机械设计基础 教学课件 作者 赵永刚 主编 11.ppt

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1、第1节概述第2节轴的结构设计第3节轴的强度计算第4节轴的设计第11章轴2第1节概述轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。按照承受载荷的不同，轴可分为三种：转　轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。心　轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。轴的分类3分类转轴（同时承受弯矩M和转矩T）心轴传动轴（只承受转矩T）回转心轴（只承受弯矩M）静止心轴（只承受弯矩M）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

2、应力通常按变应力考虑第1节概述4转轴第1节概述5转动心轴固定心轴第1节概述6前轮轮毂固定心轴火车轮轴车厢重力前叉自行车前轮轴支撑反力转动心轴转动心轴固定心轴第1节概述7第1节概述8传动轴第1节概述9轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。除了刚性轴外，还有钢丝软轴（挠性轴），可以把回转运动灵活地传到不开敞地空间位置。直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。轴的分类第1节概述10光轴阶梯

3、轴实心轴空心轴第1节概述11直轴曲轴第1节概述12第1节概述13第1节概述14由于轴工作时产生的应力多为交变应力，所以轴的失效多为疲劳破坏，因此轴的材料应具有足够的疲劳强度、较小的应力集中敏感性和良好的加工特性。(1)碳素钢优质碳素钢：35、45、50等45钢使用最广泛普通碳素钢：Q235A等特点强度、刚度、塑性和韧性等综合机械性能好应力集中敏感性小热处理后提高耐磨性、疲劳强度2.轴的材料及选择第1节概述15(2)合金钢用于高速、重载、较重要的轴常用40Cr、40MnB、20CrMnTi等特点对应

4、力集中敏感性较大强度和淬火性比碳素钢好价格比碳素钢贵注意刚度与碳素钢相同(两者弹性模量E相近)我国Cr、Ni资源少，尽量用代用钢种(如40MnB机械性能接近40Cr)第1节概述16(3)球墨铸铁以铁代钢特点对应力集中敏感性较小吸振性、耐磨性好可以做成复杂形状价廉冲击韧性低、质量不易控制毛坯圆钢棒料尺寸小的轴焊接毛坯大件锻造困难铸造毛坯形状复杂的轴、空心轴等第1节概述171.设计轴时主要应满足轴的强度和结构的要求；2.对刚度要求较高的轴，主要应满足刚度的要求；3.对一些高速机械的轴，要考虑满足振动稳

5、定性的要求；轴的结构设计：根据装配、加工、受力等具体要求，合理定出轴的形状和各部分结构尺寸。在轴的设计中，因为转轴工作时，受弯矩和转矩联合作用，而弯矩与轴上载荷的大小及轴上零件相互位置有关。所以当轴的结构尺寸未确定前，无法求出轴所受的弯矩。因此，开始只能按扭转强度或经验公式估算轴的直径，然后进行结构设计，最后进行较精确的强度验算。第1节概述18轴上各段的名称端轴颈轴头中轴颈轴头轴通常由轴头、轴颈、轴身三部分组成。轴的结构和形状取决于：轴的毛坯种类轴上作用力的大小及分布情况轴上零件的位置、配合性质以

6、及联结固定的方法轴承的类型、尺寸和位置轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求轴身第2节轴的结构设计19第2节轴的结构设计20当用初步估算求得轴的最小轴径后，即可进行轴的结构设计。轴的结构设计的目的，主要是确定轴的合理外形和全部结构尺寸。其主要要求是：轴应便于加工，轴上零件要易于装拆（制造、装拆要求）；轴上零件要有准确的工作位置（定位）；各零件要牢固而可靠地相对固定（固定）；提高轴的强度和刚度。第2节轴的结构设计21一般设计成中间大、两端小的阶梯形状——阶梯轴影响轴结构的因素很多，轴没有标准的结构形

7、式，其设计具有较大的灵活性和多样性，设计时必须从实际出发，全面考虑问题，才能得出比较合理的结构。强度方面，工艺方面第2节轴的结构设计22一、轴上零件装配方案方案一方案二第2节轴的结构设计23(1)轴肩与轴环rhDdC1轴肩hDdbrR轴环r轴的过渡圆角半径<零件毂孔倒角C1或圆角R轴肩高度h>零件毂孔倒角C1或圆角R二、轴上零件的轴向定位目的：为了使零件能够在轴线方向定位和承受轴向载荷。第2节轴的结构设计24不宜用于较高转速的轴不能有“过定位”123(2)套筒第2节轴的结构设计25(3)轴端挡圈用

8、螺钉将档圈固定在轴的端面第2节轴的结构设计26(4)圆锥面要与轴肩或锥面配合、固定轴端零件第2节轴的结构设计27(5)圆螺母螺纹应力集中严重、不宜在轴的中间部位，其细牙螺纹第2节轴的结构设计28(6)弹性挡圈用于轴向力较小的场合弹性档圈第2节轴的结构设计29(7)紧定螺钉与锁紧挡圈兼作周向固定受力较小、不宜于高速轴第2节轴的结构设计30(1)平键联接目的：使轴上零件能同轴一起转动，传递转矩。制造简单，装拆方便。用于传递转矩较大，对中性要求一般的场合，应用最为广泛。第2节轴的结构设计