机械设计基础 教学课件 作者 罗红专 易传佩 第9章　轴.ppt

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1、机械设计基础第9章　轴第9章　轴9.1　轴的类型与材料9.2　轴的结构设计9.3　轴的强度计算9.4　轴的设计实例9.1　轴的类型与材料9.1.1　轴的功用和类型轴是机器中的重要零件之一，用来支持旋转零件，如齿轮、带轮等。根据承受载荷的不同，轴可分为转轴、传动轴和心轴三种。转轴既承受转矩又承受弯矩，如图9⁃1所示的减速箱转轴。传动轴主要承受转矩，不承受或承受很小的弯矩，如图9⁃2所示的汽车的传动轴，通过两个万向节与发动机转轴和汽车后桥相联，传递转矩。心轴只承受弯矩而不传递转矩。心轴又可分为固定心轴（图9⁃3）和转动心轴（图9⁃4）。图9-1　减速箱转轴

2、9.1　轴的类型与材料图9-2　汽车传动轴9.1　轴的类型与材料图9-3　固定心轴9.1　轴的类型与材料图9-4　转动心轴9.1　轴的类型与材料图9-5　曲轴9.1　轴的类型与材料图9-6　挠性轴1—被驱动装置　2—接头　3—其他设备　4—加有外层保护套的挠性轴　5—动力装置9.1　轴的类型与材料图9-7　空心轴9.1.2　轴的材料在轴的设计中，首先要选择合适的材料。轴的材料常采用碳素钢、合金钢和球墨铸铁。9.1　轴的类型与材料表9-1　轴的常用材料及其主要力学性能9.2　轴的结构设计9.2.1　制造安装要求为了方便轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯形。对

3、于一般剖分式箱体中的轴，它的直径从轴端逐渐向中间增大。如图9⁃8所示，可依次将齿轮、套筒、左端滚动轴承、轴承盖和带轮从轴的左端装拆，另一滚动轴承从右端装拆。为使轴上零件易于安装，轴端及各轴段的端部应有倒角。图9-8　轴的结构9.2　轴的结构设计9.2.2　零件轴向和周向定位1.轴上零件的轴向定位和固定图9-9　圆螺母定位9.2　轴的结构设计图9-10　圆锥面定位9.2　轴的结构设计图9-11　挡圈9.2　轴的结构设计图9-12　弹性挡圈9.2　轴的结构设计图9-13　轴端挡圈9.2　轴的结构设计图9-14　销定位2.轴上零件的周向固定9.2　轴的结构设

4、计9.2.3　结构工艺性要求图9-15　轴肩的圆角和倒角9.2　轴的结构设计图9-16　键槽应在同一素线上9.2　轴的结构设计图9-17　越程槽、退刀槽、倒角和锥面9.2　轴的结构设计9.2.4　强度要求在零件截面发生变化处会产生应力集中现象，从而削弱材料的强度。因此，进行结构设计时，应尽量减小应力集中。特别是合金钢材料对应力集中比较敏感，应当特别注意。在阶梯轴的截面尺寸变化处应采用圆角过渡，且圆角半径不宜过小。另外，设计时尽量不要在轴上开横孔、切口或凹槽，必须开横孔须将边倒圆。在重要的轴的结构中，可采用卸载槽B(图9⁃18a)、过渡肩环（图9⁃18b

5、）或凹切圆角(图9⁃18c)增大轴肩圆角半径，以减小局部应力。在轮毂上做出卸载槽B(图9⁃18d)，也能减小过盈配合处的局部应力。9.2　轴的结构设计图9-18　减小应力集中的措施9.2　轴的结构设计图9-19　几种轴与轮毂的过盈配合方法a)增大配合处轴径　b)在配合边缘开卸载槽　c)在轮毂上开卸载槽9.2　轴的结构设计图9-20　起重机卷筒9.2　轴的结构设计图9-21　轴上零件的两种布置方案9.2　轴的结构设计图9-22　两种不同结构产生的轴弯矩9.3　轴的强度计算9.3.1　按抗扭强度估算最小轴径9.3　轴的强度计算表9-2　常用材料的［τ］值和

6、C值9.3.2　按弯扭合成强度计算图9⁃23所示为一单级圆柱齿轮减速器设计草图，图中各符号表示有关的长度尺寸。显然当零件在草图上布置妥当后，外载荷和支反力的作用位置即可确定。由此可作轴的受力分析及绘制弯矩图和转矩图。这时就可按弯扭合成强度计算轴径。9.3　轴的强度计算图9-23　单级齿轮减速器设计草图9.3　轴的强度计算9.3　轴的强度计算表9-3　轴的许用弯曲应力9.4　轴的设计实例9.4.1　目的通过设计如图9⁃25所示的斜齿圆柱齿轮减速器的从动轴（Ⅱ轴），达到掌握轴的结构设计的目的。图9-25　单级齿轮减速器简图9.4　轴的设计实例9.4.2　方

7、法通常现场对于一般轴的设计方法有类比法和设计计算法两种。1.类比法2.设计计算法1)根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力。2)按抗扭强度估算出轴的最小直径。3)设计轴的结构，绘制出轴的结构草图。①　根据工作要求确定轴上零件的位置和固定方式。②　确定各轴段的直径。③　确定各轴段的长度。④　根据有关设计手册确定轴的结构细节，如圆角、倒角、退刀槽等的尺寸。9.4　轴的设计实例4)按弯扭合成进行轴的强度校核。5)修改轴的结构后再进行校核计算。6)绘制轴的零件图。9.4.3　设计过程1.选择轴的材料，确定许用应力2.按抗扭强度估算轴径3.设计轴的结构并绘制结构

8、草图1)确定轴上零件的位置和固定方式　确定轴的结构形状，必须先确定轴上零件的装配顺序和固定方式