机械设计基础 第15章 轴

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1、第15章轴概述15.1轴的结构设计15.2轴的强度校核15.3轴的使用与维护15.415.1概述15.1.1轴的功用与分类轴主要是用来支承作旋转运动的零件，如齿轮、带轮等，以传递运动和动力。分类转轴心轴传动轴回转心轴静止心轴同时承受弯矩M和转矩T只承受弯矩M只承受弯矩M只承受转矩T应力弯曲应力为对称循环应力，扭转应力一般为变应力弯曲应力为对称循环应力弯曲应力在静载荷下为静应力扭转应力通常按变应力考虑表15-1轴的分类（按所承受载荷）图15-1曲轴轴的常用材料是碳素钢和合金钢。常用碳素钢为30、35、40、45、50号钢，其中最常用的是4

2、5号钢。为了提高轴的机械性能，应进行调质或正火处理。对受力小或不重要的轴，可用Q235、Q275等普通碳素钢。15.1.2轴的材料合金钢比碳素钢具有更高的机械强度和更好的淬火性能，但对应力集中比较敏感，价格也较贵，因此多用于强度和耐磨性要求较高、要求重量和尺寸较小或非常湿、有腐蚀性介质的场合。常用的中碳合金钢有40Cr、35SiMn、40MnB等。低碳合金钢20Cr、20CrMnTi经渗碳淬火后，表面耐磨性和心部韧性都比较好，适于制造耐磨和承受冲击载荷的轴。图15-2钢丝软轴材料牌号及热处理毛坯直径mm硬度HBS强度极限MPa屈服极限M

3、Pa弯曲疲劳极限MPa应用说明Q235440240200用于不重要或载荷不大的轴35正火≤100149～187520270250有好的塑性和适当的强度，可做一般的曲轴和转轴45正火≤100170～217600300275用于较重要的轴，应用最为广泛45调质≤200217～25565036030040Cr调质251000800500用于载荷较大且无很大冲击的重要轴≤100241～286750550350100～300241～26670055034040MnB调质251000800485性能接近于40Cr，用于重要的轴≤200241～286

4、75050033535CrMo调质≤100207～269750550390用于重载荷的轴20Cr渗碳淬火回火15表面HRC56～62850550375用于要求强度、韧性及耐磨性均较高的轴≤60650400280表15-2轴的常用材料牌号、机械性能及应用举例15.2.1影响轴结构的因素轴的结构主要与下列因素有关：①载荷的性质、大小、方向及分布情况；②轴上零件的数目和布置情况；③零件在轴上的定位及固定方法；④轴承的类型及尺寸；⑤轴的加工工艺及装配方法等。15.2轴的结构设计1．轴颈、轴头和轴身轴的典型结构如图15-3所示，轴和轴承配合的部分

5、称为轴颈，其直径应符合轴承内径标准；轴上安装轮毂的部分称为轴头，其直径应与相配零件的轮毂内径一致，并采用标准直径（见表15-6）。15.2.3轴的结构设计图15-3轴的结构轴上零件的轴向定位和固定方式常用的有轴肩、轴环、锁紧挡圈、套筒、圆螺母和止动垫圈、弹性挡圈、轴端挡圈及圆锥面等。其特点和应用见表15-3。2．轴上零件的轴向定位及固定图15-4套筒固定轴上零件周向固定的目的是为了传递转矩和防止零件与轴产生相对转动。3．轴上零件的周向固定轴向固定方法及结构简图特点和应用设计注意要点轴肩与轴环简单可靠，不需附加零件，能承受较大的轴向力；广

6、泛应用于各种轴上零件固定；该方法会使轴径增大，阶梯处形成应力集中，且阶梯过多将不利于加工为保证零件与定位面靠紧，轴上过渡圆角半径ｒ应小于零件圆角半径Ｒ或倒角Ｃ，即r＜C＜a，r＜R＜a。一般取定位高度a=(0.07～0.1)d，轴环宽度b=1.4a套筒简单可靠，简化了轴的结构且不削弱轴的强度；常用于轴上两个近距离零件间的相对固定；不宜用于高度转轴套筒内径与轴的配合较松，套筒结构、尺寸可视需要灵活设计轴端挡圈工作可靠，能承受较大轴向力，应用广泛只用于轴端；常与轴端挡圈联合使用，实现零件的双向固定表15-3轴上零件的轴向固定方法及应用轴向固

7、定方法及结构简图特点和应用设计注意要点锥面拆装方便，且可兼作周向固定；宜用于高速、冲击及对中性要求高的场合只用于轴端；常与轴端挡圈联合使用，实现零件的双向固定圆螺母固定可靠，可承受较大轴向力，能实现轴上零件的间隙调整；常用于轴上两零件间距较大处［如图(a)所示］，亦可用于轴端［如图(b)所示］为减小对轴强度的削弱，常用细牙螺纹；为防松，须加止动垫圈或使用双螺母弹性挡圈结构紧凑、简单，装拆方便，但受力较小，且轴上切槽将引起应力集中；常用于轴承的固定轴上车槽尺寸见GB894.1—86紧定螺钉与锁紧挡圈结构简单，但受力较小，且不适于高速场合续

8、表轴的结构形状和尺寸在尽量满足加工、装配和维修要求的前提下，应力求简单，阶梯数尽可能少。4．轴的结构工艺性轴径d10～1818～3030～5050～8080～120120～180R或CR1或C1国0.8国国