第15章 轴(第15章)

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1、第15章轴1、概述2、轴的结构设计3、轴的强度计算4、轴的刚度计算5、轴的临界转速6、提高轴的强度、刚度和减轻重量的措施§15.1、概述一、主要功用二、分类1、按承载分心轴：只承受弯曲，不传递扭矩轴的功用：1）支承回转件；2）传递运动和动力。转轴：既传递转矩、又承受弯矩如：减速器中的轴。传动轴：只受扭矩，不受弯矩如：汽车下的传动轴。根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？0轴：Ⅰ轴：Ⅴ轴：Ⅱ轴：Ⅲ轴：Ⅳ轴：传动轴转轴转动心轴转轴转轴转动心轴如何判断轴是否传递扭矩：从原动机向工作机画传动路线，若传动路线沿该轴轴线走过一段距离，则该轴传递转矩。如何判断轴是否承受弯矩：该轴上除联轴器外

2、是否还有其它传动零件，若有则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。曲轴：发动机专用零件2、按轴线形状分直轴又可分为实心、空心（加工困难）光轴阶梯轴钢丝软轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。钢丝软轴的绕制三、轴的材料（表15-1）1、碳素钢：30、35、45、50(正火或调质)，45应用最广。价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。2、中、低碳合金钢：强度高、寿命长，对应力集中敏感，用于重载、小尺寸的轴。动力源被驱动装置接头接头钢丝软轴注意：钢材种类热处理对钢材弹性模量E影响很小，3、合金铸铁、QT：铸造成形，吸振，可靠性低，品质难控制，常用于凸轮轴、曲轴。合金钢比碳钢有更高的强度和更好的淬火

3、性能。一般情况下用碳钢，重要的轴用合金钢。合金钢代替碳钢并不能提高轴的刚度。轴的概述3四、轴设计的主要内容轴的设计过程：根据轴上零件的安装、固定及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构和尺寸。校核轴的强度、刚度和振动稳定性等。结构设计：承载能力计算：轴的设计包括：选材料验算合格?结束yesno轴的承载能力计算估算轴的直径轴的结构设计二、要求1、轴与轴上零件要有准确的相对位置；2、受力合理——轴结构有利于提高轴的强度和刚度；3、轴的加工、装配有良好的工艺性、减少应力集中；三、轴的毛坯d小——圆钢（棒料）：车制；d大——锻造毛坯；空心轴：充分利用材料，↓质量，但加工困难。§

4、15.2轴的结构设计一、目的确定轴的尺寸、形状：d、l；结构复杂——铸造毛坯，如曲轴；4、节省材料、减轻重量四、轴的结构设计F等强度阶梯轴1、拟定轴上零件装配方案组成轴颈：装轴承处尺寸=轴承内径；轴头：装轮毂处直径与轮毂内径相当；轴身：联接轴颈和轴头部分；轴身轴颈轴头装配方案的比较：2、零件在轴上的固定（1）轴向固定a）借助轴本身形状定位：轴肩、圆锥形轴头；b）借助挡圈、圆螺母、套筒等定位；注意：L轴段长度=B轮毂宽-(2~3)mm保证轴上零件可靠定位：轴圆角半径r＜轴上零件倒角尺寸c＜轴肩高度h或轴圆角半径r＜轴上零件圆角半径R＜轴肩高度h轴肩与轴环套筒定位轴肩：h=(0.

5、07~0.1)dd：轴颈尺寸；非定位轴肩：h=(1~2)mm；轴系常用紧固件轴端挡圈圆螺母弹性挡圈轴系常用紧固件.同时可以对零件周向固定紧定螺钉销过盈配合（2）周向固定键、花键、成形联接、弹性环联接、过盈、销等——轴毂联接五、各轴段尺寸的确定1、d：由载荷→dmin→由结构设计要求确定各段的d。2、L：由轴上零件相对位置及零件宽度决定，同时考虑：1）轴段长比轮毂宽小2~3mm——可靠定位。2）传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离(查手册)。3）轴颈的长度一般等于轴承的宽度六、轴的结构工艺性设计1、需磨削的轴段：砂轮越程槽。3、轴端应有倒角：c×45°——便于装配。4、装配

6、段不宜过长。5、固定不同零件的各键槽应布置在同一母线上，以减少装夹次数。2、需切制螺纹的轴段：螺纹退刀槽。四处错误正确答案三处错误正确答案轴系结构改错错误1.左侧键太长，套筒无法装入2.多个键应位于同一母线上§15.3轴的强度计算一、按许用切应力计算（按扭转强度计算）强度条件：式中：WT——抗扭截面系数，mm3[τT]——许用切应力C——与材料有关的系数扭转强度公式一般用来初算轴的直径，计算出的d作为轴最细处的直径dmin。弯矩相对转矩较小或只受转矩时，C取小值。若考虑到开键槽对轴强度的削弱，则轴的直径应相应增大。对于d＞100mm，开一个键槽，d值增大3%,开两个键槽，增大

7、7%；对于d≤100mm，开一个键槽，d值增大5~7%,开两个键槽，增大10~15%；弯矩较大时，C取大值。注意：系数C与轴的材料和承载情况有关。公式应用：a）传动轴的计算；b）转轴的初估轴径dmin——结构设计，逐步阶梯化c）对于转轴：算出dmin→结构设计→弯矩图→弯扭合成强度计算；二、按许用弯曲应力计算（弯扭合成强度计算）已知条件：作用力大小、位置、轴d、l、支点位置由dmin(扭转初估)→结构设计→支点、力大小、作用点→画出M、T合成弯矩图→危险截面→计算。1、画出轴的空间受力简图：力分解到水平