机械设计基础 教学课件 作者 李正峰 蒋利强 主编 杜春宽 副主编19.ppt

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1、第19章轴§19.1轴的类型及材料§19.2轴的结构设计§19.3轴的强度和刚度计算11）按轴线形状分为直轴、曲轴和挠性轴。直轴广泛用于轴间平行传动（如减速器轴）和跨距较大的刚性传动（如汽车、轴流式通风机的传动轴），见图19-1（a）；曲轴是用于回转与往复运动转换机构中的专用零件（如内燃机、空压机的主轴），见图19-1（b）；挠性轴用于相互偏离、倾斜或移动的轴间传动，多用在远距离控制和仪表传动中，见图19-1（c）。19.1.1轴的类型和功用§19.1.轴的类型及材料22）按承受的载荷性质分为心轴、传动轴和转轴。①心轴──工作时只承受弯曲作用的轴，有固定心轴和转动心轴两种

2、。图19-2（a）所示的滑轮轴为固定心轴，图19-2（b）所示的列车轮轴为转动心轴。②传动轴──工作时只承受扭转作用（不承受或只承受很小的弯曲作用）的轴。如图19-1（a）所示汽车变速箱与后桥间的轴为传动轴。③转轴──工作中同时承受扭转和弯曲作用的轴。如图19-2（c）所示减速器输出轴即为转轴，它是机械中最常见的轴。33）按轴的直径是否变动分为光轴和阶梯轴。①光轴──在轴的全长上直径处处相等，如列车轮轴。②阶梯轴──在轴的全长上直径分段相等，如减速器输出轴。此外，为了减小轴的质量、节省材料，轴还可做成空心的，如汽车的传动轴就是空心轴。但在一般机械中，阶梯实心轴应用最广。41

3、9.1.2轴的材料轴的常用材料是碳素钢和合金钢。主要要求是：⑴具有足够的强度（抗拉和抗疲劳强度）。⑵对应力集中不敏感。⑶与滑动零件接触的表面应具有良好的耐磨性。⑷易于机加工和热处理。碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较多，尤其是45钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。5轴的常用材料及机械性能见表19-1。6§19.2轴的结构设计轴的结构设计主要是确定轴的外形和结构尺寸。设计的基本要求如下：①轴和轴上的零件要有准确的工作位置。②各零件要可靠地相互连接。③轴应便于加工，轴上零件要易于装拆。④应尽量减小应力集中。⑤轴各部分的直径和长度尺寸

4、要合理。719.2.1轴头、轴颈与轴身阶梯轴为最典型的轴结构，它由轴头、轴颈和轴身三部分组成。如图19-3所示，轴与轴上旋转零件的配合轴段称为轴头，与轴承的配合轴段称为轴颈，连接轴头和轴颈的轴段称为轴身。在确定轴上各部分直径时应注意：①轴颈处的直径应与轴承的内径标准系列一致。②轴头处的直径应与相配合的零件轮毂内径一致，并符合直径标准系列。⑶轴身处的直径可根据结构需要确定。④轴上螺纹或花键处的直径均应符合螺纹或花键的标准。为了易于轴的加工并使轴的应力集中减小，应尽量减少直径的变化。轴的各段长度，可根据轴上零件的宽度和零件的相互位置确定。819.2.2轴的结构要求1）工艺性要求

5、轴的结构工艺性是指所设计的轴是否便于加工、装配和维修。通常有以下要求：①当某一段轴需要车制螺纹或磨削加工时，应留有退刀槽或越程槽（图19-4）。②轴上所有的键槽应开在同一母线上（图19-5）。③为了便于轴上零件的装配和去除毛刺，轴端和轴肩一般均应制出45°的倒角。过盈配合轴段的装入端应加工出半锥角为30°的导向锥面（图19-5）。④为了便于加工，应尽可能减少阶梯级数，应使轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽、退刀槽和越程槽等尺寸一致。92）疲劳强度要求轴一般在交变应力状态下工作，疲劳损坏是其主要失效形式。因此，在选定轴材料之后，要在结构设计时尽量考虑提高轴的疲劳强度。通常采取下

6、列措施。⑴改进结构，减小应力集中影响尽量避免在轴上开横孔、凹槽和加工螺纹。在重要结构中可采用过渡肩环（见图19-6a）、凹切圆角（见图19-6b），以增加轴肩处过渡圆角半径来减小应力集中。在与轮毂配合的轴段上开减载槽，或在轮毂端开减载槽，也能降低应力集中（见图19-6c、d，图中B为减载槽）。⑵对轴的表面进行强化疲劳裂纹常常发生在轴的表面。因此，除了控制轴的表面粗糙度以外，必要时还可采用表面热处理或表面强化处理的方法，如渗碳、氮化、调质和碾压、喷丸等。1019.2.3轴上零件的定位与固定1）轴向定位与固定为了保证零件在轴上有确定的相对位置，承受轴向力时不发生窜动，常采用表1

7、9-2所列的结构形式来实现轴上零件的轴向定位与固定。2）周向固定周向固定是为了保证轴上零件在传递转矩时与轴不发生相对转动。传递转矩不大时，可采用销钉或过盈配合来固定；传递转矩较大时，一般采用键或花键来固定。1112§19.3轴的强度和刚度计算在进行轴的强度计算时，首先要分析轴上载荷的大小、方向和作用位置，绘制计算简图，然后运用材料力学中的公式进行计算。轴的计算步骤如下：①按扭转强度确定轴的最小直径。②按弯扭组合进行强度校核计算。③对于特别重要的轴，还需按疲劳强度安全系数进行精确校核计算。④对于有刚度要求的轴，还需进