机械的设计基础第12章 轴第12章 轴.pptVIP

§12-1 轴概述 一、轴的作用 功用——支承传动零件并传递运动和动力 二、轴的类型 1. 按受载情况分类: 转轴：弯矩和转矩 如减速器中的各轴 心轴：只受弯矩 传动轴：只受转矩，如搅拌轴 固定：自行车前轴 转动：机车车轮轴 §12-1 轴概述 2. 按结构形状分类: 实心轴（一般齿轮轴） 空心轴（车床的主轴） 挠性钢丝轴 直轴 光轴 阶梯轴 曲轴 工程中最常见的是同时承受弯矩和转矩作用的阶梯轴。 §12-1 轴概述 三、轴设计的要求和步骤 1．轴的设计要求 (1) 结构设计要求 轴应具有合理的结构形状和尺寸。 (2) 工作能力要求 轴应具有足够的疲劳强度，对于某些特殊用途的轴，还应有刚度、振动稳定性等方面的要求。 2．轴的设计步骤 结构设计与工作能力验算往往是交叉进行的，也是最重要的两步。 §12-1 轴概述 §12-2 轴的材料 一、失效形式：疲劳破坏 二、轴的材料要求： 具有较好的强度、韧性，与轴上零件有相对滑动的部位还应具有较好的耐磨性。此外，还必须考虑应力集中的影响。 三、轴的常用材料： （1）碳素钢 广泛采用35、45、50等优质碳素钢，价格低廉，对应力集中敏感性较小，可以通过调质或正火处理以保证其机械性能，通过表面淬火或低温回火以保证其耐磨性。 对于轻载和不重要的轴:采用Q235、Q275等普通碳素钢。 （2）合金钢 常用于高温、高速、重载以及结构要求紧凑的轴。合金钢有较高的力学性能，但价格较贵，对应力集中较敏感，所以在结构设计时必须尽量减少应力集中。 （3）球墨铸铁 耐磨、价格低，但可靠性较差，一般用于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等。 §12-2 轴的材料 §12-3 轴的结构设计 一、轴的结构及各部分名称 §12-3 轴的结构设计 一、轴的结构及各部分名称 轴头：与联轴器和齿轮等传动零件配合的轴段 轴颈：与轴承配合的轴段 轴身：联接轴头和轴颈的轴段 轴环：直径最大用于定位的轴段 轴肩：截面尺寸变化处 还有轴肩的过渡圆角；轴端的倒角；与键连接处的键槽等结构。 §12-3 轴的结构设计 二、轴的结构设计重点要解决的问题 1．轴上零件的轴向定位、固定和周向固定 轴向定位主要靠轴肩和轴环来完成。 §12-3 轴的结构设计 为了保证轴上零件靠紧定位面，轴肩处的圆角半径r 必须小于零件内孔的圆角半径R或倒角C；轴肩高度一般取h=(0.07～0.1)d，轴环宽度b=1.4h §12-3 轴的结构设计 轴上零件的轴向固定就是不许轴上零件沿轴向窜动，必须双向固定。 轴向固定措施： 轴的一端可采用轴端挡圈；套筒过长可采用圆螺母； 受载较小时可采用弹性挡圈、紧定螺钉和销钉等固定。 轴上零件的周向固定就是保证轴上的传动零件要与轴一起转动。 常用的固定方式有键连接和过盈配合。转矩较大时可采用花键连接，转矩较小时，可采用紧定螺钉、销钉等措施。 §12-3 轴的结构设计 2．制造工艺和装配工艺要求 制造工艺要求是指轴的结构应尽可能简单便于加工、节约加工成本。 轴端倒角的尺寸应一致 轴肩的圆角半径应相同 键槽宽应统一，并在同一条加工直线上 设砂轮越程槽 设螺纹退刀槽 §12-3 轴的结构设计 §12-3 轴的结构设计 装配工艺要求是指轴上零件应便于安装和拆卸 一般将轴制成中间粗两端细的阶梯形 轴端应倒角 轴端的键槽应尽量靠近轴端 与滚动轴承配合的轴肩高度和套筒高度应小于轴承内圈的厚度 与传动零件过盈配合的轴段应制有10°左右的导向锥面 要尽量减少装配长度 3. 标准尺寸要求 与标准零件（如滚动轴承、联轴器、圆螺母）配合处的轴段尺寸必需符合标准零件的尺寸系列。 4. 提高轴的疲劳强度 加大轴肩处的过渡圆角半径和减小轴肩高度，就可以减少应力集中，从而提高轴的疲劳强度。 §12-3 轴的结构设计 §12-4 轴的工作能力计算 一、按抗扭强度计算 对于传动轴，其抗扭强度条件为 若计算截面有键槽，应将直径加大5％（单键）或10％（双键），以补偿键槽对轴强度削弱的影响。 设计公式： §12-4 轴的工作能力计算 二、 按抗弯扭合成强度计算 对于一般钢制的转轴，抗弯扭合成强度条件为 式中 σ——轴计算截面的当量应力， MPa Me——轴计算截面的当量弯矩， N·mm M——合成弯矩， M= MH指水平平面弯矩， MV指竖直平面弯矩 W——轴计算截面的抗弯截面系数， mm3 α——根据转矩性质而定的应力校正系数 稳定的转矩取α =0.3 脉动循环变化的转矩取α =0.6 对称循环变化的转矩取α =1 [