第15章-机械设计-轴精品PPT课件
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潘存云教授研制
作者： 潘存云教授
§15-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类： 按承受载荷分有
类 型 按轴的形状分有
车厢重力
潘存云教授研制
转轴——传递扭矩又承受弯矩 传动轴——只传递扭矩 心轴——只承受弯矩
自行车 前轮轴
潘存云教授研制
前叉
支撑反力
带式运 输机
电动机 潘存云教授研制
中国地质大学专用
减速器
转轴
作者： 潘存云教授
§15-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类： 按承受载荷分有
类 型 按轴的形状分有
转轴——传递扭矩又承受弯矩。 传动轴——只传递扭矩
发动机
中国地质大学专用
传动轴 后桥
σb
屈服强 度极限
σs
弯曲疲 劳极限
σ-1
MPa
剪切疲 劳极限
σ-1
许用弯 曲应力 [σ-1]
备注
Q235A
热轧或锻 ≤ 100 后空冷 > 100~250
400~420 225 170
105
375~390 215
≤ 100 170~217 590 295 255
140
正火
45
> 100~300 162~217 570
中国地质大学专用
验算合格? N Y
结束
作者： 潘存云教授
三、 轴的材料
为了改善力学性能
种 碳素钢：35、45、50、Q235 正火或调质处理。
类 合金钢: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等
用途：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较 多，尤其是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。
中国地质大学专用
转动心轴 火车轮轴
前轮轮毂 固定心轴
作者： 潘存云教授
§15-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类： 按承受载荷分有
类 型
按轴的形状分有
转轴——传递扭矩又承受弯矩
传动轴——只传递扭矩
心轴——只承受弯矩
直轴
光轴 阶梯轴
一般情况下，直轴做成实心 轴，需要减重时做成空心轴
285 245
135
调质
≤ 200 217~255
640
355
275
155
40Cr
调质
≤ 100
735
241~286
> 100~300
685
540 355 200 490 335 185
40CrNi
调质
≤ 100 270~300
> 100~300 240~270
900 785
735 430 260 570 370 210
240
200
用于不重要或 载荷不大的轴
35 正火
≤100
149 ~187
520
270
…… … … …
…
中国地质大学专用
250
…
有较好的塑性 和适当的强度， 可用于一般曲
… 轴、转轴。 作者： 潘存云教授
表15-2 轴的常用材料及其主要力学性能
材料牌号
热处理 毛坯直径 /mm
硬度 /HBS
抗拉强 度极限
> 100~160 241~277 785
渗碳
渗碳
20Cr
淬火
≤ 60
56~62
640
回火
HRC
3Cr13
调质
≤ 100 ≥ 241
835
1Cr18NiTi 淬火
≤ 100
≤ 192
530
> 100~200
490
QT600-3
190~270 600
中Q国T地8质0大0学-2专用
245~335 800
45
用于高、低温及腐 蚀条件下的轴
用于制造复杂外形
的轴
作者： 潘存云教授
§15-2 轴的结构设计
设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。 设计要求：1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装)
2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位) 3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定) 4.改善应力状况，减小应力集中。
38SiMnMo
调质
≤ 100 229~286 > 100~300 217~269
735 685
590 540
365 345
210 195
40
用于不太重要及受 载荷不大的轴
55 应用最为广泛
60
70
用于载荷较大，而无 大的冲击的重要轴
75 用于很重要的轴
70
用于重要轴，性能 近于40CrNi
≤ 60 293~321 930 38CrMoAlA 调质 > 60~100 277~302 835
第15章 轴
§15-1 概 述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的计算 §15-4 轴的设计实例
中国地质大学专用
作者： 潘存云教授
§15-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类： 按承受载荷分有
类 型 按轴的形状分有
转轴——传递扭矩又承受弯矩。
中国地质大学专用
潘存云教授研制
作者： 潘存云教授
§15-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类： 按承受载荷分有
类 型
按轴的形状分有
转轴——传递扭矩又承受弯矩 传动轴——只传递扭矩 心轴——只承受弯矩 直轴 光轴
阶梯轴 曲轴
潘存云教授研制 中国地质大学专用
潘存云教授研制
作者： 潘存云教授
§15-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类：
转轴——传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有 传动轴——只传递扭矩
类
心轴——只承受弯矩
型
本章只研究直轴
直轴
光轴
按轴的形状分有 曲轴 阶梯轴
挠性钢丝轴
潘存云教授研制
中国地质大学专用
785 440 280 685 410 270 590 375 220
390 305 160
635 395 230 190 115
195 180 110
370 215 185 480 290 250
用于要求高耐磨性， 75 高强度且热处理变
形很小的轴
60
用于要求强度及韧 性均较高的轴
75 用于腐蚀条件下的轴
作者： 潘存云教授
二、轴设计的主要内容
设计任务：选材、结构设计、工作能力计算。
轴的结构设计： 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。
工作能力计算： 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：
选择材料 结构设计 轴的承载能力验算
轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。
如用球墨铸铁制造曲轴和凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感较低、强度较好等优点。
表15-1 轴的常用材料及其主要力学性能
材料及热处理
毛坯直径 /mm
硬度 强度极限σb 屈服极限σs 弯曲疲劳极限σ-1
/HBS
MPa
应用说明
Q235
ຫໍສະໝຸດ Baidu
440
作者： 潘存云教授
§15-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类： 按承受载荷分有
类 型 按轴的形状分有
车厢重力
潘存云教授研制
转轴——传递扭矩又承受弯矩 传动轴——只传递扭矩 心轴——只承受弯矩
自行车 前轮轴
潘存云教授研制
前叉
支撑反力
带式运 输机
电动机 潘存云教授研制
中国地质大学专用
减速器
转轴
作者： 潘存云教授
§15-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类： 按承受载荷分有
类 型 按轴的形状分有
转轴——传递扭矩又承受弯矩。 传动轴——只传递扭矩
发动机
中国地质大学专用
传动轴 后桥
σb
屈服强 度极限
σs
弯曲疲 劳极限
σ-1
MPa
剪切疲 劳极限
σ-1
许用弯 曲应力 [σ-1]
备注
Q235A
热轧或锻 ≤ 100 后空冷 > 100~250
400~420 225 170
105
375~390 215
≤ 100 170~217 590 295 255
140
正火
45
> 100~300 162~217 570
中国地质大学专用
验算合格? N Y
结束
作者： 潘存云教授
三、 轴的材料
为了改善力学性能
种 碳素钢：35、45、50、Q235 正火或调质处理。
类 合金钢: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等
用途：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较 多，尤其是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。
中国地质大学专用
转动心轴 火车轮轴
前轮轮毂 固定心轴
作者： 潘存云教授
§15-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类： 按承受载荷分有
类 型
按轴的形状分有
转轴——传递扭矩又承受弯矩
传动轴——只传递扭矩
心轴——只承受弯矩
直轴
光轴 阶梯轴
一般情况下，直轴做成实心 轴，需要减重时做成空心轴
285 245
135
调质
≤ 200 217~255
640
355
275
155
40Cr
调质
≤ 100
735
241~286
> 100~300
685
540 355 200 490 335 185
40CrNi
调质
≤ 100 270~300
> 100~300 240~270
900 785
735 430 260 570 370 210
240
200
用于不重要或 载荷不大的轴
35 正火
≤100
149 ~187
520
270
…… … … …
…
中国地质大学专用
250
…
有较好的塑性 和适当的强度， 可用于一般曲
… 轴、转轴。 作者： 潘存云教授
表15-2 轴的常用材料及其主要力学性能
材料牌号
热处理 毛坯直径 /mm
硬度 /HBS
抗拉强 度极限
> 100~160 241~277 785
渗碳
渗碳
20Cr
淬火
≤ 60
56~62
640
回火
HRC
3Cr13
调质
≤ 100 ≥ 241
835
1Cr18NiTi 淬火
≤ 100
≤ 192
530
> 100~200
490
QT600-3
190~270 600
中Q国T地8质0大0学-2专用
245~335 800
45
用于高、低温及腐 蚀条件下的轴
用于制造复杂外形
的轴
作者： 潘存云教授
§15-2 轴的结构设计
设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。 设计要求：1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装)
2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位) 3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定) 4.改善应力状况，减小应力集中。
38SiMnMo
调质
≤ 100 229~286 > 100~300 217~269
735 685
590 540
365 345
210 195
40
用于不太重要及受 载荷不大的轴
55 应用最为广泛
60
70
用于载荷较大，而无 大的冲击的重要轴
75 用于很重要的轴
70
用于重要轴，性能 近于40CrNi
≤ 60 293~321 930 38CrMoAlA 调质 > 60~100 277~302 835
第15章 轴
§15-1 概 述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的计算 §15-4 轴的设计实例
中国地质大学专用
作者： 潘存云教授
§15-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类： 按承受载荷分有
类 型 按轴的形状分有
转轴——传递扭矩又承受弯矩。
中国地质大学专用
潘存云教授研制
作者： 潘存云教授
§15-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类： 按承受载荷分有
类 型
按轴的形状分有
转轴——传递扭矩又承受弯矩 传动轴——只传递扭矩 心轴——只承受弯矩 直轴 光轴
阶梯轴 曲轴
潘存云教授研制 中国地质大学专用
潘存云教授研制
作者： 潘存云教授
§15-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类：
转轴——传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有 传动轴——只传递扭矩
类
心轴——只承受弯矩
型
本章只研究直轴
直轴
光轴
按轴的形状分有 曲轴 阶梯轴
挠性钢丝轴
潘存云教授研制
中国地质大学专用
785 440 280 685 410 270 590 375 220
390 305 160
635 395 230 190 115
195 180 110
370 215 185 480 290 250
用于要求高耐磨性， 75 高强度且热处理变
形很小的轴
60
用于要求强度及韧 性均较高的轴
75 用于腐蚀条件下的轴
作者： 潘存云教授
二、轴设计的主要内容
设计任务：选材、结构设计、工作能力计算。
轴的结构设计： 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。
工作能力计算： 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：
选择材料 结构设计 轴的承载能力验算
轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。
如用球墨铸铁制造曲轴和凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感较低、强度较好等优点。
表15-1 轴的常用材料及其主要力学性能
材料及热处理
毛坯直径 /mm
硬度 强度极限σb 屈服极限σs 弯曲疲劳极限σ-1
/HBS
MPa
应用说明
Q235
ຫໍສະໝຸດ Baidu
440