第十五章 轴
第十五章 轴汇总
4——心轴 ：M
工程实际中的轴
工程实际中的轴
工程实际中的轴
工程实际中的轴
工程实际中的轴
Hale Waihona Puke 工程实际中的轴工程实际中的轴
工程实际中的轴
工程实际中的轴
15.1.2 材料与毛坯
轴的材料 ——
碳钢，合金钢，球墨铸铁，高强度铸铁等
热处理，化学处理，表面强化处理等
注意：①采用合金钢并不能提高轴的刚度。 ②轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度。
轴向定位和固定——
⑥
弹性挡圈
在轴上切出环形槽(手册)，将弹性挡圈嵌入槽中，利用 它的侧面压紧被定位零件的端面，图为轴肩与弹性挡圈 联合使用的情况。这种定位方法工艺性好、装拆方便， 但对轴的强度消弱较大，常用于所受轴向力小的轴。
轴向定位和固定——
⑦ 锁紧挡圈、紧定螺钉
锁紧挡圈用紧定螺钉固定在轴上，装拆方便，但不能承 受大的轴向力。
2. 零件在轴上的周向定位和固定——
定位方式的选择——考虑传递转矩的大小和性质、零 件对中精度的高低、加工难易等因素。
常用周向定位方法——键、 花键、成形、销、过盈配合 等，通称轴毂连接。紧定螺 钉也可作周向定位，但仅用 于转矩不大的场合。
在运动精度要求较高的场合 (如有运动协调性要求等)， 周向定位要求精确并可调整， 周向定位比轴向定位更重要。
(2) 轴上的某轴段需磨削时，应留有砂轮的越程槽；需切 制螺纹时，应留有退刀槽。
(3) 为了去掉毛刺，便于装配，轴端应制出45º倒角。
(4) 当采用过盈配合连接时， 配合轴段的零件装入端， 常加工成导向锥面。若 还附加键连接，则键槽 的长度应延长到锥面处， 便于轮毂上键槽与键对 中。
(5) 如果需从轴的一端装入两个过盈配合的零件，则轴上 两配合轴段的直径不应相等，否则第一个零件压入后， 会把第二个零件配合的表面拉毛，影响配合。
濮良贵机械设计第九版课后 习题答案.(DOC)
取 ⑩由弯曲强度确定的最大转矩
（4）齿轮传动的功率 取由接触强度和弯曲强度确定的最大转矩中的最小值 即
第十一章 蜗杆传动 习题答案
11-1 试分析图11-26所示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋 方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向。
[解] 各轴的回转方向如下图所示，蜗轮2、4的轮齿螺旋线方向均为右 旋。蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向如下图
第十章 齿轮传动 习题答案
10-1 试分析图10-47所示的齿轮传动各齿轮所受的力（用受力图表示各 力的作用位置及方向）。
[解] 受力图如下图：
补充题：如图（b），已知标准锥齿轮，标准斜齿轮 ，若中间轴上两齿轮所受轴向力互相抵消，应为多少？并计算2、3齿轮
各分力大小。 [解] （1）齿轮2的轴向力：
[解] 螺栓组受到剪力F和转矩，设剪力F分在各个螺栓上的力为，转矩T 分在各个螺栓上的分力为
（a）中各螺栓轴线到螺栓组中心的距离为r，即r=125mm 由（a）图可知，最左的螺栓受力最大
（b）方案中
由（b）图可知，螺栓受力最大为
5-10
第六章 键、花键、无键连接和销连接 习题答案
6-3 在一直径的轴端，安装一钢制直齿圆柱齿轮（如下图），轮毂宽 度，工作时有轻微冲击。试确定平键的尺寸，并计算其允许传递的最大 扭矩。
⑤由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮 的接触疲劳强度极限。 ⑥齿数比 ⑦计算应力循环次数
⑧由图10-19取接触疲劳寿命系数 ⑨计算接触疲劳许用应力
取失效概率为，安全系数
2）计算 ①计算小齿轮分度圆直径，代入中较小值
②计算圆周速度
③计算尺宽
④计算尺宽与齿高之比
十五章滑动轴承ppt课件
第一节 概述 第二节 滑动轴承结构与材料 第三节 混合润滑轴承的计算 第四节 液体动压润滑原理 第五节 液体动压润滑径向轴承的设计 第六节 液体静压润滑简介
第十五章
滑动轴承
返回章目录
分类方式
按 轴 承 中 轴 瓦 形 式 的 不 同
类型及特点
整体式滑动轴承（轴与轴瓦之间的间 隙不能调整）
润滑，并靠 液体- 的静压 平衡外载荷。
本章结束
单位时间内轴承摩擦功所产生的热量等于同时间 内由润滑油流动所带走的热量和经轴承表面散发的热 量之和。
fF c q ( t v 0 t i) a s π B t 0 d t i
t t0 ti
f
p
c
q vBd
πas v
润滑油的平均温度
tmti t 2
径向轴承的摩擦 特性系数线图
五、参数选择
1 、 在具有足够承载能力的条件下，最小油膜厚度应 满足：
hmin > h
2 、在平均油温tm≤75 ℃时，油的人口温度应满足： 35℃ ≤ ti ≤ 40℃
➢液体动压径向滑动轴承的设计步骤
1. 选择轴承宽径比，计算轴承宽度
2. 在保证 p≤[p] 、 pv≤[pv] 、 v≤[v]的条件下，选择 轴瓦材料
保证润滑油不被过大的压力所挤出，避免工作表
面的过度磨损
pp
➢径向轴承 ➢止推轴承
p Fr p
dB
p 4Fa p πd22 d12 z
二、限制轴承的 pv
➢径向轴承 pvFr πdnpv
dB60 1000
➢止推轴承 pm vpv
v 三、限制轴承的滑动速度
vv
第四节 液体动压润滑原理
CH15轴解析
9550 103 －计算常数，见表15-3。 0.2[ ]
T －许用扭应力，见表15-3。
轴强度的计算
空心轴设计条件为：
d A0 3 P n(1 4 )
式中： 注意：
d1 d
－空心轴内外径之比，常取 0.5 ~ 0.6 。
轴的刚度 计算2 轴的设计实例
轴的设计实例
轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内容，下面通过设 计一个圆锥─圆柱齿轮减速器的输出轴来说明一具体轴的设计内容。
轴的设计实例
§15-5 轴的振动及临界转速
§1 ◆ 轴是一弹性体，旋转时，会产生弯曲振动、扭转振动及纵向振动。 2-5 ◆ 当轴的振动频率与轴的自振频率相同时，就会发生共振。 轴 ◆ 共振时轴的转速称为临界转速。 的 ◆ 临界转速有多个，其中一阶临界转速（其转速最低）下的共振最激烈。 振 动 一般通用机械中的轴很少发生共振。高速轴易共振，多为弯曲共振。 及 1. 单圆盘轴的一阶临界转速 nc1 详细推导 临 界 g 1 c1 （r/min） （rad/s）； nc1 964 转 y0 y0 速 刚性轴：工作转速 n 低于 nc1 的轴， 要求： n < 0.75nc1 挠性轴：工作转速 n 超过 nc1 的轴， 要求：1.4 nc1< n < 0.7nc2 满足上述条件的轴就是具有了弯曲振动的稳定 性。 2. 多圆盘轴的一阶临界转速 －见教材P253。
轴的 设计 实例
§15-3 轴的强度计算
结构设计结束之后，对轴进行适当简化，并进行受力分析，计算出 §12-3 轴所受的载荷，即可对轴进行校核计算。 轴的强 度计算1 轴的校核计算内容：满足强度、刚度和振动稳定性要求。
机械设计(第八版)第15章 轴 PPT
其它直径
长度： 长度： 毂的长度和相邻零件间必要的间隙决定
轴
装配方案的比较： 装配方案的比较：
轴
四．提高轴的强度的措施： 提高轴的强度的措施：
30˚ B R d/4 d 卸载槽 也可以在轮毂上增加卸载槽 轴 过渡肩环 凹切圆角 B位置d/4 r
三、确定轴的基本直径和各段长度
1.按扭转强度计算(初算轴径) 1.按扭转强度计算(初算轴径) 按扭转强度计算
仅考虑 T 的强度条件 τ T = T ≤ [τ T ] WT
955 × 10 4 P n τT = ≤ [τ T ] 3 0.2d
性，而不是轴的弯曲和扭转刚度。 而不是轴的弯曲和扭转刚度。
注意： ）各种钢材、热处理前后其弹性模量差别不大， 注意：1）各种钢材、热处理前后其弹性模量差别不大， 因此要提 的方法获得。 高刚度不能用合金钢或通过热处理 的方法获得。 2）合金钢对应力集中敏感性高，设计时必须从结构上采取措施，减轻应 ）合金钢对应力集中敏感性高，设计时必须从结构上采取措施， 力集中，并降低表面粗糙度。 力集中，并降低表面粗糙度。 轴
当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的载荷， 应将输入轮布置在中间。
Ft
T 方案 a 输出 T
Q
方案b 方案 输出 输入 T T2 T T T1+T2
Q
输出
输入 T T
输出
T1
合理
T2
T1+T2轴源自T1Tmax = T1
不合理
Tmax= T1+T2
2.减小应力集中 减小应力集中 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 应力集中出现在截面突然发生变化的。 应力集中出现在截面突然发生变化的。 措施： 措施： 1. 用圆角过渡； 用圆角过渡； 2. 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽; 3. 重要结构可增加卸载槽 、过渡肩环、凹切圆角、 重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力
濮良贵《机械设计》(第10版)教材辅导书-第十五章至第十八章【圣才出品】
第15章轴15.1复习笔记【知识框架】【通关提要】本章主要介绍了轴的分类、结构设计以及强度刚度校核计算。
其中，轴的结构设计部分，几乎每年必出一道轴的结构改错题，学习时需重点掌握。
另外，轴的弯扭合成计算，由于计算量大，不宜以计算题的形式出现，多以考查折合系数的含义为主，多以填空题和简答题的形式出现。
复习时，以理解记忆为主。
【重点难点归纳】一、概述（见表15-1-1）表15-1-1轴的用途、分类及材料二、轴的结构设计（见表15-1-2）表15-1-2轴的结构设计三、轴的计算轴的计算准则：满足轴的强度或刚度要求，必要时还应校核轴的振动稳定性。
1．轴的强度校核计算表15-1-3轴的强度校核计算注：轴上开有键槽时，对于直径d＞100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大3%；有两个键槽时，应增大7%。
对于直径d≤100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大5%～7%；有两个键槽时，应增大10%～15%。
2．轴的刚度校核计算（见表15-1-4）表15-1-4轴的刚度校核计算3．轴的振动及振动稳定性的概念当轴的振动频率与轴的弯曲自振频率相同时，就会出现共振。
临界转速指共振时轴的转速。
临界转速有许多，其中一阶临界转速下振动最激烈，也最危险。
一阶临界转速n c1（单位为r/min）为100603019462c c g n y y ωππ==≈式中，ωc 为轴的临界角速度；y 0为轴在圆盘处的静挠度；g 为重力加速度，取g＝9810mm/s 2。
一般情况下，应使轴的工作转速n＜0.85n c1，或1.15n c1＜n＜0.85n c2；此时轴就具有了弯曲振动的稳定性。
4．轴的结构改错题思路：（1）轴承方向错误、定位错误、装配不方便错误等。
（2）键的安装位置错误、键的长度错误等。
（3）端盖与箱体配合错误、与轴配合错误、与轴承配合错误等。
（4）调整垫圈、毛毡垫圈、密封、减小加工面、轴的长度、三面接触、轴肩、轴套等。
15.2课后习题详解15-1若轴的强度不足或刚度不足，可分别采取哪些措施？答：（1）提高轴的强度的措施：①合理布置轴上零件以减小轴的载荷；②改进轴上零件的结构以减小轴的载荷；③对轴的表面进行热处理和表面硬化加工处理；④用开卸载槽、增大过渡圆角半径等方法改进轴的结构以降低应力集中程度等。
机械设计第15章轴
轴的尺寸和公差对于安装和使用的准确性 至关重要。
轴与轴套之间的配合对于减小磨损和提高 工作效率非常重要。
轴的强度计算
1
受弯强度
根据轴的几何形状和材料弯曲的强度
扭转强度
2
工程计算。
根据扭矩和轴直径计算轴的扭转强度。
3
受压强度
计算轴在受到压缩力时的强度。
轴的选材原则
1 强度
根据所需强度和负荷条件选择材料。
机械设计第15章轴
轴是机械设计中重要的组件之一，它承受着传递功率和运动的重要任务。本 章将介绍轴的定义、作用以及相关的设计要素和计算方法。
轴的定义和作用Leabharlann 1 定义2 作用轴是一种旋转零件，通常为圆柱形，在机 械中用于传递力和运动。
轴将两个或多个旋转零件连接在一起，传 递动力和承载负载。
轴的分类
按用途分类
3 耐蚀性
在有腐蚀性环境中选择耐蚀性材料。
2 硬度
根据工作环境选择合适的材料硬度以提高 耐磨性。
4 成本
综合考虑材料成本及可用性选择合适的材 料。
轴的制造工艺
1 车削
2 热处理
利用车床和刀具将轴的外形和尺寸加工至 工程要求。
通过热处理工艺改变材料的组织和性能。
3 表面处理
4 装配和检验
对轴进行镀铬、镀锌等表面处理以提高其 耐腐蚀性和装饰性。
传动轴、支撑轴、定位轴等。
按制造材料分类
钢制轴、铜制轴、铝制轴、复合材料轴等。
按工作环境分类
常温轴、高温轴、低温轴、湿环境轴等。
按形状分类
圆轴、方轴、花键轴等。
轴的设计要素
1 刚度
2 强度
轴的刚度对于传递正常工作负荷至关重要。
第13、15章作业解答[1]
![第13、15章作业解答[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/e59600b84b73f242326c5f7e.png)
第十三章 滚动轴承一、选择题13—1 各类滚动轴承中，除承受径向载荷外，还能承受不大的双向轴向载荷的是 A ，还能承受一定单向轴向载荷的是 B 、D 。
A 深沟球轴承B 角接触球轴承C 圆柱滚子轴承D 圆锥滚子轴承13—2 选择滚动轴承类型时为方便拆卸常用 B ，需有一定调心性能时选 D ，作为游动轴承时适宜选 A 、 C 。
A 深沟球轴承 B 圆锥滚子轴承 C 圆柱滚子轴承 D 调心球轴承13—3 转速n=2800r/min ，一端固定一端游动的蜗杆轴其固定端轴承应选用 C 。
A 推力球轴承 B 深沟球轴承 C 一对角接触球轴承 D 一对圆锥滚子轴承 13—4 D 适用多支点、弯曲刚度小的轴及难于精确对中的支承。
A 深沟球轴承B 圆锥滚子轴承C 角接触球轴承D 调心球轴承 13—5 载荷一定的深沟球轴承，当工作转速由210r/min 变为630r/min 时，其寿命变化为 D 。
A L h 增大为3 L h （h ） B L r 下降为L r /3（r ）C L r 增大为3 L r （r ）D L h 下降为L h /3（h ） 13—6 若一滚动轴承的基本额定寿命为537000转，则该轴承所受的当量动载荷 B 基本额定动载荷。
A 大于B 小于C 等于D 大于等于 13—7 某滚动轴承按寿命公式计算得寿命L h =25100h ，其可靠度 B ；若要求工作寿命达30000h , 可靠度 C 。
A 为99% B 为90% C <90% D >90%13—8 直齿圆柱齿轮轴系由一对圆锥滚子轴承支承，轴承径向反力F r1>F r2，则作用在轴承上的轴向力 D 。
A F a1>F a 2B F a1<F a2C F a1=F a2 =0D F a1=F a2 ≠0 13—9 6210滚动轴承内圈与轴颈配合的正确标注为 C 。
A 6750k H φ B 750H φC 650k φD 7650H k φ 13—10 滚动轴承内圈与轴颈、外圈与座孔的配合 D 。
第十五章滑动轴承
3.铝合金
优点： 高强度、耐腐蚀、导热性良好
缺点： 与其相配的轴颈表面应具有较
高的硬度和较低的粗糙度。
应用特点： 应用广泛。
4.灰铸铁及耐磨铸铁
普通灰铸铁加镍、铬、钛等合金成分。 特点 优点： 具有一定的减摩性和耐磨性 。 缺点： 硬度高且脆，磨合性差。 应用范围：适用于轻载、低速和不受
冲击载荷的场合。
2）滑动速度高时，容易形成油膜，为了 减少摩擦功耗，减小温升，应选用粘度低 一些的油； 3）加工粗糙或未经磨合的表面，应选用 粘度高一些的油；
4）循环润滑、芯捻润滑时，应选用粘度低 一些的油；飞溅润滑应选用高品质、能防 止与空气接触而氧化或因剧烈搅拌而乳化 的油。
对于非液体摩擦轴承，主要应根据油 性来选择润滑油，一般可参考表15–3选取。
轴承盖 轴瓦
轴承座 B
调心式径向滑动轴承
四、调隙式径向滑动轴承
应用： 常用于一般用途的机床主轴上。
第三节 轴瓦的材料和结构
一、失效形式及轴瓦材料 1、轴瓦的主要失效形式: 磨损 胶合
2、其它常见的失效形式 : 压溃、刮伤、疲劳剥伤、腐蚀 以及 轴承衬脱落等。
3、轴瓦材料具备下列性能： （1）良好的减摩性、耐磨性和磨合性 （2）足够的强度 （3）良好的适应性和嵌藏性 （4）良好的导热性 （5）耐腐蚀性 （6）良好的工艺性
最小油膜厚度 hmin=yr(1–)
2.轴承的承载能力
液体动压径向滑动轴承的承载能力的计算式为
F
2vB 2
w
或
w
F 2 2vB
式中 ––––润滑油在轴承平均工作温度下的动力
粘度（Pa·s）； B––––轴承宽度（m）；
v——轴颈的圆周速度（m/s）；
第十五章联轴器和离合器
图15－11
为能补偿两轴的相对位移，将外齿环的轮 齿做成鼓形齿，齿顶做成中心线在轴线上的球 面（图b所示），齿顶和齿侧留有较大的间隙。
图15－11
齿式联轴器允许两轴有较大的综合位移。 当两轴有位移时，联轴器齿面间因相对滑动 产生磨损。为减少磨损，联轴器内注有润滑 剂。联轴器上的螺塞、密封圈封住注油孔和 防止润滑剂外泄的作用。 齿式联轴器同时啮合的齿数多，承载能 力大，外廓尺寸较紧凑，可靠性高，但结构 复杂，制造成本高，通常在高速重载的重型 机械中使用。
凸缘式联轴器结构简单、价格低廉，使 用方便，能传递较大的转距，但要求被联接 的两轴必须安装准确，亚哥对中。它适用于 工作平稳、刚性好和速度较低的场合。凸缘 联轴器的尺寸可以按照标准GB5843-86选用。
二、刚性可移式联轴器
1、十字滑块联轴器
图15－5
十字滑块 联轴器是由两 个端面带槽的 套筒1、3和两 侧面各具有凸 块的浮动盘组 成，如图所示。
B
A
B
B
图15－8
可以作出 而 = ，于是根据式 角速度矢量图如图 (c)所示。由图可得：
A
cos
图15－8
当两轴转过处于如图 (b)所示位置时,这时 主动轴Ⅰ的叉面与图纸平面垂直,而从动轴Ⅱ 的叉面与图纸平面平行.设主动轴的角速度仍 为 ,而从动轴Ⅱ的角速度为 ' ,则:
由于联轴器和离合器的种类繁多， 本章进对少数典型结构及其有关知识作 些介绍，以便为选用和自行创新设计提 供必要的基础。
§联轴器的种类和特性
联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、 承载后的变形以及温度变化的影响等等，往往不 能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对 位移，如图所示。这就要求所设计的联轴器， 要 从结构上采取 各种措施，使 之具有适应一 定范围的相对 位移的性能。
机械设计第13、15章作业解答[1]分析解析
![机械设计第13、15章作业解答[1]分析解析](https://img.taocdn.com/s3/m/fb79ed7f804d2b160b4ec077.png)
班 级成 绩姓 名任课教师学 号批改日期第十三章 滚动轴承三、分析与思考题13—26滚动轴承共分几大类型？写出它们的类型代号及名称，并说明各类轴承受何种载荷（径向或轴向）。
答：13—27 为什么30000型和70000型轴承常成对使用？成对使用时，什么叫正装及反装？什么叫“面对面”及“背靠背”安装？试比较正装及反装的特点。
答：30000型和70000型轴承只能承受单方向的轴向力，成对安装时才能承受双向轴向力。
同时这两类轴承的公称接触角α大于零，承受径向载荷时会产生内部轴向力，为避免轴在内部轴向力作用下产生轴向移动，30000型和70000型轴承通常应成对使用。
正装和反装是对轴的两个支承而言，两个支承上的轴承外套圈薄边相对（大口径）安装叫正装，外套圈厚边相对（小口径）安装叫反装。
“面对面”和“背靠背”安装是对轴的一个支承而言，一个支承上的两个轴承大口径相对为“面对面” 安装，小口径相对为“背靠背”安装。
正装：轴热伸长可能会使轴承卡死；反装：轴热伸长会使受载滚动体个数减少。
13—28滚动轴承的寿命与基本额定寿命有何区别？按公式L=(C/P)ε计算出的L 是什么含义？ 答：轴承的寿命是指出现点蚀前的寿命（转速），是一般概念的寿命。
在一批轴承中，各个轴承的寿命离散性很大。
而基本额定寿命是指对于点蚀失效具有90%可靠度的寿命。
是一个特定意义的寿命。
L=(C/P)ε中的L 为轴承的基本额定寿命，单位为106转。
13—29 滚动轴承基本额定动载荷C 的含义是什么？当滚动轴承上作用的当量动载荷不超过C 值时，轴承是否就不会发生点蚀破坏？为什么？ 答：C 的含义见教材。
当P ≤C 时，轴承是否发生点蚀要具体分析。
当说要求的工作寿命等于(C/P)ε时，出现点蚀的概率为10%；大于(C/P)ε时，概率大于10%；小于(C/P)ε时，概率小于10%。
总有点蚀出现的可能性，仅概率大小不同。
13—30 对同一型号的滚动轴承，在某一工作状况下的基本额定寿命为L 。
机械设计作业集第15章答案
第十五章 轴一、选择题15—1按所受载荷的性质分类，车床的主轴是 A ，自行车的前轴是 B ，连接汽车变速箱与后桥，以传递动力的轴是 C 。
A 转动心轴 B 固定心轴 C 传动轴 D 转轴 15—2 为了提高轴的刚度，措施 B 是无效的。
A 加大阶梯轴个部分直径 B 碳钢改为合金钢 C 改变轴承之间的距离 D15—3 A长度处15—422)(T M M e α+=中，α是 C 。
B 转矩转化成当量弯矩的转化系数C 考虑弯曲应力和扭转切应力的循环性质不同的校正系数D 强度理论的要求15—6 轴的安全系数校核计算，应按 D 计算。
A 弯矩最大的一个截面 B 弯矩和扭矩都是最大的一个截面 C 应力集中最大的一个截面 D 设计者认为可能不安全的一个或几个截面15—7 轴的安全系数校核计算中，在确定许用安全系数S时,不必考虑A。
A 轴的应力集中B 材料质地是否均匀C 载荷计算的精确度D 轴的重要性15—8 对轴上零件作轴向固定，当双向轴向力都很大时，宜采用C。
A 过盈配合B 用紧定螺钉固定的挡圈C 轴肩—套筒D15—9A 静强度击性能15—10在下列轴上轴向定位零件中， B 定位方式不产生应力集A 圆螺母B 套筒C 轴肩 D轴环15—12轴上滚动轴承的定位轴肩高度应 B 。
A 大于轴承内圈端面高度B 小于轴承内圈端面高度C 与轴承内圈端面高度相等D 愈大愈好二、填空题轮毂宽度。
15—18在齿轮减速器中，低速轴的直径要比高速轴的直径粗得多，其原因是低速轴受到的转矩大得多。
15—19 一般情况下轴的工作能力决定于轴的强度和轴的刚度。
15—20 零件在轴上常用的轴向固定方法有轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴挡档圈、挡圈等、周向固定方法有键、花键、过盈配合等。
15—21提高轴的疲劳强度的措施有合理布置轴上零件的位置和改进轴上零件的结构以减小轴的载荷、改进轴的结构以减小应力集中、改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度。
第15章 轴 作业题 答案
第十五章 轴 作业题答案一、单项选择题1、工作时只承受弯矩，不传递转矩的轴，称为 A 。
A．心轴 B．转轴C．传动轴 D．曲轴2、采用 A 的措施不能有效地改善轴的刚度。
A．改用高强度合金钢 B．改变轴的直径C．改变轴的支承位置 D．改变轴的结构3、按弯扭合成计算轴的应力时，要引入系数α，这α是考虑 C 。
A．轴上键槽削弱轴的强度 B．合成正应力与切应力时的折算系数C．正应力与切应力的循环特性不同的系数 D．正应力与切应力方向不同4、转动的轴，受不变的载荷，其所受的弯曲应力的性质为 B 。
A．脉动循环 B．对称循环C．静应力 D．非对称循环5、两相对滑动的接触表面，依靠吸附油膜进行润滑的摩擦状态称为 B 。
A、干摩擦B、边界摩擦C、混合摩擦D、液体摩擦6、根据轴的承载情况， A 的轴称为转轴。
A．既承受弯矩又承受转矩 B．只承受弯矩不承受转矩C．不承受弯矩只承受转矩 D．承受较大轴向载荷7、当轴上安装的零件要承受轴向力时，采用 A 来进行轴向固定，所能承受的轴向力较大。
A、螺母B、紧定螺钉C、弹性螺钉8、下列 B 的措施，可以降低齿轮传动的齿面载荷分布系数Kβ。
A、降低齿面粗糙度B、提高轴系刚度C、增加齿轮宽度D、增大端面重合度9、转轴弯曲应力σb的应力循环特性为 A 。
A、r=-1B、r=0C、r=+1D、-1<r<+110、转轴上载荷和支点位置都已确定后，轴的直径可以根据 D 来进行计算或校核。
A、抗弯强度B、抗扭强度C、扭转刚度D、复合强度11、在下述材料中，不宜用于制造轴的是 D 。
A、45钢B、40GrC、QT500D、ZcuSn10Pb112、当采用套筒、螺母或轴端挡圈作轴向定位时，为了使零件的端面靠紧定位面，安装零件的轴段长度应 B 零件轮毂的宽度。
A、大于B、小于C、等于13、在进行轴的疲劳强度计算时，对于一般单向转动的转轴，其扭切力通常按 C 考虑。
A、对称循环变应力B、非对称循环变应力C、脉动循环变应力D、静应力 14、在轴的初步计算中，轴的直径是按 B 初步确定的。
第十五章 轴
T=280000
T 280000 M5 26677 τ a = τ m = 0.5 × = 0.5 × = 7.68MPa σa = = = 2.93MPa 3 3 WT 5 0.2 × 45 W5 0.1× 45
σm = 0
ψ τ ≈ 0.1
将各参数代入后的：
σ −1 275 sσ = = = 34.9 Kσ σ a +ψ σ σ m 2.686 × 2.93
1、按扭转强度条件计算 、
扭转强度条件
（作为转轴初估轴径的依据）
5
P 95.5 × 10 T n ≤ [τ ] τT = = T WT 0.2d 3
MPa
MPa
式中： T
τ T ~扭转切应力
~轴所受的扭矩 Nmm
WT ~抗扭截面模量 mm3 P ~轴传递的功率 kW n ~轴的转速 r/min d ~轴的直径 mm [τ ]T ~许用扭转切应力
指方便于加工、装配、结构尽量简单。主要体现在： 键槽布置在同一直线上 轴肩应有45° 轴肩应有45°导角 磨削段应有砂轮越程槽 螺纹段应有退刀槽 轴上各圆角，导角，宽度尺寸尽量相同
15.3 轴的计算 一、轴的强度计算
• 传动轴：按扭转强度条件计算； • 心轴：按弯曲强度条件计算； • 转轴：按弯扭合成强度条件进行计算，必要时还要进 行疲劳强度校核； • 特例：对瞬时过载很大，较严重的不对称应力循环还 要按其峰尖载荷进行静强度校核 本章主要以转轴为主要讨论对象
则：
d min
3.8 = 110 = 33.88mm 130
3
考虑键槽影响 取：
d min = 33.8 × 0.05 + 33.8 = 35.57mm
d min = 35mm
阿拉善左旗一中八年级数学上册 第15章 轴对称图形与等腰三角形15.1 轴对称图形第3课时 平面直
12．在数－12 －2 ，(－2)－2，－12 －1 ，(－2)－1 中， 最大的数是_(－__12__)_－_2____．
13．(2019·山西)化简x2－x1
－1－x x
解 : 点D与点A〔-3,3〕关于y轴対称.
∴点D的坐标为〔3.3〕.
同理点C的坐标为〔2,0〕.
∴AD=｜3-(-3)｜=6 , BC=｜2-(-2)｜=4.
∴S梯形=1A D B C O E164315.
2
2
随堂练习
1.如下图 , △ABC与△DEF关于y轴対称 ,
已知A(－4 , 6) , B(－6 , 2) , E(2 , 1)
2．(2019·天津)计算a2＋a1 ＋a＋2 1 的结果是( A )
A．2
B．2a＋2
C．1
D．a4＋a1
3．下列各式从左到右的变形正确的是( A )
A．x13－ x＋12yy ＝62xx－ ＋36yy
B．0a.＋3a0＋.2bb ＝3aa＋＋2bb
C．－xx＋ ＋1y ＝xx－ －1y
D．aa＋ －bb ＝aa－ ＋bb
10．已知 a，b 为实数，且 ab＝1，设 M＝a＋a 1 ＋b＋b 1 ，N＝a＋1 1 ＋
1 b＋1
，则 M，N 的大小关系是(
B)Βιβλιοθήκη A．M>N C．M<N
B．M＝N D．不能确定
（二）填空题(每道题3分 , 共18分)
11．(2019·北京)分式x－x 1 的值为 0，则 x 的值是__1__．
＝a－c b ；③－ac＋b ＝－a＋c b ；④－a＋c b ＝
－c a＋b
.其中正确的个数有(
C
)
A．1 个 B．2 个 C．3 个 D．4 个
机械设计基础第十五章轴
弹性挡圈定位
圆螺母定位
轴的结构设计
5）圆锥形轴端与压板定位。定位可靠，装拆方便，适用于 经常装拆或有冲击的场合。
6）圆柱形轴端与轴端挡圈定位。定位可靠，方便，常用。 7）紧定螺钉定位。承受的轴向力较小，不适用于高速。
圆锥形轴端与压板定位 圆柱形轴端与轴端挡圈定
紧定螺钉定位
轴的结构设计
三、确定各轴段的直径和长度
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。阶梯轴便于轴 上零件的装拆和定位，省材料重量轻，应用普遍。
曲轴是专用零件，主要用在内燃机一类的活塞式机械中。 轴一般是实心轴，有特殊要求时可制成空心轴，如车床主轴。
除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到 不开敞地空间位置，常用于医疗器械和小型机具中。
带式输送机传动简图
轴的结构设计
方 案
一
齿轮与轴分开制造，齿轮与带轮均从轴的左端装入，轴段⑤ 最粗。该方案较常采用。
轴的结构设计
方 案 二
齿轮与轴分开制造，齿轮从轴的右端装入，带轮从轴的左端 装入，轴段⑤最粗。该方案也有采用。
轴的结构设计
方 案 三
齿轮与轴一体，结构简单，强度和刚度高，但工艺性较差， 轴与齿轮同时失效。适用于轴的直径接近齿根圆直径的情况。
轴的常用材料及其力学性能表
第三节 轴的结构设计
轴的结构设计目标：确定轴的结构形状和尺寸。
轴的结构设计应满足： 轴上零件相对于轴、轴相对于机座的定位应准确可靠； 轴应具有良好的制造工艺性，轴上零件应便于装拆和调整； 轴的结构应有利于提高轴的强度和刚度 。
一、拟定轴上零件的装配方案 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计 时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。在满足设计要求的情 况下，轴的结构应力求简单。 以下是带式输送机减速器中高速轴的三个装配方案及分析。
第十五章 轴
2、装配工艺
为便于轴上零件的装配，使零件到达确定位置，常采用直径从两端向 中间逐渐增大的阶梯轴。除了用于固定零件的轴肩高度外，其余仅为便 于安装而设置的轴肩，其轴肩高度常取0.5～3mm。
轴肩应倒角，并去掉毛刺 便于安装
固定滚动轴承的轴肩高度应小于轴承内圈厚度，以便拆卸。
轴上有螺纹时，应有退刀槽，以便于螺纹车刀退出。退刀槽宽度b≥2p(螺距) 需要磨削的阶梯轴，应留有越程槽，以使磨削用砂轮越过工作表面。越程槽 宽度b=2-4㎜，深度为0.5-1 ㎜，轴有多个退刀槽和越程槽时，尽可能取相 同尺寸，以便加工。
其中：a为同级齿轮的中心距
经估算后的轴径还需再按使用要求圆整到标准值。
例题：有一减速器，两啮合齿轮其中心距为125mm，试 估算其低速轴的轴颈。 解：按经验公式低速轴的轴径：
d = 0.3 ～ 0.4 a d = 0.3 ×125 = 37.5mm d = 0.4 ×125 = 50mm
因此，低速轴的轴颈可在37.5 ～50mm范围内按表选取标 准直径。一般取整数。
注：1、轴上零件均应双 向固定。
2、与轴上零件相配 合的轴段长度应比轮毂 宽度略短（套筒） L = B - 1～3mm
③轴端挡圈：只用于轴端零件的固定，应用止动垫圈，抗震动和冲击载荷。
止动垫圈
④圆螺母：当无法采用套筒或套筒太长时，可考虑使用圆螺母作轴向 固定（图11-11）此时要在轴上加工螺纹（一般为细牙螺纹），而且螺纹 大径要比套装零件的孔径小。为放松可加双螺母或止动垫圈。拆装方便， 可靠，能承受较大的轴向力，一般用在轴端或轴的中部。
桥之间的轴AB。
轴还可按结构形状的不同分为直轴（图11-1、图11-2）和曲轴（图 11-4）；光轴（图11-5）和阶梯轴（图11-6）；实心轴和空心轴等。另 外，还有一种轴线能按使用要求随意变化的轴，称软轴或挠性轴（图 11-7）。
邱宣怀机械设计课后答案第15章
邱宣怀机械设计课后答案第15章第⼗五章轴⼀、选择题15-1 ⼯作时承受弯矩并传递转矩的轴,称为___.(1)⼼轴 (2)转轴 (3)传动轴15-2 ⼯作时只承受弯矩,不传递转矩的轴,称为___.(1)⼼轴 (2)转轴 (3)传动轴15-3 ⼯作时以传递转矩为主,不承受弯矩或弯矩很⼩的轴,称为___.(1)⼼轴 (2)转轴 (3)传动轴15-4 ⾃⾏车的前轴是___.(1)⼼轴 (2)转轴 (3)传动轴15-5⾃⾏车的中轴是___.(1)⼼轴 (2)转轴 (3)传动轴15-6 题15-6图表⽰起重绞车从动⼤齿轮1和卷筒2与轴3相联接的三种形式,图中a为齿轮与卷筒分别⽤键固定在轴上,轴的两端⽀架在机座轴承中;图中b为齿轮与卷筒⽤螺栓连接成⼀体,空套在轴上,轴的两端⽤键与机座联接;图中c为齿轮与卷筒⽤螺栓连接成⼀体,⽤键固定在轴上,轴的两端⽀架在机座轴承中,以上三种形式中的轴,依次为___.(1)固定⼼轴,旋转⼼轴,转轴 (2)固定⼼轴,转轴,旋转⼼轴（3）旋转⼼轴,⼼轴,固定⼼轴 (4)旋转⼼轴,固定⼼轴,转轴 (5)转轴,固定⼼轴,旋转⼼轴 (6)转轴,旋转⼼轴,固定⼼轴15-7 如图所⽰,主动齿轮1通过中间齿轮2带动从动轮3传递功率,则中间齿轮2的轴O2是___.(1)⼼轴 (2)转轴 (3)传动轴题 15-6图题15-7图1-⼤齿轮 2-卷筒 3-轴 1-主动齿轮 2中间齿轮 3-从动齿轮15-8 轴环的⽤途是___.(1)作为轴加⼯时的定位⾯ (2)提⾼轴的强度 (3)提⾼轴的刚度 (4)使轴上零件获得轴向定位15-9 当轴上安装的零件要承受轴向⼒时,采⽤___来进⾏轴向固定,所能承受的轴向⼒较⼤.(1)螺母 (2)紧定螺钉 (3)弹性挡圈15-10 增⼤轴在截⾯变化处的过渡圆⾓半径,可以___.(1)使零件的轴向定位⽐较可靠 (2)降低应⼒集中,提⾼轴的疲劳强度 (3)使轴的加⼯⽅便15-11 轴上安装有过盈配合的零件时,应⼒集中将发⽣在轴上___.(1)轮毂中间部位 (2)沿轮毂两端部位 (3)距离轮毂端部为1/3轮毂长度处15-12 采⽤表⾯强化如碾压、喷丸、碳氮共渗、氧化、渗氮、⾼频活⽕焰表⾯淬⽕等⽅法,可显著提⾼轴的___.(1)静强度 (2)刚度 (3)疲劳强度 (4)耐冲击强度15-13 在轴的初步计算中，轴的直径是按___来初步确定的.(1)抗弯强度(2)扭转强度(3)复合强度(4)轴段上零件的孔径15-14 减速器中,齿轮轴的承载能⼒主要受到___的限制.(1)短期过载下的静⼒强度(2)疲劳强度(3)脆性破坏(4)刚度15-15 转轴上载荷和⽀店位置都已经确定后，轴的直径可以根据___来进⾏计算或校核.(1)抗弯强度(2)扭转强度(3)扭转刚度(4)复合刚度15-16 已知轴的受载简图如图所⽰，则其弯矩图应是___.15-17 已知轴的受载简图如图所⽰，则其弯矩图应是___.15-18 已知轴的受载简图如图所⽰，则其弯矩图应是___.15-19 已知轴的受载简图如图所⽰，则其弯矩图应是___.题15-16图题15-17图题15-18图15-20 ⼀展开式两级齿轮减速器的传动简图如图所⽰,⾼速轴ab右端与电动机相连,则⾼速轴的转矩图是___.题15-19图题15-20图15-21 上题图中齿轮减速器的中间轴cd的转矩图是___.15-22 ⼀分流式两级齿轮减速器的传动简图如图所⽰, ⾼速轴ab右端与电动机相连,则⾼速轴的转矩图是___.15-23 上题图中齿轮减速器的中间轴cd的转矩图是___.15-24 如图所⽰,轴上安装⼀斜齿圆柱齿轮,分度圆直径d=400mm,齿轮的圆周⼒F t=2000N,轴向⼒F x=320N,径向⼒F r=800N,则轴在垂直平⾯(即图纸平⾯)内的弯矩图是___.15-25 某轴的合成弯矩和转矩图如图所⽰,设扭剪应⼒按对称循环变化,则最⼤当量弯矩M e是___N·m.(1)224 (2)337 (3)450 (4)559题15-21图题15-22图题15-23图题15-24图题15-25图⼆、分析与思考题15-26 轴的常⽤材料有那些?各适⽤于何种场合?如何选择?15-27 在同⼀⼯作条件下,若不改变轴的结构和尺⼨,仅将轴的材料由碳钢改为合⾦钢,为什么只提⾼了轴的强度⽽不能提⾼轴的刚度?15-28 轴的设计应考虑哪些⽅⾯的问题?其中哪些问题是必须考虑的?哪些问题有特殊要求时才考虑?15-29 轴结构设计主要内容有哪些?15-30 轴上零件的轴向固定⽅法有哪些种?各有什么特点?15-31 轴上零件的轴向固定⽅法有哪些种?各有什么特点?15-32 为什么转轴常设计成阶梯形结构?15-33 轴的强度设计⽅法有那⼏种?它们各适⽤于何种情况?≥,应如何选取c值,对计算所得结果应如15-34 利⽤公式d c何最后取值?M=,a的含义是什么?15-35 按当量弯矩计算轴的强度时,公式e如何取值?15-36 轴受载以后,如果产⽣过⼤的弯曲变形或扭转变形,对机器的正常⼯作有什么影响?试举例说明.15-37 如何提⾼轴的疲劳强度?如何提⾼轴的刚度?15-38 图⽰为轴上零件的两种布置⽅案,功率由齿轮A输⼊,齿轮1输出转矩T1,齿轮2输出转矩T2,且T1>T2,试⽐较两种布置⽅案中各段轴所受转矩的⼤⼩.题15-38图题15-39图15-39 图⽰带式运输机的两种传动⽅案,若⼯作情况相同,传递功率⼀样,试⽐较:(1)按⽅案a设计的单级减速器,如果改⽤⽅案b,减速器的哪根轴的强度要重新核验,为什么?(2)两种⽅案中,电动机轴受⼒是否相同?(⽅案a中V带传动⽐等于⽅案b中开式齿轮传动⽐).15-40 校核轴的强度时,如何判断轴的危险截⾯?怎样确定轴的许⽤应⼒?15-41 如需要对轴的疲劳强度的精确校核,应具备什么条件?15-42 何谓轴的共振?何谓轴的临界转速?15-43 什么叫刚性轴?什么叫挠性轴?设计⾼速运转的轴时,应如何考虑轴的⼯作转速范围?三、设计计算题15-44 有⼀离⼼⽔泵,由电动机经联轴器带动,传递功率P=3KW,转速n=960r/min,轴的材料为45钢调质,试按强度要求计算轴所需的最⼩直径?15-45 已知⼀传动轴直径d=32mm,转速n=900r/min,如果轴上的扭剪应⼒不允许超过70MPa,问该轴能传递多⼤功率?15-46 直径d=75mm的实⼼轴与外径d o=85mm的空⼼轴的扭转强度相同,设两轴的材料相同,试求该空⼼轴的内径d i和减轻重量的百分率?15-47 试确定⼀传动轴的直径.已知:轴的材料为Q255钢,传递功率P=15KW,转速n=80r/min.(1)按扭转强度计算;(2)按扭转刚度计算.(设其扭转变形在1000mm长度上不允许超过0.5°)15-48 试设计⼀单级直齿圆柱齿轮减速器的主动轴,轴的材料⽤45钢,调质处理.已知:轴单向转动,⼯作时有振动,传递转矩T1=1.75×105N·mm,齿轮模数m=4mm,齿数z=20,啮合⾓α=20°,齿宽b=80mm,轴输⼊端与联轴器相联,轴承间距为160mm.15-49 试设计⼀圆锥齿轮传动的⼩齿轮轴,并校核Ⅰ—Ⅰ截⾯(只受转矩)以及靠近齿轮的轴承的安全系数.已知:传递功率P=35KW,轴的转速n=940r/min,单向回转,传动⽐i=2,齿数z1=20,模数m=6mm,齿宽b=50mm,轴的材料为45钢,正⽕处理.题15-48图题15-49图15-50 设计如图所⽰的斜齿圆柱齿轮减速器的输⼊轴.已知该轴输⼊功率P=37.5KW,转速n=960r/min,⼩齿轮节圆直径d1=150mm,模数m n=4mm,齿宽b=150mm,螺旋⾓β=15°20′,法向压⼒⾓αn=20°,轴的材料为45钢正⽕.电动机轴径为65mm,初选组合代号303的圆锥滚⼦轴承.15-51 根据题15-50的计算结果,校核⼩齿轮处轴的挠度(⽤等效直径法和变形能法).15-52 ⼀渐开线直齿圆柱齿轮减速器的中间轴的尺⼨和布置如图所⽰,已知其传递的转矩T=400N·m,⼤⼩齿轮压⼒⾓均为α=20°的标准齿轮,轴的材料为45钢,调质处理,轴需双向运转,齿轮与轴均采⽤76Hk配合并采⽤圆头普通键联接.轴上圆⾓半径均为r=1.5mm,试验算此轴的疲劳强度.题15-50图题15-52图15-53 根据题15-52的计算结果,校核图15-52所⽰截⾯Ⅱ—Ⅱ处轴的挠度.许⽤挠度[y]=0.003Lmm,L为⽀店间的距离.15-54 设计如图所⽰的单级斜齿圆柱齿轮减速器的低速轴.已知:电动机额定功率P=4KW,转速n1=750r/min,n2=130r/min,⼤齿轮节圆直径d2′=300mm,齿宽b2=90mm,轮齿螺旋⾓β=12°,法⾯压⼒⾓αn=20°.⼯作机为输送带,载荷平稳.要求: (1)完成轴的全部结构设计;(2)根据弯扭合成理论验算轴的强度;(3)精确校核轴的危险截⾯的安全系数.15-55 ⼀传动轴直径为55mm,转矩由轮1输⼊,T1=11.52×105N·mm,分别由轮2和轮3输出,轮2输出转矩T2=6.91×105N·mm,轮3输出转矩T3=4.61×105N·mm.求轮2相对轮3的扭转⾓.15-56 如图所⽰,钢轴直径d=25mm,圆盘重W=150N,试计算轴的第⼀阶临界转速nε1.15-57 ⼀直径为50mm的钢轴上装有两个圆盘,布置如图所⽰.不计轴本⾝重量,试计算此轴的第⼀阶临界转速.若已知轴的⼯作转速n=960r/min,分析此轴属于刚性轴还是挠性轴?轴⼯作时的稳定性如何?题15-54图题15-55图题15-56图题15-57图四、结构设计题15-58 试分析题图15-58a、b、c、d中的结构错误,分别说明理由,并画出正确地结构图.15-59 指出图中轴的结构设计有哪些不合理,并画出改正后的轴结构图.题15-58图题15-59图15-60 齿轮轴上各零件的结构及位置如图所⽰,试设计该轴的外形并定出各段的直径.题15-60图15-61 图⽰滑轮的直径D=400mm,轴⽀点跨距L=160mm,起重量W=10000N.要求: (1)确定轴的直径,轴的材料⽤45钢,调质处理.(2)画出滑轮轴的结构图.题15-61图15-62 为了改进轴的结构,减少应⼒集中,提⾼轴的疲劳强度,在下列情况下应采取什么措施?并绘图说明.(1)设计轴肩时:①为了能使轴上零件得到可靠的定位,其轴肩的过渡圆半径r与相配零件的圆⾓半径R或倒⾓尺⼨C的结构形式.②当与轴相配的零件必须采⽤很⼩的圆⾓半径R时,可采⽤哪些结构形式.(2)如轴上有直⾓凹槽、键槽、花键等,应采⽤的结构措施.(3)如轴与轴上零件为过盈配合时,应采⽤的结构措施.。
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◆轴的扭转强度条件：
6 P 9.55 10 T n T T 3 WT 0.2d
[ T ]许用扭转剪应力
wT 抗弯截面系数
Ao 轴的材料系数
设计公式： 对于空心轴：
d
3
5 9.55 10 6 P P A0 3 T n n
3
（mm）
d A0
P n( 1 4 )
（一）拟定轴上零件的装配方案： 是预定轴上零件的装配方向、顺序和相互关系。 ◆轴的组成：一般轴由轴颈、轴头和轴身三部分组成。 因此，轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同 。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。装配方案→ （二）轴上零件的定位 为保证零件的准确的工作位置必须进行轴向和周向定位。 1、零件的轴向定位：以轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖 和圆螺母等来保证的。 1）轴肩：有定位轴 肩和非定位轴肩。多用于 轴向力较大的场合。 为降低应力集中应加 工出过渡圆角。要求轴肩 过渡圆角r<零件毂孔的过 渡圆角R或r<毂孔倒角C， 表15-2为R与C推荐值。 详细说明→
S S
2 s
2 s
S
SS：按屈服强度设计的安全系数 1.2-3。塑性大取低系数。
（二）轴的刚度校核计算 防止轴过大的弹性变形而影响轴上零件的正常工作，应控制 其受载后的变形量不超过最大允许变形量。校核弯曲和扭转刚度 1、弯曲刚度 –以轴的挠度y或偏转角θ来度量 光轴：可直接用材料力学中的公式计算其挠度或偏转角； 阶梯轴：可将其转化为当量直径的光轴后计算。 转化→ ◆轴的弯曲刚度条件： 2 ◆挠曲线方程： d y M ( X )
轴上零件轴向 定位方法→
2、零件的周向定位：轴毂连接 1）键—常用； 2）花键—承载大，定位精度高，适于动联接； 3）紧定螺钉、销—同时实现轴向定位，传力不大处； 4）过盈配合。 轴上零件周向定位方法→ （三）各轴段的直径和长度的确定 1、各轴段直径确定 a) 按扭矩估算所需的轴段直径dmin； b) 按轴上零件安装、 定位要求确定各段轴径。 注意：①与标准零件相配合轴径应取标准植；②同一轴径轴 段上不能安装三个以上零件。 轴段直径便于装拆→ 2、各轴段长度 ① 与各轴段上相配合 零件宽度相对应；②考虑零 件间的适当间距—特别是转 动零件与静止零件之间必须 有一定的间隙。 ◆轴上零件的装配过程→ ◆轴的结构改错→① ②
（四）提高轴的强度和刚度的措施 轴的结构、表面质量及轴上零件结构、布置、受力位置等都 对轴的承载能力有影响，及影响轴的尺寸。 1、合理布置轴上零件以减少轴的载荷 1）轴上传动件尽量靠近支承，并避免使用悬臂支承形式， 以减少轴所受的弯矩。 2）扭矩由一个传动件输入，几个传动件输出时，应将输入 件放在中间。 详细说明 2、改进轴上零件结构以减小轴的载荷 详细说明 3、改进轴的结构以减少应力集中 1）轴径变化平缓；2）增大轴的过渡圆角r；3）内凹圆角； 4）过渡肩环；5）盘铣刀铣键槽比用端铣刀铣，应力集中小；6 ）渐开线花键比矩形花键应力集中小。
7）开卸载槽—过盈配合处减少应力集中； 8）加大配合部 轴径； 9）选择合理的配合；
4、改进表面质量提高轴的疲劳强度 ①改进轴的表面粗糙度→提高轴的疲劳强度。高强度材料轴 更应如此。 ②表面强化处理（高频淬火、表面渗碳、氰化、氮化、喷丸 、碾压）使轴的表层产生预压应力→提高轴的抗疲劳能力。 5、选择受力方式以减小轴的载荷，改善轴的强度和刚度 采用力平衡或局部相互抵消的办法来减小轴的载荷。 1）行星轮均匀布置，使太阳轮只受转矩而不受弯矩； 2）一根轴上有两个斜齿轮只受转矩，而不受弯矩； 3）小锥齿轮轴改悬臂支承为简支安装，可提高轴的强度和 刚度，改善锥齿轮的啮合。
（五）轴结构的工艺性 在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单，工艺性越好。 有良好的加工和装配工艺性，以利减少劳动量，提高劳动生产率 及减少应力集中，提高轴的强度。 ◆轴上应有的结构：为满足加工和装配等要求轴上应有- 倒 角、圆角、螺纹退刀槽和砂轮越程槽等。 1）轴肩圈角r——避免应力集中，查标准（手册）； 2）轴端倒角C×45°——便于装配、去毛刺； 3）砂轮越程槽——磨削； 4）螺纹退刀槽——切制螺纹； 5）同一轴上键槽位于圆柱同一母 线上，且取相同尺寸(均有标准),圆角 半径r也尽量一致；动画演示→ 6）轴端中心孔。动画演示→
d 1 d 0.5 ~ 0， .6
d1—空心轴的内径（mm）
◆如轴上有键槽，则d要放大。一般有一个键槽放大3～5%； 有两个键槽时，放大7～10%，然后取整。 表15-3 轴常用几种材料的[τT]及Ao。
2、按弯扭合成强度条件计算 对于同时受弯矩和转矩的转轴，在结构设计后，轴的主要结 构形状和尺寸、轴上零件的位置、外载荷和支反力的作用位置均 已确定，可用弯扭合成强度条件计算方法进行强度校核。 Dm B ◆计算步骤： a tg 2 2 1. 作出轴的空间受力简图 a)将分布载荷看成集中力，轴的支承看成简支梁，支点与轴 承类型和布置有关；a值查有关手册或公式计算。
b)将空间力分解为圆周力、径向力和轴向力后转化到轴上， 并将其分解为水平分力和铅垂分力。
2. 求支反力并作出弯矩图 1）求水平面内支反力FNH1、FNH2， 作水平面内的弯矩图。 2）求垂直面内支反力FNV1、FNV2， 作垂直平面内的弯矩图。 3）求合成弯矩M并作弯矩图。
2 2 M MH MV
S
1
K K ：综合影响因素 — 反映材料特性参数。 （2）按静强度条件进行校核 目的：评定轴对塑性变形的抵抗能力。是根据轴上作用的最 大瞬时载荷来校核。 静强度校核条件： S S s S s S
Sca
( K a m )
β=d1/d=0时，上式为实心圆轴计算公式。*有键槽时，可按 圆轴计算后应适当加大轴径。 ◆详见弯扭合成计算应力→ ★对于心轴，只承受弯矩，所以T = 0。转动心轴时许用应 力- [ -1 ] ，固定心轴时许用应力– [ 0 ]。 [ 0 ] 1.7[ 1 ]
3、安全系数校核计算 弯扭合成强度计算没有考虑应力集中、绝对尺寸和表面质量 等因素等的影响，因此对重要的轴要作精确计算。 （1）按疲劳强度条件进行精确校核 根据结构设计，选择Mca较大，并有应力 Sca S S S 2 集中的几个截面，计算疲劳强度安全系数： S S2 S：许用安全系数。1.3-2.5材料均匀精确度高取小,低取大
3. 求扭矩T并作出扭矩图。 ◆可求当量弯矩— M ca M 2 ( T )2 α为将扭矩折算为等效弯矩的折 合系数。 ∵弯矩引起的弯曲应力为对称循 环的变应力，而扭矩所产生的扭转剪 应力往往为非对称循环变应力。 所以α 与扭矩变化情况有关。
◆扭矩变化不同α为：
[ -1 ], [ 0 ], [ +1 ] 分别 为对称循环、脉动循环 及静应力状态下的许用 弯曲应力。 4. 校核轴的强度—应选Mca较大，轴径d较小处计算。 ◆根据第三强度理论，转轴的强度条件为： ca 2 4 引入折合系数α,带入σca=Mca/W,τ=T/2W,W-表15-4。可得 ◆弯扭合成强度条件为：
（二）轴设计的主要内容 ◆轴的设计包括：结构设计和工作能力计算两方面的内容。 1）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，合理的确定轴的结构形状和尺寸。 2）工作能力计算—强度、刚度、振动稳定性计算。多数情 况下轴的工作能力主要取决于轴的强度。 （三）轴的材料 1、材料要求：①高的强度；②对应力集中敏感性小；③具 有良好的加工性能。常采用碳素钢和合金钢。表15-1→ 1)碳素钢：价廉、应力集中不敏感，可通过热处理改善耐磨 性、抗疲劳强度等机械性能。常用45钢。 2)合金钢：机械性能高，价格贵，多用于特殊要求的轴（即 要求轴尺寸小，重量轻，防腐，防磁，耐高温等。如磁力选矿机 要防止轴磁化）。合金钢对应力集中很敏感，设计是要注意减少 应力集中源，降低表面粗糙度。如：20Cr、20CrMnTi、40Cr。 3)球墨铸铁：耐磨，有吸振性，价廉，易制成形状复杂的轴 ，如曲轴。对应力集中敏感性低，强度较好等。
2、按轴线形状分：直轴、曲轴和软轴。 1）直轴：轴心线是一直线。 外形不同：光轴- 作传动轴（应力集中小） 阶梯轴- 便于轴上零件定位和实现等强度轴。 2）曲轴：轴心线不是一直线。用于实现往复运动和旋转运 动的变换，如内燃机内的曲轴，曲拐。 3）软轴：主要用于两传动轴线不在同一直线或工作时彼此 有相对运动的空间传动。类型图→
第十五章 轴
讲授内容：掌握轴结构设计特点及轴的强度计算方法，了解 轴的疲劳强度计算和振动。重点：轴的弯扭合成法强度计算方法
§15-1 概
述
（一）轴的用途及分类 ◆用途： 1）轴是机器中的重要零件之一，用来支持旋转的机械零件 ，如齿轮、带轮等。 2）传递运动和扭矩。
◆分类： 按轴所受载荷性质分- 转轴、心轴(转动和不转动)和传动轴 转轴：除支承作用外，还需传递扭矩。既受弯也受扭，一般 机器中的轴都是转轴，在工作中同时承受弯矩和扭矩。 心轴：用来支承传动零件，只承受弯矩（作用）而不传递扭 矩。转动心轴 - 铁路车辆的轴；不转动的心轴 - 吊车上支撑滑 轮的轴。 传动轴：主要受扭矩，弯矩很小或没有。如汽车的传动轴。
◆减速器低速轴结构设计方案→
§15-3 轴的计算
◆轴的失效形式 失效形式主要有：因疲劳强度不足而产生的疲劳断裂、因静 强度不足而产生的塑性变形或脆性断裂、磨损、超过允许范围的 变形和振动等。 ◆轴的计算准则： 根据轴的失效形式应满足轴的强度或刚度，必要时还应校核 轴的振动稳定性。 （一）轴的强度校核计算 应根据轴的承载情况，采用相应的计算方法。 ◆常用计算方法有：按扭矩强度计算，按弯扭合成强度计算 ，安全系数校核。 1、按扭转强度条件计算 适用：①用于只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算 ②结构设计前按扭矩初估轴的直径dmin； ③不重要的轴的最终计算。
ca 2 4
2 2 2 M 2 (T ) 2 M 4 T M T -1 4 ≤ 3 4 W 0.1d (1 - ) W 2W 2 2