机械设计基础第十一章.ppt

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1、第十一章轴及轴毂联接§11.1轴的类型及常用材料§11.2轴的结构设计§11.3轴毂联接§11.1概述机器上所安装的旋转零件，例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须用轴来支承，才能正常工作，因此轴是机械中不可缺少的重要零件。本章将讨论轴的类型、轴的材料和轮毂联接，重点是轴的设计问题，其包括轴的结构设计和强度计算。结构设计是合理确定轴的形状和尺寸，它除应考虑轴的强度和刚度外，还要考虑使用、加工和装配等方面的许多因素。一、轴的分类按轴受的载荷和功用可分为：1.心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。如.车辆轴和滑轮轴。（

2、如自行车轴）2.传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传递转矩。如汽车中联接变速箱与后桥之间的轴。3.转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。如减速器轴。减速器减速器轴根据轴线的形状的不同，轴又可分为直轴、曲轴和挠性钢丝轴。曲轴和挠性钢丝轴属于专用零件。直轴按外形不同又可分为光轴和阶梯轴。曲轴光轴挠性软轴阶梯轴直轴形状简单，应力集中少，易加工，但轴上零件不易装配和定位，常用于心轴和传动轴。阶梯轴各轴段截面的直径不同，这种设计使各轴段的强度相近，而且便于轴上零件的装拆和固定。曲轴是往复式机械中的专用零

3、件由几层紧贴在一起的钢丝绳构成，可以把旋转运动和转矩灵活的转到任何位置。能用于受连续振动的场合，具有缓和冲击的作用。二、轴的常用材料轴主要承受弯矩和扭矩。轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的强度、韧性和耐磨性。轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素：1.轴的强度、刚度及耐磨性要求；　　2.轴的热处理方法及机加工工艺性的要求；　　3.轴的材料来源和经济性等。轴的常用材料如下：1.碳素钢优质碳素钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，价格便宜，应用广泛。一般轴采用45钢，经过调质或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应进行表面淬

4、火及低温回火处理。轻载或不重要的轴，使用普通碳素钢Q235、Q275等。2.合金钢合金钢具有较高的机械性能，对应力集中比较敏感，淬火性较好，热处理变形小，价格较贵。多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。例如：滑动轴承的高速轴，采用20Cr、20CrMnTi等。3.球墨铸铁球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。例如：内燃机中的曲轴。§11.2轴的结构设计一、轴的设计要求和一般设计步骤1、轴的设计基本要求（1）满足工作能力的要求一般的轴都应具有足够的疲劳强度。对于某些特殊用途的轴，如机床主轴，工

5、作时不允许有过大的变形，还应满足刚度的要求。高速轴还应满足振动稳定性的要求。（2）满足结构的要求轴应具有合理的结构形状和尺寸，并具有良好的加工工艺性。不同机械对轴的设计有不同要求。对于一般机器的轴，则主要应满足强度核结构的要求。2、轴的一般设计步骤轴的设计一般应解决轴的结构和承载能力两方面的问题。具体的说，轴的设计步骤有：（1）按工作要求选择轴的材料和热处理方法；（2）初步估算轴的基本直径；（3）进行轴的结构设计，确定轴的各段直径和长度等结构尺寸；（4）进行必要的强度校核（强度、刚度、振动等）；（5）绘制轴的零件工作图。二、轴的结

6、构设计如图所示，轴上与轴承配合的部分称为轴颈，与传动零件配合的部分称为轴头，连接轴颈与轴头的非配合部份称为轴身，起定位作用的阶梯轴上截面变化的部分称为轴肩。（一）初步估算轴的的直径开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支点情况，无法确定轴的受力情况，只有待轴的结构设计基本完成后，才能对轴进行受力分析及强度计算。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转受力情况对轴的直径进行估算(后结构设计强度校核)。对于圆截面的实心轴，设轴在转矩T的作用下，产生剪应力τ。对于圆截面的实心轴，其抗扭强度条件为:计算轴的直径时，上式可以写成下式：式

7、中P——轴传递的功率KWn——轴的转速r/minT——扭矩N·mmτ、[τ]——分别为扭转剪应力和许用扭转剪应力，单位为MPaWT——轴抗扭截面系数mmA——由轴的材料和承载情况确定的常数，参见教材表11—1。3由上式求出的直径值，需圆整成标准直径，并作为轴的最小直径。当轴颈d≤100mm时，如轴上有一个键槽，可将值增大4%左右，如有两个键槽可增大7左右。（二）轴的结构设计的基本要求1、影响轴的结构和形状的几个因素：（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、配合性质及其联接固定的方法；（4）轴承

8、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。可见影响轴的结构与尺寸的因素很多，设计轴时要全面综合的考虑各种因素。2、轴的结构设计的基本要求①轴和轴上零件必须定位准确，固定可靠；②轴上的零件应便于装拆和调整；③轴应具有良好的制造