机械设计基础 教学课件 作者 刘美玲 雷振德 主编 李 明 程昌宏第10章-轴.ppt

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1、第10章轴章节要点1、轴的功用、分类、特点及应用；2、轴的结构设计应考虑的问题及方法；3、轴的强度计算方法；10.1概述、轴的用途与分类1、用途：*支承轴上零件使其保持确定位置；*传递运动和动力。轴是直接支持旋转零件（如齿轮、带轮、车轮等）并传递运动和动力的支承零件，是组成机器的重要零件之一。光轴阶梯轴分类形状直轴曲轴特殊轴凸轮轴齿轮轴钢丝软轴承载心轴：只受弯矩传动轴：只受扭矩转轴：受弯和扭固定心轴转动心轴2、分类曲轴直轴钢丝软轴钢丝软轴的结构固定心轴（自行车前轮轴）心轴——只承受弯矩转动心轴转动心轴传动轴—只承受转矩汽车的传动轴转轴转轴—承受转矩和弯矩其它类型轴：空心轴二、轴的特点1

2、.结构特点：①定位要求具有轴肩、轴环——阶梯轴，②装拆——中间粗，两头细。2.应力特点：σt①固定心轴：心轴：σt②转动心轴：转轴：上述叠加。结论：轴一般承受变应力作用！σt传动轴：σtT＝C，单向回转长期运行：T＝C，单向回转频繁起停：T＝C，双向回转频繁起停：σtT三、失效形式及计算准则2、计算准则强度准则—S≥[S](一般只进行强度计算)刚度准则振动稳定性准则1、失效形式疲劳断裂刚度不足共振选材料设计步骤:校核计算绘工作图初算轴径（仅考虑扭矩）结构设计（定d、L）1、对材料的要求：①主要满足强度要求，②对应力集中应不敏感，工艺性好，经济性③通过改变直径提高刚度。四、轴的常用材料2

3、、常用材料碳钢——45、50、35一般轴合金钢——40Cr较重要轴（机械性能好，应力集中敏感，疲劳强度不很高）碳素结构钢——Q235（A3）、Q275（A5）不重要轴10.2轴的结构设计轴通常由轴头、轴颈、轴肩、轴环、轴端及不装任何零件的轴段等部分组成。轴的结构和形状取决于下面几个因素：①轴的毛坯种类；②轴上作用力的大小及其分布情况；③轴上零件的位置、配合性质以及联接固定的方法；④轴承的类型、尺寸和位置；⑤轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求。一般在进行结构设计时的已知条件有：机器的装配简图、轴的转速、传递的功率、轴上零件的主要参数和尺寸等。对轴的结构进行设计主要是确定轴的结构形状和

4、尺寸。轴的强度与工作应力的大小和性质有关。因此在选择轴的结构和形状时应注意以下4个方面。①使轴的形状接近于等强度条件，以充分利用材料的承载能力。对于只受转矩的传动轴，为了使各轴段剖面上的剪应力大小相等，常制成光轴或接近于光轴的形状；对于受交变弯曲载荷的轴应制成曲线形，实际生产中一般制成阶梯轴。一、轴的强度和刚度②尽量避免各轴段剖面突然改变以降低局部应力集中，提高轴的疲劳强度。由于阶梯轴各轴段的剖面是变化的，在各轴段过渡处必然存在应力集中，而降低轴的疲劳强度。为减少应力集中，常将过渡处制成适当大的圆角，并应尽量避免在轴上开孔或开槽，必要时可采用减载槽、中间环或凹切圆角等结构。采用这些方法

5、也可以避免轴在热处理时产生淬火裂纹的危险。③改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。如图（a）所示的轴，轴上作用的最大转矩为T１＋T２；如把输入轮布置在两输出轮间如图（b）所示，则轴所受的最大转矩将由（T１＋T２）降低到T１。④改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。如图（a）所示，卷筒的轮毂很长，如把毂分成两段，如图（b）所示，则减小轴上的弯矩，从而提高了轴的强度和刚度，同时还能得到更好的轴孔配合。一、初算轴径（只按扭转强度条件计算）WT=πd3/16≈0.2d3抗扭截面模量扭转强度条件：轴径：A0——P332,表10－2取dmin=d,进行结构设计。二、结构设计结构设计内容：确

6、定轴的合理形状、全部结构尺寸。结构设计应满足的要求：1）使用要求：轴上零件的定位、固定、调整；2）工艺要求：加工工艺性、装拆工艺性；3）成本要求结构设计中应考虑的问题：1、轴上零件的布置a）轴上零件的装拆方案确定装配方向、顺序和相互关系齿轮的装配方案：b）零件布置应使轴的受力合理卸荷结构轴受力：弯＋扭扭2、轴上零件的定位和固定轴向定位周向定位定位和固定相互关联、转化。定位方式：键、花键、销紧钉螺钉——承受不大的扭矩１周向固定为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，轴上零件的周向固定必须可靠。常用的周向固定方法有键、花键、销和过盈配合等连接。在图中，齿轮与轴的周向固定采用了平键

7、连接。２轴向固定零件在轴上的轴向定位要准确而可靠，以使其安装位置确定，能承受轴向力而不产生轴向位移。常见的轴向固定方法有轴肩、轴环定位，螺母定位，套筒定位及轴端挡圈定位等。当轴向力不大而轴上零件间的距离较大时，可采用弹性挡圈固定，如图a所示。当轴向力很小、转速很低或仅为防止零件偶然沿轴向滑动时，可采用紧定螺钉固定，如图b所示。图a弹性挡圈固定图b轴的加工和装配工艺性常用方法轴肩、轴环：基本方法，形成阶梯轴原因；套筒（轴套）：简单可靠，间距大高