第十五章 轴

第十五章 轴

重点难点内容

1．轴的结构设计

轴的结构设计就是要合理地确定轴各部分的几何形状和尺寸。包括各轴段的直径、长度、各个

轴肩、圆角和倒角的大小、键槽的位置等等。

轴的结构没有标准形式，应根据具体的情况而定。一般要考虑以下几个方面的问题：1）轴上零

件的布置；2）轴上零件的定位和固定；3）轴上零件的装拆工艺性；4）轴的疲劳强度和刚度要求；

5）轴的加工工艺性等。

轴的结构设计应满足以下要求：1）轴上零件的布置除了达到工作要求外，要使轴受力最小；2）轴上的零件要定位准确、固定可靠；3）轴上的零件能方便地装配和拆卸；4）轴的加工工艺性要好；

5）要应力集中小、疲劳强度要高。

2．轴的强度计算

弯扭合成强度条件：

W T M W M ca ca 22)(ασ+==≤1][-b σ MPa

α是根据扭剪应力的变化性质而定的应力校正系数。用来考虑扭矩T 产生的扭剪应力τ与弯距M

产生的弯曲应力b σ的性质不同。

对轴受转矩的变化规律未知时，一般将τ按脉动循环变应力处理。

疲劳强度安全系数的强度条件：

22τσστ

S S S S S ca += ≥ [ S ]

如同一截面有几个应力集中源，则取其中最大的一个应力集中系数用于计算该截面的疲劳强度。

重要基本概念

1．直轴按承受载荷的性质分为三类

传动轴：在工作中主要承受转矩，不承受弯矩或承受弯矩很小。

心轴：在工作中只承受弯矩，不承受转矩。心轴又分为固定心轴和转动心轴。

转轴：在工作中既承受弯矩，又承受转矩。

2．轴的失效形式和设计准则

因轴在弯矩和转矩作用下承受变应力，轴肩处有应力集中，因此轴的主要失效形式是疲劳断裂。 设计准则：一般进行疲劳强度校核计算。对瞬时过载很大的轴，还应进行静强度校核。对于有

刚度要求的轴，要进行刚度计算。对转速高或载荷周期性变化的轴，要进行振动稳定性计算。

3．轴设计的主要内容和轴的设计步骤

轴的设计包括两个主要内容：轴的结构设计和轴的强度计算。

轴的设计步骤：1）选择轴的材料；2）估算轴的最小直径；3）轴的结构设计；4）轴的强度校

核；5）必要时进行轴的刚度计算和振动稳定性计算。

4．提高轴的疲劳强度的措施

减小应力集中；降低表面粗糙度；强化轴的表面，如碾压、喷丸、表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗等。

5．轴的刚度条件指标和提高刚度的措施

轴的刚度条件为：

挠度：y ≤ [ y]

偏转角：θ≤ [θ]

扭转角：ϕ≤ [ϕ]

提高轴刚度的措施：增大轴的直径。注意，用合金钢代替碳素钢不能提高轴的刚度。

精选例题与解析

例15-3 例15-3图1为轴上零件的两种布置方案，功率由齿轮A输入，齿轮1输出扭矩T1，齿轮2输出扭矩T，且T＞T。试比较两种布置方案各段轴所受的扭矩是否相同?

a b

例15-3 图1

答：各轴段所受转矩不同，如例15-3图2所示。方案a：T max = T1，方案b：T max = T1+ T2。

a b

例15-3 图2

自测题与答案

一、选择题

15-1．下列各轴中，属于转轴的是________。

A．减速器中的齿轮轴 B. 自行车的前、后轴

C．铁路机车的轮轴 D. 滑轮轴

15-2．对于既承受转矩又承受弯矩作用的直轴，一般称为________。

A．传动轴 B. 固定心轴

C. 转动心轴

D. 转轴

15-3．对于只承受转矩作用的直轴，一般称为________。

A．传动轴 B. 固定心轴

C. 转动心轴

D. 转轴

15-4．按照轴的分类方法，自行车的中轴属于__________。

A．传动轴 B．固定心轴

C．转动心轴 D．转轴

15-5．一般二级齿轮减速器的中间轴是________。

A．传动轴 B．固定心轴

C．转动心轴 D．转轴

15-6．减速器中，齿轮轴的承载能力主要受到________的限制。

A．短期过载下的静强度 B．疲劳强度

C．脆性破坏 D．刚度

15-7在下述材料中，不宜用于制造轴的是________。

A．45钢 B．40Cr

C．QT500 D．ZcuSn10-1

15-8．轴环的用途是________。

A．作为加工时的轴向定位 B．使轴上零件获得轴向定位

C．提高轴的强度 D．提高轴的刚度

15-9．当采用轴肩定位轴上零件时，零件轴孔的倒角应________轴肩的过渡圆角半径。

A．大于 B．小于

C．大于或等于 D．小于或等于

15-10. 定位滚动轴承的轴肩高度应________滚动轴承内圈厚度，以便于拆卸轴承。

A．大于 B．小于

C．大于或等于 D．等于

15-11．为了保证轴上零件的定位可靠，应使其轮毂长度________安装轮毂的轴头长度。

A．大于 B．小于

C．等于 D．大于或等于

15-12．轴所受的载荷类型与载荷所产生的应力类型________。

A．一定相同 B．一定不相同

C．可能相同也可能不同

15-13．在进行轴的强度计算时，对单向转动的转轴，一般将弯曲应力考虑为对称循环变应力，将扭剪应力考虑为________。