軸

第一節(jié)軸的用途及分類軸：形聲字，從車，由聲。輪軸軸：持輪也。——《說文解字》----東漢許慎輑（yǐn）謂之軸?！斗窖跃拧?---西漢楊雄服重任，行遠(yuǎn)道，正直而固者，軸也。——《烈女傳.母儀》遷于袒，用軸——《儀禮.既夕禮》天寒日短銀燈續(xù)，欲往從之車脫軸?！?蘇軾《慈云王鞏獨(dú)眠》轉(zhuǎn)軸撥弦?！?白居易《琵琶行》支撐回轉(zhuǎn)零件傳遞扭矩一、軸的功用與分類一、軸的功用與分類一、軸的功用與分類支撐回轉(zhuǎn)零件傳遞扭矩軸：用來支承傳動(dòng)件并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的零件，它可以

按以下方式進(jìn)行分類。軸按外形分按載荷分直軸曲軸鋼絲軟軸光軸轉(zhuǎn)軸心軸傳動(dòng)軸階梯軸空心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸固定心軸判定：轉(zhuǎn)軸、心軸、傳動(dòng)軸軸

第二節(jié)軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及材料1.軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容★★①選材②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(外形尺寸)③強(qiáng)度計(jì)算

防斷裂、塑性變形④剛度計(jì)算

防過大變形⑤振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算

高速軸防共振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸工作能力驗(yàn)算

軸的承載能力驗(yàn)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的驗(yàn)算。軸的概述2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的承載能力驗(yàn)算驗(yàn)算合格?結(jié)束yesno2.軸的設(shè)計(jì)過程選擇材料設(shè)計(jì)要求初估軸徑3.軸的材料①普通碳素鋼：不重要或者受力較小軸

常用牌號(hào)：Q235～Q275②優(yōu)質(zhì)碳素鋼：

一般（正火）

常用牌號(hào)：45、501）碳鋼2）合金鋼

常用牌號(hào)：20Cr、40Cr等

重載或者要求減輕重量時(shí)或要求提高耐磨性時(shí)淬火、調(diào)質(zhì)3）鑄鐵鑄鐵QT、合金鑄鐵、形狀復(fù)雜軸

合金鋼強(qiáng)度高，但對應(yīng)力集中敏感，若結(jié)構(gòu)上和表面上不注意，軸強(qiáng)度得不到改善。

鋼種和熱處理對彈性模量影響很小，對增大軸剛度無效（增大軸徑、減小跨距）以工匠精神

夯強(qiáng)國之基核電半速轉(zhuǎn)子:核電發(fā)電機(jī)組中的核心部件。1）材料采用30Cr2Ni4MoV合金鋼，長2044mm，重量264噸。2）2014年，龍小平和團(tuán)隊(duì)成功將首件CAP1400核電轉(zhuǎn)軸的產(chǎn)品精度從0.01毫米提升到了0.003毫米，使用壽命延長10年。核電半速轉(zhuǎn)子“全國技術(shù)能手”、“龍一刀”首屆“四川工匠”龍小平中國二重自主生產(chǎn)1100MW核電半速轉(zhuǎn)子，打破了國外壟斷。實(shí)現(xiàn)了核電半速轉(zhuǎn)子國產(chǎn)化4.關(guān)于軸的剛度計(jì)算軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí):撓度y轉(zhuǎn)角θ扭角φ齒輪偏載和軸承載荷集中y≤[y]θ≤[θ]φ≤[φ]a)彎曲變形b)扭轉(zhuǎn)變形5.關(guān)于振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算or：n≤（0.75～0.8）ncr11.4ncr1≤n≤0.7ncr2Theend!光軸特點(diǎn)：光軸形狀簡單，加工容易，應(yīng)力集中源少；

軸上零件不易定位。應(yīng)用：主要用作傳動(dòng)軸，如機(jī)床主軸例圖：如下階梯軸特點(diǎn)：加工復(fù)雜，應(yīng)力集中源較多；

容易實(shí)現(xiàn)軸上零件的裝配和定位。應(yīng)用：階梯軸常用作轉(zhuǎn)軸，如減速器中的軸。例圖：如下曲軸例圖如下應(yīng)用：主要用于各類發(fā)動(dòng)機(jī)中。鋼絲軟軸受力簡圖特點(diǎn)：可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳動(dòng)到任何位置。應(yīng)用：用于受連續(xù)振動(dòng)的場合，有緩沖吸振的作用。轉(zhuǎn)軸特點(diǎn)：同時(shí)承受彎矩和扭矩。應(yīng)用：轉(zhuǎn)軸應(yīng)用最為廣泛，如減速器中的軸。例圖如下受力簡圖轉(zhuǎn)動(dòng)心軸特點(diǎn)：軸只受彎矩，不受扭矩，

轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸受變應(yīng)力。應(yīng)用：機(jī)車輪軸。例圖：如右圖示受力簡圖：如下固定心軸特點(diǎn)：軸只受彎矩，不受扭矩，

不轉(zhuǎn)的心軸受靜應(yīng)力。應(yīng)用：自行車前輪軸。例圖：如右圖示受力簡圖傳動(dòng)軸例圖受力簡圖特點(diǎn)：軸只受扭矩，不受彎矩或彎矩很小。應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于車輛前后橋間的傳動(dòng)中。軸

第三節(jié)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)①軸傳遞的功率P、轉(zhuǎn)速n（轉(zhuǎn)矩T）②傳動(dòng)件尺寸③裝配簡圖

已知：求：①軸的合理外形②軸全部尺寸一、初算最小軸徑dmin處一般沒有彎矩M，或者彎矩M很小，

根據(jù)已知扭矩T估算先結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，后強(qiáng)度校核估算最小軸徑支點(diǎn)未知未知估算軸徑★單鍵槽：dmin增大3％★雙鍵槽：dmin增大7％系數(shù)C：查P112表5-3

無彎矩M：取小值

有彎矩M：取大值

（帶輪>鏈輪>聯(lián)軸器）

（減小[τ]，即增大C，考慮彎矩影響）

系數(shù)C：查P112表5-3

無彎矩M：取小值

有彎矩M：取大值

（帶輪>鏈輪>聯(lián)軸器）

（減小[τ]，即增大C，考慮彎矩影響）

★單鍵槽：dmin增大3％★雙鍵槽：dmin增大7％二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素1.

結(jié)構(gòu)組成

——軸頭、軸頸、軸身軸身軸身軸身軸頭軸頸軸頭軸頸2.

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸上零件定位①

軸向定位方法——保證準(zhǔn)確工作位置

a.

軸肩（軸環(huán)）

b.擋圈（彈性擋圈、螺釘鎖緊擋圈、軸端擋圈）

c.

圓螺母

d.套筒

e.圓錐形軸頭②

周向定位方法——傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩a.

鍵連接、b.花鍵聯(lián)接、c.成形聯(lián)接d.彈性環(huán)聯(lián)接、e.銷聯(lián)接、f.過盈聯(lián)接2)減小應(yīng)力集中軸上或輪轂上開減載槽內(nèi)圓角、凹切圓角、肩環(huán)或柔性輪轂避免在軸上打印、鍵槽圓角過小等盤銑刀開鍵槽軸上橫孔孔端倒角3)改善受力狀態(tài)

使軸只受彎矩，不受轉(zhuǎn)矩

零件在軸上的布置

軸上零件結(jié)構(gòu)的合理性

軸的支點(diǎn)

力平衡或局部相互抵消Theend!

a.

軸肩（軸環(huán)）結(jié)構(gòu)簡單、可靠、可傳遞較大的軸向力，應(yīng)用廣泛；軸的毛坯直徑較大；且軸肩（軸環(huán)）處有較大的應(yīng)力集中。

b.

擋圈※不能承受大的軸向力

※彈性擋圈工藝性好、軸強(qiáng)度削弱大軸端擋圈定位裝拆方便、用于固定軸端零件鎖緊擋圈結(jié)構(gòu)簡單、用于光軸上零件的定位彈性擋圈軸端擋圈鎖緊擋圈定位處結(jié)構(gòu)軸用彈性擋圈AA

c.

圓螺母定位可靠、可傳遞較大的軸向力；對軸的疲勞強(qiáng)度削弱大；常用于軸端。雙圓螺母圓螺母與止動(dòng)墊片圓螺母止動(dòng)墊片

d.

套筒定位可靠、可傳遞較大的軸向力；多用于距離不大的兩零件定位；套筒所固定輪轂寬度應(yīng)略大于相應(yīng)的軸頭長度。套筒

e.

圓錐形軸頭能承受沖擊載荷；常用于同心度要求高的軸端零件。

a.

鍵聯(lián)接普通平鍵用于靜聯(lián)接，對中性好，應(yīng)用廣泛；導(dǎo)向平鍵用于一般要求的導(dǎo)向。導(dǎo)向平鍵普通平鍵

b.

花鍵聯(lián)接承載能力高、定心性好、導(dǎo)向性好；適用于靜聯(lián)接和動(dòng)聯(lián)接。矩形花鍵聯(lián)接漸開線花鍵聯(lián)接

c.

成形聯(lián)接等距曲線成形聯(lián)接，對中性好、無應(yīng)力集中；適用于靜聯(lián)接。型面聯(lián)接

d.

彈性環(huán)聯(lián)接承載能力大，對中性好、聯(lián)接處徑向尺寸大；適用于靜聯(lián)接。

e.

銷聯(lián)接適用于不重要、轉(zhuǎn)矩不大、同時(shí)需軸向定位的軸?；Q性好、拆裝方便，受力不均，對軸削弱大。

f.

過盈聯(lián)接結(jié)構(gòu)簡單、對中性好、互換性好、受力均勻、承載能力高、軸強(qiáng)度不削弱，同時(shí)定位軸向和周向，裝拆不便；適用于較大振動(dòng)沖擊載荷的場合減小應(yīng)力集中——過盈配合開減載槽

過盈配合的軸可在軸上或輪轂上開減載槽。軸上減載槽轂上減載槽減小應(yīng)力集中——采用較大過渡圓角柔性輪轂應(yīng)用肩環(huán)增大圓角凹切圓角盡量避免形狀的突然變化，易采用較大的過渡圓角。若圓角半徑受限，可采用內(nèi)圓角、凹切圓角、肩環(huán)等以保證圓角半徑的尺寸。減小應(yīng)力集中——用盤銑刀銑鍵槽端銑刀盤銑刀從減小應(yīng)力集中的角度考慮：軸上平鍵鍵槽用盤銑刀加工比用端銑刀加工應(yīng)力集中小。減小應(yīng)力集中——避免軸上開橫孔

軸上應(yīng)盡量避免開橫孔，若無法避免，采取措施如下：將孔端倒角；用滾珠輾壓棱邊；盡量提高孔的表面粗糙度等級。改善受力狀態(tài)——軸只受彎矩不受扭矩

在下圖所示的兩種結(jié)構(gòu)中，B方案（雙聯(lián)）由于A方案（分裝）。A方案中，軸I既受彎矩又受扭矩；B方案中，軸I只受彎矩。(A)(A)(B)(B)結(jié)構(gòu)一結(jié)構(gòu)二改善受力狀態(tài)——零件在軸上的布置合理布置軸上零件，可減小軸所受的轉(zhuǎn)矩，如圖B，將輸入齒輪放在輸出齒輪之間，軸所受的最大轉(zhuǎn)矩由（T1+T2）降為T1。(A)(B)改善受力狀態(tài)——軸上零件結(jié)構(gòu)的合理性(A)(B)對于很長的輪轂（圖A），軸的彎曲應(yīng)力較大，若將輪轂分成兩段（圖B），不僅可減小軸的彎矩，且能得到良好的軸孔配合。改善受力狀態(tài)——軸的支點(diǎn)

在錐齒輪和斜齒輪軸系中，軸承的正、反安裝下支點(diǎn)位置有所不同，下圖的布置中，A方案優(yōu)于B方案。A方案中，最大彎矩小、軸的剛度好。(A)(A)(B)(B)改善受力狀態(tài)——力平衡和局部相抵消

兩斜齒輪旋向相同三行星輪均勻布置同一軸上的兩個(gè)主動(dòng)、從動(dòng)斜齒輪若旋向相同，則軸向力可互相抵消一部分。行星齒輪減速器中，由于行星輪均勻布置，可以使太陽輪只受轉(zhuǎn)矩，不受彎矩。軸

第四節(jié)軸的強(qiáng)度計(jì)算

一、許用切應(yīng)力法（傳動(dòng)軸）1.扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件2.設(shè)計(jì)公式

二、許用彎曲應(yīng)力法（一般用途軸）1.繪制彎矩扭矩（MT）圖，確定危險(xiǎn)截面。

畫出空間受力簡圖軸上支反力分解為水平和鉛垂兩個(gè)方向二、許用彎曲應(yīng)力法（一般用途軸）水平面受力及彎矩圖

繪制受力圖求出支反力計(jì)算彎矩MH繪制彎矩圖一、許用彎曲應(yīng)力法（一般用途軸）鉛垂面受力及彎矩圖

繪制受力圖求出支反力計(jì)算彎矩MV繪制彎矩圖二、許用彎曲應(yīng)力法（一般用途軸）水平鉛垂彎矩合成圖

計(jì)算合成彎矩繪制合成彎矩圖一、許用彎曲應(yīng)力法（一般用途軸）扭矩圖

繪制受力圖求出支反力計(jì)算彎矩繪制彎矩圖2.強(qiáng)度校核

1)當(dāng)量應(yīng)力

軸一般是彎矩和扭矩聯(lián)合作用，

根據(jù)第3強(qiáng)度理論(τmax理論)進(jìn)行計(jì)算。

2.強(qiáng)度校核

2)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致應(yīng)力變化

一般轉(zhuǎn)軸彎曲應(yīng)力σb的變化規(guī)律σbt2.強(qiáng)度校核

2)扭剪應(yīng)力一般轉(zhuǎn)軸扭剪應(yīng)力的變化規(guī)律：a）理想情況，不變，靜載荷b）一般轉(zhuǎn)軸，變化，脈動(dòng)循環(huán)c）正反轉(zhuǎn)軸，變化，對稱循環(huán)a

≈0.6a

≈0.3τττττττττατατατa

≈1

強(qiáng)度條件扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力靜應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力a≈0.3a≈0.6a

=1

強(qiáng)度條件：三、安全系數(shù)法(重要軸：考慮應(yīng)力集中)1.疲勞強(qiáng)度校核

三、安全系數(shù)法(重要軸：考慮應(yīng)力集中)1）[S]許用安全系數(shù)—P117

材質(zhì)均勻、載荷與應(yīng)力計(jì)算精確時(shí)

[S]≥1.3～1.5

材質(zhì)不夠均勻、載荷與應(yīng)力計(jì)算不夠精確時(shí)

[S]≥1.5～1.8

材質(zhì)均勻性很低、載荷與應(yīng)力計(jì)算精度很低時(shí)

[S]≥1.8～2.5三、安全系數(shù)法(重要軸：考慮應(yīng)力集中)2）S綜合安全系數(shù)