1、第十一章 軸,本章概述,軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運動和動力。 機器上所安裝的旋轉(zhuǎn)零件，例如帶輪、齒輪、聯(lián)軸器和離合器等都必須用軸來支承，才能正常工作，因此軸是機械中不可缺少的重要零件。 軸的設(shè)計主要包括選擇材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度計算及剛度計算等方面的內(nèi)容。,11.1 軸的功用、類型及材料 11.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 11.3 軸的強度校核,第十一章 軸,11.1 軸的功用、類型及材料, 11.1 軸的功用、類型及材料,按照承受載荷的不同，軸可分為：,除了剛性軸外，還有鋼絲軟軸，可以把回轉(zhuǎn)運動靈活地傳到不開敞地空間位置。,轉(zhuǎn)軸同時承受彎矩和扭矩的軸，如減速器的軸。,心軸只承受彎矩不承受扭矩的軸

2、，主要用于支承回轉(zhuǎn)零件。 如機車車輛軸和滑輪軸,傳動軸只承受扭矩不承受彎矩或承受很小的彎矩的軸,主要用 于傳遞轉(zhuǎn)矩。如汽車的傳動軸,直軸根據(jù)外形的不同，可分為光軸和階梯軸。,按照軸線形狀的不同，軸可分為曲軸和直軸兩大類。,軸一般是實心軸，有特殊要求時也可制成空心軸，如航空發(fā)動機的 主軸。,一、軸的功用與分類（視頻）,11.1 軸的功用、類型及材料,二、軸的材料,合金鋼比碳鋼有更高的強度和更好的淬火 性能。一般情況下用碳鋼，重要的軸用合金鋼。,軸的常用材料及其主要力學(xué)特性表,合金鋼代替碳鋼并不能提高軸的剛度。,碳鋼常用的碳鋼有35、45等優(yōu)質(zhì)中碳鋼，進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì) 處理。輕載或不重要的軸，也可用

3、Q235、Q255等。,合金鋼常用的材料有40Cr、20Cr、20CrMnTi等，經(jīng)調(diào)質(zhì)、表面淬 火、滲碳淬火。通常用于重載、高速的重要軸或有特殊要求的 軸，如耐高溫、低溫，耐腐蝕、磨損，要求尺寸小、強度高等。,鋼,球墨鑄鐵：用于外形復(fù)雜的軸。價廉、吸振性和耐磨性好， 對應(yīng)力集中的敏感性較低，但是質(zhì)較脆。,11.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計, 11.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：即確定軸的合理形狀和全部結(jié)構(gòu)尺寸。,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該保證：,一、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則, 軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；,視頻錄像, 便于軸上零件的裝拆和調(diào)整；, 軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等；, 盡量減小應(yīng)力集中；, 軸受力合

4、理，有利于節(jié)約材料，減少軸的重量。,11.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計,1.軸的各部名稱及其功能,軸頭：軸上安裝輪轂的軸段。,軸頸：軸上安裝軸承的軸段。,二、軸上零件的定位及固定,11.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計,2.擬定軸上零件的裝配方案,軸上零件的裝配方案不同，則軸的結(jié)構(gòu)形狀也不相同。,3.軸上零件的固定 （圖例）,周向固定方法：鍵、花鍵、銷、緊定螺釘以及過盈配合等。,11.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計,e）為便于零件的裝拆而設(shè)計的非定位軸肩高度（半徑差）h 12mm。,b）與標(biāo)準(zhǔn)件配合的軸徑應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸設(shè)計。,a）估算的軸徑作為軸上最細(xì)處的直徑。,4.各軸段直徑和長度的確定,d） 滾動軸承的定位軸肩，應(yīng)小于軸承內(nèi)圈

5、的厚度。,直徑的確定原則,c） 定位軸肩的高度（半徑差） h（0.07 0.1）d12mm 。,長度的確定原則,a）軸頭的長度應(yīng)比輪轂的寬度小23mm，以保證固定可靠。 b）軸頸的長度一般等于軸承的寬度。,11.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計,5.提高軸的強度的常用措施, 合理布置軸上零件以減小軸的載荷 改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)以減小軸的載荷 改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中 改善軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強度,三、軸的結(jié)構(gòu)工藝性 （flash說明）,軸端應(yīng)有倒角45，軸上圓角半徑r 應(yīng)小于零件孔的倒角； 階梯軸應(yīng)制成兩端小、中間大。在保證定位下，階梯盡可能少； 若不同軸段均有鍵槽時，應(yīng)布置在同一母線上，便于裝夾和銑削

6、； 螺紋軸段要有退刀槽，磨削段要有越程槽，并均應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范； 軸上的鍵槽、圓角、倒角、退刀槽、越程槽等，應(yīng)盡可能分別采用 同一尺寸以便加工和檢驗； 一般軸頭（軸和旋轉(zhuǎn)零件的配合部分）長度應(yīng)稍短于裝在上面的與 之配合的輪轂軸向長度。,11.3 軸的強度校核, 11.3 軸的強度校核,一、按轉(zhuǎn)矩估算軸徑,這種方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的軸的強度計算。在 作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常用這種方法初步估算軸徑。,實心軸的直徑為：,軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為,為了減少鍵槽對軸的削弱，可按以下方式修正軸徑,11.3 軸的強度校核,二、按彎扭組合校核強度（flash說明）,危險截面需要強度校核,建立力學(xué)模型,

7、具體計算步驟見下頁,完成軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計后，作用在軸上外載荷（轉(zhuǎn)矩和彎矩）的大小、方向、作用點、載荷種類及支點反力等就已確定可按彎扭合成的理論進(jìn)行軸危險截面的強度校核。,進(jìn)行強度計算時通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，作用于軸上零件的力作為集中力，其作用點取為零件輪轂寬度的中點。支點反力的作用點一般可近似地取在軸承寬度的中點上。,11.3 軸的強度校核,計算步驟,（1）畫出軸的空間力系圖。將軸上作用力分解為水平面分力和垂直面 分力，并求出水平面和垂直面的支點反力；,（2）分別作出水平面的彎矩圖和垂直面上的彎矩圖；,（3）計算出合成彎矩 繪出合成彎矩圖；,（4）作出轉(zhuǎn)矩（T）圖；,（5）計算當(dāng)量彎矩 ，繪出當(dāng)量彎矩圖；,（6）校核危險截面的強度。,11.3 軸的強度校核,軸的彎矩與扭矩分析,11.3 軸的強度校核,11.3 軸的強度校核,11.3 軸的強度校核,11.3 軸的強度校核,11.3 軸的強度校核,11.3 軸的強度校核,11.3 軸的強度校核,11.3 軸的強度校核,11.