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第十五章 轴 轴的概述1 轴的概述2 轴的概述3 轴的结构设计1 轴的结构设计2 轴的结构设计3 轴的计算1 轴的计算2 轴的计算3 轴的计算4 轴的计算5 轴的计算6 轴的设计实例 曲轴 §15-1 轴的概述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的计算 §15-4 轴的设计实例 一、轴的用途及分类 轴的概述 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： 除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到不开敞地空 间位置。 ◆ 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。 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。 图例 二、轴设计的主要内容 轴的设计包括结构设计和工作能力验算两方面的内容。 　（1）根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地 确定轴的结构形式和尺寸。 （2）轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。 轴的概述 根据总体结构的要求进行轴的结构设计 轴的承载能力验算 验算合格? 结 束 yes no 轴的设计过程是： 　　碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性比较低，适用于一般要求的轴。 　　合金钢比碳钢有更高的力学性能和更好的淬火性能，在传递大功率并要求 减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高温、低温和腐蚀条件下的轴常 采用合金钢。 　　在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差 不多，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。 轴的概述 三、轴的材料 　　轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件，各种热处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。 轴的常用材料及其主要力学特性表 　　高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴，且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，但是质较脆。 轴的结构设计应该确定：轴的合理外形和全部结构尺寸。 轴的结构设计 一、拟定轴上零件的装配方案 二、轴上零件的定位 轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈和圆螺母等来保证的。 　　轴上零件的周向定位是通过键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合来实 现的。 轴的结构设计应该保证： ◆ 轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置； ◆ 轴上的零件应便于装拆和调整； ◆ 轴应具有良好的制造工艺性等。 　　轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定 几种装配方案，进行分析与选择。 详细介绍 轴的结构设计 三、各轴毂直径和长度的确定 ◆ 首先按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径dmin。 ◆ 有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。 ◆ 安装标准件的轴径，应满足装配尺寸要求。 ◆ 有配合要求的零件要便于装拆。 ◆ 应保证轴上零件能可靠的轴向固定。 四、提高轴的强度的常用措施 ◆ 合理布置轴上零件以减小轴的载荷 ◆ 改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 ◆ 改进轴的结构以减小应力集中的影响 ◆ 改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 详细说明 轴的结构设计 五、轴的结构工艺性 在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单，工艺性越好。 轴上应有满足加工和装配所要求的倒角、圆角、螺纹退刀槽和砂轮越程槽等。 轴的计算 一、轴的强度校核计算 1．扭转强度条件计算 　　这种方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计算。在 作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。 实心轴的直径为： 轴的扭转强度条件为 为了计及键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径 轴径增大7% 轴径增大3% 轴径d＞100mm 轴径增大10%～15% 轴径增大5%～7% 轴径d≤100mm 有两个键槽 有一个键槽 轴的计算 2． 按弯扭合成进行强度条件验算 一般的转轴强度用这种方法验算。计算步骤如下： ① 轴的弯矩与扭矩分析 a为考虑弯曲应力和扭转切应力循环特性不同时的折合系数。 ② 校核轴的强度　轴的弯扭合成强度条件为： 轴的计算 2．按弯扭合成进行强度条件验算 一般的转轴强度用这种方法验算。计算步骤如下： ① 轴的弯矩与扭矩分析 式中[σ-1]为对称循环变应力时轴的许用弯曲应力（可查表选取）； 详细内容 a =1 a ≈0.６ a ≈0.3 弯曲应力为对 称循环变应力 对称循环变应力 脉动循环变应力 静应力 扭转切应力 轴的计算 3．按疲劳强度条件进行校核