机械设计基础课件 第12章 轴和联轴器

1. 拟定轴上零件的装配方案
方 案 一
方 案 二
2．轴上零件的定位
周向定位（键、花键、过盈配合、销和紧定螺钉等）
轴向定位
轴肩、轴环 用于轴向力比较大的场合。
套筒 用于零件之间尺寸较小的场合，与轴间隙配合。
圆螺母 +止动垫片 用于较大轴向力的轴端及不宜用定位套筒的场合。 轴端挡圈 用于轴端。
弹性挡圈 紧定螺钉
3）为便于滚动轴承的拆卸，安装滚动轴承处的定位轴肩高度应低 于轴承内圈端面厚度，具体尺寸可查阅相关滚动轴承标准。
下一页
(2)确定各轴段的长度 各轴段的长度尺寸，主要由轴上零件与轴配合部
分的轴向尺寸、相邻零件之间的距离、轴向定位以 及轴上零件的装配和调整空间等因素决定。
l1＝l2＋（2～3）mm
上一页
1158'8"
求：设计此轴结构，并校核其强度。
解题步骤
解
1.选择轴的材料及热处理方式
45钢，调质，查表13-1
B 640 MPa S 355 MPa 1 275MPa
1 155 MPa [ 1] 60MPa
下一页
2. 最小轴径估算
d C3 P n
P=15 kW, C=115
②按轴线形状可分为曲轴、直轴和钢细软轴。
③按传递载荷分为心轴、传动轴和转轴。
心轴：只承受弯矩 M ；不受转矩 T 。 传动轴：只承受转矩 T；只承受弯矩M 。 转轴：既受弯矩 M 又受转矩 T 。
心轴、光轴
固定心轴
钢细软轴 曲轴
转轴
二、轴设计的主要内容
1.设计内容：结构设计和工作能力计算。 2.设计步骤:
n＝500 r/min
dmin
115 3
15 500
35.73
mm
取dmin＝40mm
上一页
下一页
3.轴的结构设计 （1）确定轴上零件的装配方案。
上一页 下一页
（2）确定各轴段的直径 。
1）由于斜齿轮会产生轴向力，因此，支承选用角接 触球轴承7308AC，此轴段（左轴颈）直径取为dⅠ ＝40mm。
用于较小载荷
轴肩
轴环
套筒 圆螺母
轴端挡圈
弹性挡圈
紧定螺钉
3.确定各轴段直径和长度
(1) 确定各轴段的直径
1）与标准零件（如滚动轴承、联轴器、密封圈等）有配合要求的 轴段，应按照标准直径来确定该轴段直径的大小。例如，安装滚 动轴承处轴段的直径必须等于所选滚动轴承的内孔直径。
2）与非标准零件（如齿轮、带轮等）有配合要求的轴段，由于该 零件的结构已经确定，因此，应按照非标准零件毂孔的直径来确 定该轴段直径的大小。例如，安装齿轮处轴段的直径必须等于齿 轮毂孔的直径。
上一页
五、轴的结构设计
1．拟定轴上零件的装配方案 2．轴上零件的定位 3．确各轴段直径和长度 4．轴的结构工艺性 5. 提高轴的强度
轴结构设计的主要任务——是根据工作条件和要求，合理确定出 轴的具体结构形状和全部尺寸。 组成
轴的结构应满足的要求
轴上零件应便于装拆和调整。 轴上零件应定位准确，固定可靠。 轴应具有良好的加工和装配工艺性。 轴应受力合理，尽量减小应力集中，并有利于提高轴的强度和刚度。
（0.3～0.4）a来进行估算，式中a为同级齿轮传动的中心距。
下一页
3. 扭转强度法
(1) 扭转强度条件
T WT
9.55106 P 0.2d 3n
(2) 直径设计公式
d
3
9.55 106 3 0.2
P n
C3
P n
注意：当轴上有一个键槽时，将轴径增大4％～5％，有两个键槽 时，将轴径增大7％～10％。增大轴径后，应将其圆整为标准直径。
第十二章 轴和联轴器
第一节 轴 第二节 联轴器、离合器和制动器
第一节 轴
一、轴的用途及分类 二、轴设计的主要内容 三、轴的材料和热处理 四、轴的初算直径 五、轴的结构设计 六、轴的强度计算
一、轴的用途及分类
1.用途
①支撑回转零件（如卷筒、齿轮、皮带轮、联轴器等）。 ②传递转矩。
2.分类
①按轴的外形分为光轴、阶梯轴、空心轴和实心轴。
越程槽、退刀槽
键槽的布置
轮的不同布局
零件的不同结构
六、 轴的强度计算
1. 方法
实例
①弯扭合成法（一般用途轴）；②安全系数法（重要轴）。
2. 步骤（弯扭合成法） 1. 建立力学模型。
2. 计算弯矩，并画出弯矩图。
3. 计算转矩（T），并画出转矩图。
4. 确定危险截面，校核轴的强度
ca
2 4 2
2）为了便于齿轮2的装拆，并不损伤左轴颈表面，与 齿轮2配合的轴段直径取为dⅡ＝45mm。
M W
2
4
T WT
2
1
下一页
ca
2 4 2
M W
2
4
T
WT
2
1
对于圆轴
弯扭合成强度条件
ca
M 2 T 2
W
1
上一页
实例
已知： Ⅱ轴的传递功率P=15 kW，转速 n＝500 r/min，齿轮2、3的分度 圆 直 径 分 别 为 ： d2 ＝ 286mm ， d3 ＝ 92mm ， 宽 度 分 别 为 ： B2 ＝ 75mm，B3＝115mm，螺旋角
三、轴的材料和热处理
1.对轴材料的性能要求 ①具有足够的强度； ②对应力集中敏感性小； ③良好的加工工艺性和经济性。
2. 轴的常用材料 轴的常用材料为碳素钢、合金钢。 ①碳素钢 价格便宜，对应力集中敏感性小，应用最广。如45调制。 ②合金钢 机械强度高，热处理性能好，淬火性好。如40Cr40CrNi， 42CrMo等调制处理； 20CrMnTi渗碳淬火。常用于高速、 重载，要求结构紧凑，耐磨性好的工况下。 ③铸铁 流动性好,吸振性耐磨性强,对应力集中敏感性较低，易得到 复杂结构。发动机曲轴。
四、 轴的初算直径
1. 类比法 参考同类型已有机器的轴的结构和尺寸，并进行分析
对比，从而最终确定所设计的轴的直径。 2. 经验公式法
对于一般减速器，高速输入轴与电动机轴通过联轴器相连， 其直径d可按照公式d =（0.8～1.2）D来估算（其中D为电动机外
伸轴的轴端直径）。而各级低速轴的直径d’可根据公式：d =
4．轴的结构工艺性
①加工工艺性 越程槽、退刀槽 所有轴段的键槽应布置在轴的同一母线上。
②装、拆工艺性 轴端加工 45o倒角。 轴肩高度 导锥。 5.提高轴的强度
①合理布置轴上零件，以减少轴的载荷； ②改进轴上零件的结构，以减少轴的载荷； ③改进轴的结构，减少应力集中; ④改进轴的表面质量，以提高轴的疲劳强度。