第16章 轴 1资料.

续表
2、轴上零件固定
轴向力较小时
轴上零件的周向固定
用于传递运动和转矩，常用的周向固定是键
轴的结构工艺性
内容：便于加工和装配，保证精度，效率高， 成本低。
砂轮越 程槽
同一轴上键槽 方向一致
3、制造安装要求
（1）便于装 拆—做成阶梯形
（2）加工时的 砂轮越程槽、退 刀槽等
提高轴的表面质量 方法：辗压、喷丸、氮化、渗碳、淬火等 ※、轴的结构设计示例
否则相反。
二、按弯扭合成强度条件计算
1、轴的计算简图
轴的结构设计确定了轴的结构形状和尺寸，为了进 行轴的强度计算，需将轴实际受力情况简化成计算 简图，即建立力学模型。
简化为 集中力
简化为 集中力
近似在 中点
a查手册
2 、按弯扭合成强度计算
第三强度理论：
e
2 b
4 2
b
b为弯矩产生的弯曲应力；
第16章 轴
16-1 概述 16-2 轴的材料 16-3 轴的结构设计 16-4 轴的强度计算 16-5 轴的刚度计算 14-6 轴设计计算实例分析
16-1 概述
1 轴的作用是支撑回转零件（如齿轮、带轮），并传 递转矩和运动。
2 分类 （1）按承受载荷 （2）按轴线形状
分类 （1）按承受载荷
心轴
传动轴
转轴
分类
（2）按轴线形状：直轴、曲轴、软轴
曲轴
挠性钢丝轴
直轴：光轴 阶梯轴 实心轴 空心轴
设计轴要解决的问题
轴的设计包含两个方面的内容：
主要
失效
（1）设计计算：
形式
进行强度计算，以保证具有足够的承载能力，防止断裂；
进行刚度计算，以防止工作时产生不允许的变形；
进行稳定性计算，以防止发生共振而破坏；
表 轴的许用切应力[ ]和系数C
材料
[τ ]/MPa
C
Q235，20
Q275，35
12~20
20~30
158~134
134~117
45 30~40
40Cr等高强 度钢
40~52
117~106
106~97
[τ]和系数C值的大小与轴的材料及受载情况有关。 当作用在轴上的弯矩比转矩小，或轴只受转矩时， [τ] 值取较大值，C值取较小值；
1、 轴的强度和刚度
合理布置轴上零件
3 合理布置轴上的零件，改善受力状况
● 改善轴的受力状况 改变轴上零件的结构或布置，使轴的受载减小。
结构设计示例
2 、轴上零件定位和固定
轴向固定 周向固定
2、轴上零件固定
轴向固定：齿轮 带轮 装零件的轴段长度通常比零件短2-3mm
2、轴上零件固定
轴向固定：齿轮 带轮 装零件的轴段长度通常比零件短2-3mm
（2）结构设计：
根据轴上零件装拆定位、加工等结构设计要求，确定轴 的外形结构和各部分尺寸。
16-2 轴的材料
对轴的材料要考虑的因素： ①轴的强度、刚度及耐磨性要求； ②热处理方法； ③材料来源； ④材料的加工工艺性； ⑤材料价格。
16-2 轴的材料
常采用碳素钢和合金钢
（1）碳素钢 35、45、50等优质碳素钢具有较高 的综合力学性能，应用较多。其中45钢应进行正火 或调质处理，为最常用。
为转矩产生的扭切应力
对圆轴：
e
M
2
4
T
2
1
W 2W W
M 2 T 2 b
考虑二者循环特性不同，对转矩乘以系
数α。
M 2 (T )2
e
W
[ ]
式中
W ——轴计算截面的抗弯截面系数，mm3；W=πd3/32≈0.1 d3 M、T、Me——轴计算截面上的弯矩、转矩、当量弯矩，N·mm； σe——轴计算截面上的当量弯曲应力， M Pa ［ σ ］——轴的许用弯曲应力，M Pa α——修正系数。考虑弯曲应力与扭曲应力的循环特性不同而引 入：
一、轴的组成
1,4轴头 2轴颈 5轴环 7轴端 6,3轴身
轴的结构应满足的基本要求：
加工工艺性要好,材料省、重量轻 便于轴上零件装拆 轴上零件要有准确的定位 轴上零件要有可靠的固定 尽量减小应力集中 加工工艺要求
光轴
等强度轴
阶梯轴
1、 轴的强度和刚度
（1）使轴的形状接近等强度条件，充分利用材料的 承载能力。
○ 对于只受转矩的传动轴，做成光轴，各轴端截面上的切应 力相等。 ○ 对于受交变弯曲载荷的轴应做成阶梯轴。
1、轴的强度和刚度
(2)、降低应力集中 （1）采用大的过度圆角（例如：凹切圆角和肩环） （2）盘铣刀比端铣刀铣出的键槽应力集中小。 （3）过盈配合的轴段，过盈量要尽可能的小，必要时
加卸载槽。 （4）轴上要尽可能的避免有打穿的销孔、横槽
轴的结构设计示例 各尺寸的意义
轴的结构设计示例
改错
⑩
⑨
②
⑥ ⑦
⑧ ⑤
①
③
④
16-4 轴的强度计算
根据轴的承载情况，采用相应的计算方法。
1 按扭转强度计算 2 按弯扭合成强度计算
一、 按扭转强度计算—初估轴径
轴在转矩T的作用下，产生切应力τ 对于圆截面的实心轴，其抗扭强度条件为：
T 9.55106 P
σb与τ 循环特性相同时， α =1； σb为对称循环，τ 为脉动循环时， α = ［ σ-1 ］b / ［ σ0 ］b ≈0.6； σb为对称循环，τ 为静应力时， α = ［ σ-1 ］b / ［ σ+1］b ≈0.3
WT
0.2d 3n
轴的设计计算公式为：
d
3
9.55 106
0.2
P n
C3
P n
此值圆整成标准直径作为轴最细处的直径。如果轴上有键槽，应 将算得的最小直径适当增大。一个ห้องสมุดไป่ตู้槽放3%，两个键槽放7%，然 后圆整。
T ——轴所传递的转矩，N·mm WT——轴的抗扭截面系数，mm3 WT=πd3/16≈0.2 d3 P ——轴所传递的功率，Kw n ——轴的转速，r/min τ 、［τ］——轴的切应力、许用切应力，MPa d ——轴的估算直径，mm。 C ——由轴的材料和承载情况确定的常数，查 表
（2）合金钢 具有较高的力学性能，但价格较贵， 用于有特殊要求的场合。如采用滑动轴承的高速轴； 汽轮发电机转子。用合金钢代替碳素钢并不能提高 轴的刚度。
（3）球墨铸铁 成本低廉，吸振性好，对应力集中 的敏感性低，强度较好。适用于外形复杂的轴，如曲轴、
凸轮轴
16-3 轴的结构设计
轴结构设计就是使轴的各部分具有合理的形状和尺寸： 1 制造安装要求：轴应便于加工，轴上零件要易于装拆； 2 轴上零件定位：轴及轴上零件要准确定位； 3 轴上零件固定：各零件要牢固而可靠地相对固定； 4 改善受力状况，减小应力集中。