮轴。
固定心轴：工作时不转动，轴上承受的弯曲应力是不变的。如 自行车的前轮轴。
各轴段截面直径不同，这种设计使各轴段的强度 接近，而且便于轴上零件的装拆和固定。应用最广泛。
为减小重量或为了满足有些机构上的需要，也可采 用空心轴。
6
mm
• C：计算常数，与轴材料有关。 若轴上有键槽，单键C值增大3%-5% 双键C值增大7%-10%
–注：该式也可用来初估轴的直径，用该法计算出的 轴 径须圆整，并作为轴的最小直径。