机械设计第十五章课件
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有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。
机械设计第十五章
有配合要求的零件要便于装拆
“间隙+过盈”
轴的装配锥度
采用不同的尺寸公差
机械设计第十五章
为了保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配 合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短2～3 mm。
轴系改错1
轴系改机械错设计2第十五章 轴系安装
(四)提高轴的强度的常用措施 1.合理布置轴上零件以减小轴的载荷
轴肩处的过渡圆角半径r必须小于与之相配的零件毂孔 端部的圆角半径R或倒角尺寸C。
倒圆角
倒方角
r<R
r<C
定位轴肩的高度h一般取(2～3)C或(2～3)R
机械设计第十五章
滚动轴承的定位轴肩(如①)高度必须低于轴承内圈端面 的高度，以便拆卸轴承。
非定位轴肩(如③、④)是为了加工和装配方便而设置的， 其高度没有严格的规定，一般取为1机～械设2计m第十m五章。
合金钢轴用途：传递大动力、减小尺寸与质量、耐磨 性要求高、高温或低温下工作
选择依据：强度与耐磨性，不是轴的弯曲或扭转刚度
外形复杂的轴→高强度铸铁和球墨铸铁→价廉、良好 的吸振性和耐磨性、应力集中的敏感机械性设计较第十低五章
球墨铸铁曲轴
球墨铸铁凸轮轴
机械设计第十五章
15-2轴的结构设计
一、拟定轴上零件的装配方案
机械设计第十五章
圆螺母定位
优点：可承受大的轴向力 缺点：螺纹处有较大的应力集中 用途：固定轴端的零件、两零件间距机械离设计较第十大五章时
弹性挡圈(小载荷)
锁紧挡圈定位(小载荷)
圆锥面定位(承受冲击载荷和同心度要求较高)
机械设计第十五章
三、各轴段直径和长度的确定
首先按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径dmin。
机械设计第十五章
2.改进轴上零件的结构以减小轴的载荷
(a)齿轮和卷筒连在一起，轴只受弯矩→心轴 (b)齿轮将转矩通过轴传到卷筒，轴受弯矩和扭矩→转轴
机械设计第十五章
3.改进轴的结构以减小应力集中的影响
内凹圆角
加装隔离环
机械设计第十五章
用盘铣刀加工的键槽比用键槽铣刀加工的键槽在过渡 处对轴的截面削弱较为平缓，应力集中较小。
曲轴
机械设计第十五章
视频
轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如 航空发动机的主轴。
钢丝软轴可以把回转运动灵活地传到不敞开地位置。
机械设计第十五章
(二)轴设计的主要内容
轴设计=结构设计+工作能力验算
轴的概述2
(1)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。
拆卸轴承
潘存云教授研制
机械设计第十五章
套筒定位
优点：结构简单，定位可靠，不影响轴的疲劳强度
适用：两个零件之间的定位
不适用：间距较大、转速很高
机械设计第十五章
轴端挡圈
适用于固定轴端零件，可以承受较大的轴向力，轴端 挡圈可采用单螺钉固定。
机械设计第十五章
轴端挡圈定位 圆柱销锁定轴端挡圈
双螺钉加止动垫片
4.改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 表面越粗糙↑→疲劳强度↓ 表面强化处理：淬火、渗碳、氰化、氮化、碾压、喷丸
机械设计第十五章
(五)轴的结构工艺性 在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单轴的结，构设计工3 艺性
越好。轴上应有满足加工和装配所要求的倒角、圆角、螺 纹退刀槽和砂轮越程槽等。
机械设计第十五章
≈0.６
=1
机械设计第十五章
对于直径为d的圆轴
弯曲应力为 M
W
扭转切应力 T T
WT 2W 轴的弯扭合成强度条件为
d
机械设计第十五章
d
为了计及键槽对轴的ຫໍສະໝຸດ Baidu弱，可按以下方式修正轴径
轴径d＞100mm 轴径d≤100mm
有一个键槽 轴径增大3% 轴径增大5%～7%
有两个键槽 轴径增大7% 轴径增大10%～15%
2. 按弯扭合成进行强度条件验算 (1)做出轴的计算简图
图d中当B/d≤l时，取e=0.5B；当B/d>1时，取e=0.5d， 但不小于(0.25～0.35)B；对于调心轴机承械设，计第e十=五0章.5B。
(2)工作能力验算是指轴的强度、刚度和振动稳定性等 方面的验算。
根据总体结构的要求进行轴的结构设计
轴的承载能力验算
no 验算合格?
yes
结束 机械设计第十五章
(二)轴的材料
轴的概述3
轴的材料：碳钢、合金钢
碳钢特点：价廉、对应力集中的敏感性较低
碳钢轴用途：一般条件下用
合金钢特点：更高的力学性能和更好的淬火性能
15-3轴的计算
轴的计算1
一、轴的强度校核计算
1.扭转强度条件计算
用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计
算。在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。
T
T WT
9550 103
0.2d 3
P n
[T ]
τT﹣扭转切应力，MPa
T﹣轴所受的扭矩，N·mm
WT﹣轴的抗扭截面系数，mm3
轴的结构设计1
第二种方案需要一个长套筒，不机械如设计第第十一五章种方案好。
阶梯轴的直径必须先单调增再单调减
不合理的阶梯轴
机械设计第十五章
(二)轴上零件的定位 轴肩
分类：定位轴肩①、②、⑤和非定位轴肩③、④两类 优点：最方便可靠、承载轴向力较大 缺点：轴的直径加大、应力集中、不机械利设计于第十加五章工
n﹣轴的转速，r/min
P﹣轴传递的功率，kW
d﹣计算截面处轴的直径，mm
[τT]﹣许用扭转切应力，MPa 机械设计第十五章
实心轴：
9550103 P 9550103 P
P
d 3 0.2[T ] n 3 0.2[T ] 3 n A0 3 n
空心轴：
P
d A0 3 n(1 4 )
d1
d1 ,通常取0.5 0.6
15-1概述 轴的概述1
(一)轴的用途及分类 轴的主要功用：支承回转零件、传递运动和动力。 转轴﹣传递扭矩又承受弯矩
带式运 输机
电动机
转轴
减速器
机械设计第十五章
传动轴﹣只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。
发动机
后桥
十字轴式万向联轴器
心轴﹣只承受弯矩的轴 车厢重力
转动心轴
机械设计第十五章
视频
按照轴线形状的不同，轴可分为直轴和曲轴两大类。 直轴
(2)做出弯矩图
(3)做出扭矩图
机械设计第十五章
(4)校核轴的强度
按第三强度理论，计算应力
ca 2 4 2
弯曲应力→对称循环变应力 扭转切应力→常常不是对称循环变应力
引入折合系数α
ca 2 4( )2
弯曲应力为对 称循环变应力
扭转切应力 静应力 脉动循环变应力 对称循环变应力
≈0.3
机械设计第十五章
有配合要求的零件要便于装拆
“间隙+过盈”
轴的装配锥度
采用不同的尺寸公差
机械设计第十五章
为了保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配 合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短2～3 mm。
轴系改错1
轴系改机械错设计2第十五章 轴系安装
(四)提高轴的强度的常用措施 1.合理布置轴上零件以减小轴的载荷
轴肩处的过渡圆角半径r必须小于与之相配的零件毂孔 端部的圆角半径R或倒角尺寸C。
倒圆角
倒方角
r<R
r<C
定位轴肩的高度h一般取(2～3)C或(2～3)R
机械设计第十五章
滚动轴承的定位轴肩(如①)高度必须低于轴承内圈端面 的高度，以便拆卸轴承。
非定位轴肩(如③、④)是为了加工和装配方便而设置的， 其高度没有严格的规定，一般取为1机～械设2计m第十m五章。
合金钢轴用途：传递大动力、减小尺寸与质量、耐磨 性要求高、高温或低温下工作
选择依据：强度与耐磨性，不是轴的弯曲或扭转刚度
外形复杂的轴→高强度铸铁和球墨铸铁→价廉、良好 的吸振性和耐磨性、应力集中的敏感机械性设计较第十低五章
球墨铸铁曲轴
球墨铸铁凸轮轴
机械设计第十五章
15-2轴的结构设计
一、拟定轴上零件的装配方案
机械设计第十五章
圆螺母定位
优点：可承受大的轴向力 缺点：螺纹处有较大的应力集中 用途：固定轴端的零件、两零件间距机械离设计较第十大五章时
弹性挡圈(小载荷)
锁紧挡圈定位(小载荷)
圆锥面定位(承受冲击载荷和同心度要求较高)
机械设计第十五章
三、各轴段直径和长度的确定
首先按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径dmin。
机械设计第十五章
2.改进轴上零件的结构以减小轴的载荷
(a)齿轮和卷筒连在一起，轴只受弯矩→心轴 (b)齿轮将转矩通过轴传到卷筒，轴受弯矩和扭矩→转轴
机械设计第十五章
3.改进轴的结构以减小应力集中的影响
内凹圆角
加装隔离环
机械设计第十五章
用盘铣刀加工的键槽比用键槽铣刀加工的键槽在过渡 处对轴的截面削弱较为平缓，应力集中较小。
曲轴
机械设计第十五章
视频
轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如 航空发动机的主轴。
钢丝软轴可以把回转运动灵活地传到不敞开地位置。
机械设计第十五章
(二)轴设计的主要内容
轴设计=结构设计+工作能力验算
轴的概述2
(1)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。
拆卸轴承
潘存云教授研制
机械设计第十五章
套筒定位
优点：结构简单，定位可靠，不影响轴的疲劳强度
适用：两个零件之间的定位
不适用：间距较大、转速很高
机械设计第十五章
轴端挡圈
适用于固定轴端零件，可以承受较大的轴向力，轴端 挡圈可采用单螺钉固定。
机械设计第十五章
轴端挡圈定位 圆柱销锁定轴端挡圈
双螺钉加止动垫片
4.改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 表面越粗糙↑→疲劳强度↓ 表面强化处理：淬火、渗碳、氰化、氮化、碾压、喷丸
机械设计第十五章
(五)轴的结构工艺性 在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单轴的结，构设计工3 艺性
越好。轴上应有满足加工和装配所要求的倒角、圆角、螺 纹退刀槽和砂轮越程槽等。
机械设计第十五章
≈0.６
=1
机械设计第十五章
对于直径为d的圆轴
弯曲应力为 M
W
扭转切应力 T T
WT 2W 轴的弯扭合成强度条件为
d
机械设计第十五章
d
为了计及键槽对轴的ຫໍສະໝຸດ Baidu弱，可按以下方式修正轴径
轴径d＞100mm 轴径d≤100mm
有一个键槽 轴径增大3% 轴径增大5%～7%
有两个键槽 轴径增大7% 轴径增大10%～15%
2. 按弯扭合成进行强度条件验算 (1)做出轴的计算简图
图d中当B/d≤l时，取e=0.5B；当B/d>1时，取e=0.5d， 但不小于(0.25～0.35)B；对于调心轴机承械设，计第e十=五0章.5B。
(2)工作能力验算是指轴的强度、刚度和振动稳定性等 方面的验算。
根据总体结构的要求进行轴的结构设计
轴的承载能力验算
no 验算合格?
yes
结束 机械设计第十五章
(二)轴的材料
轴的概述3
轴的材料：碳钢、合金钢
碳钢特点：价廉、对应力集中的敏感性较低
碳钢轴用途：一般条件下用
合金钢特点：更高的力学性能和更好的淬火性能
15-3轴的计算
轴的计算1
一、轴的强度校核计算
1.扭转强度条件计算
用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计
算。在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。
T
T WT
9550 103
0.2d 3
P n
[T ]
τT﹣扭转切应力，MPa
T﹣轴所受的扭矩，N·mm
WT﹣轴的抗扭截面系数，mm3
轴的结构设计1
第二种方案需要一个长套筒，不机械如设计第第十一五章种方案好。
阶梯轴的直径必须先单调增再单调减
不合理的阶梯轴
机械设计第十五章
(二)轴上零件的定位 轴肩
分类：定位轴肩①、②、⑤和非定位轴肩③、④两类 优点：最方便可靠、承载轴向力较大 缺点：轴的直径加大、应力集中、不机械利设计于第十加五章工
n﹣轴的转速，r/min
P﹣轴传递的功率，kW
d﹣计算截面处轴的直径，mm
[τT]﹣许用扭转切应力，MPa 机械设计第十五章
实心轴：
9550103 P 9550103 P
P
d 3 0.2[T ] n 3 0.2[T ] 3 n A0 3 n
空心轴：
P
d A0 3 n(1 4 )
d1
d1 ,通常取0.5 0.6
15-1概述 轴的概述1
(一)轴的用途及分类 轴的主要功用：支承回转零件、传递运动和动力。 转轴﹣传递扭矩又承受弯矩
带式运 输机
电动机
转轴
减速器
机械设计第十五章
传动轴﹣只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。
发动机
后桥
十字轴式万向联轴器
心轴﹣只承受弯矩的轴 车厢重力
转动心轴
机械设计第十五章
视频
按照轴线形状的不同，轴可分为直轴和曲轴两大类。 直轴
(2)做出弯矩图
(3)做出扭矩图
机械设计第十五章
(4)校核轴的强度
按第三强度理论，计算应力
ca 2 4 2
弯曲应力→对称循环变应力 扭转切应力→常常不是对称循环变应力
引入折合系数α
ca 2 4( )2
弯曲应力为对 称循环变应力
扭转切应力 静应力 脉动循环变应力 对称循环变应力
≈0.3