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第十五章 轴 轴的概述2 轴的概述3 §12-2轴的结构设计1 轴的结构设计2 轴的结构设计3 轴的设计实例 §12-3轴的强度计算1 轴的强度计算2 轴的强度计算4 §12-4轴的刚度计算1 轴的刚度计算2 §12-5 轴的振动及临界转速 学习要求： 1、理解转轴、心轴和传动轴的载荷特点； 2、掌握轴的结构设计： 轴上零件的轴向和周向定位方法和特点； 掌握结构设计中应注意的问题及提高轴的承载能力的措施； 3、掌握轴的三种强度计算方法及适应场合； 4、掌握轴的刚度计算方法； 5、了解轴的振动稳定性校核方法； 一、轴的用途及分类 §15-1 概 述 轴的功用： 按所受载荷的不同，分为： ◆ 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。 转动心轴 固定心轴 1）支承回转件； 2）传递运动和动力。 按轴线形状的不同，轴可分： 可以随意弯曲，把回转运动灵活地传到任意空间位置。 曲轴 直轴 钢丝软轴： 光轴 阶梯轴 实心轴 空心轴: 有特殊要求时，如航空发动机的主轴。 　合金钢比碳钢有更高的强度和更好的淬火性能。一般情况下用碳钢，重要的轴用合金钢。 轴的概述 二、轴的材料 毛坯多用圆钢或锻件。 轴的常用材料及其主要力学特性表 合金钢代替碳钢并不能提高轴的刚度。 碳钢 合金钢 钢 球墨铸铁： 用于外形复杂的轴。价廉、吸振性和耐磨性好，对应力集中的敏感性较低，但是质较脆。 正火 调质 淬火等 常用热处理 （见表15－1） 三、轴设计的主要内容 轴的设计过程： 根据轴上零件的安装、固定及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构和尺寸 校核轴的强度、刚度和振动稳定性等 结构设计： 承载能力计算： 轴的设计包括： 选材料 验算合格? 结 束 yes no 轴的承载能力计算 估算轴的直径 轴的结构设计 轴的概述 轴的结构设计：即确定轴的合理形状和全部结构尺寸。 §15-2 轴的结构设计 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； ◆ 便于轴上零件的装拆和调整； ◆ 轴应具有良好的制造工艺性等。 一、轴的各部名称及其功能 轴上安装轮毂的轴段。 轴上安装轴承的轴段。 1）轴头： 2）轴颈： 3）轴肩： 定位轴肩： 非定位轴肩： 用于确定轴上零件位置的轴肩。 为便于安装零件而设计的轴肩。 二、拟定轴上零件的装配方案 装配方案：预定出轴上零件的装配方向、顺序和相互关系 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。 三、轴上零件的固定 轴向固定方法： 轴肩 套筒 轴端挡圈 圆螺母 弹性挡圈等 周向固定方法： 键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。 轴的结构设计 轴的结构设计 1） 轴头的长度应比轮毂的宽度小2～3mm ，以保证固定可靠。 2） 轴颈的长度一般等于轴承的宽度。 2. 长度的确定原则 5）为便于零件的装拆而设计的非定位轴肩高度（半径差）h ≈ 1～2mm。 2）与标准件配合的轴径应根据标准件的尺寸设计。 1）由T估算的轴的最小直径；按装配和定位方式确定各段直径 四、各轴段直径和长度的确定 4） 滚动轴承的定位轴肩，应小于轴承内圈的厚度。 1. 直径的确定原则 3） 定位轴肩的高度（半径差） h≈（0.07 ～ 0.1）d＋1～2mm 。 五、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 ◆ 改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 六、轴的结构工艺性 1、在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单越好。 2、轴上应设计加工和装配所需要的倒角、螺纹退刀槽和砂轮越程槽等。 3、不同轴段的键槽应设计在同一母线上，以减少装夹次数。 4、装配段不宜过长。 轴的结构分析 轴的结构分析 一、轴的结构分析 　　轴的结构应满足：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。下面通过一 具体轴系结构的改错加以说明。 二、装配顺序演示 　　轴上装有多种零件时，各零件有其正确的装配顺序，下面通过一 具体实例来说明装配顺序。 轴系结构的改错 §15-3 轴的强度计算 结构设计结束之后，对轴进行适当简化，并进行受力分析，计算出轴所受的载荷，即可对轴进行校核计算。 轴的校核计算内容：满足强度、刚度和振动稳定性要求。 一、轴的强度校核计算 传动轴：仅受扭矩T作用，按扭转强度条件计算； 心轴：仅受弯矩M作用，按弯曲强度条件计算； 转轴：受扭矩T+弯矩M作用，按弯扭组合强度条件计算； 重要件：弯扭组合强度计算+疲劳强度计算； 瞬时过载较大或应力循环不对称严重：按静强度计算。