机械设计基础课件 模块8 轴类零件分析与设计.pptxVIP

模块8轴类零件分析与设计单元8.1轴的结构分析单元8.2轴的承载能力分析

模块8轴类零件分析与设计【学习目标】学习的类型、轴的材料、轴的结构，学习轴的结构设计过程。完成不同情况下针对不同类型轴以及材料应用的选用；学习轴在不同载荷情况下强度及刚度问题；完成轴结构分析设计问题。【知识要点】（1）轴的类型、轴的材料、轴的结构及各部分名称、轴的结构设计过程（包括轴上零件的装配方案、各轴段直径和长度的确定、轴上零件的定位和固定、轴的结构工艺性分析等）；（2）轴的强度与刚度设计、复杂变形下的强度设计。

单元8.1轴的结构分析8.1.1轴的类型与材料概述轴是机器中的主要支承零件之一。一切作回转运动的传动零件（如齿轮、蜗轮、带轮、链轮、联轴器等），都必须安装在轴上才能传递运动和动力，因此，轴的主要功用是支承旋转零件、传递运动和动力。轴工作状况的好坏直接影响到整台机器的性能和质量。轴按其轴线形状分为直轴和曲轴两大类。曲轴(如下图所示)只用于内燃机中，属于专用机械零件。曲轴通过连杆机构可以将旋转运动转变为往复直线运动，或作相反的运动转换。1.轴的类型

单元8.1轴的结构分析直轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。转轴工作中既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。转轴在各类机器中最常见，如齿轮减速器中的轴(如下图所示)。转轴

单元8.1轴的结构分析心轴只受弯矩的轴称为心轴。按照轴是否发生转动，可分为转动心轴和固定心轴。前者如铁路机车的轮轴、自行车的前轮轴(如下图所示)；

单元8.1轴的结构分析传动轴只承受转矩或主要承受转矩(即受到的弯矩很小)的轴称传动轴(如下图所示)。

单元8.1轴的结构分析根据轴的外形，直轴又可分为阶梯轴（图8-4）和光轴（图8-3），前者便于轴上零件的装配，故应用很广，而后者很少应用，主要用作传动轴。图8-3光轴图8-4阶梯轴此外还有一种能把回转运动灵活地传到任何位置的钢丝软轴（图8-5），它具有良好的挠性，亦称为钢丝挠性轴。图8-5钢丝软轴

单元8.1轴的结构分析2.轴的材料选择轴的材料，应考虑下列因素：（1）轴的强度、刚度及耐磨性要求；（2）热处理方法；（3）材料来源；（4）材料加工工艺性；（5）材料价格等。轴的材料主要是碳钢和合金钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，故采用碳钢制造轴较为广泛，其中最常用的是45号钢。对于受力不大或不重要的轴，可用Q235、Q275等普通碳素钢。合金钢的力学性能和淬火性能比碳素钢要好，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性能要求较高的场合，以及高温或低温的场合。高强度铸铁和球墨铸铁容易作成复杂的形状，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，可用于制造外形复杂的轴。

单元8.1轴的结构分析8.1.2轴的结构设计对于机器中的一般转轴，主要应满足强度和结构的要求；对于刚度要求高的轴（如机床主轴），主要应满足刚度的要求；对于一些高速机械的轴（如高速磨床主轴），要考虑满足振动稳定性的要求。在转轴设计中，其特点是不能首先通过精确计算确定轴的截面尺寸。因为转轴工作时，既承受弯矩的作用，也承受转矩的作用，而弯矩又与轴上载荷的大小及轴上零件相互位置有关，所以当轴的结构尺寸未确定前，无法求出轴所受的弯矩。因此转轴设计时，开始只能按扭转强度或经验公式估算轴的直径然后进行轴的结构设计，最后进行轴的强度验算。轴的设计步骤可归纳为如图所示的转轴设计程序框图，其他类型轴的设计步骤与此类似，其中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。

单元8.1轴的结构分析1.轴的结构及各部分名称图8-6所示为阶梯轴的常见结构，轴通常由轴头、轴颈、轴肩、轴环、轴身等部分组成。轴与传动零件配合的轴段称为轴头；与轴承配合的轴段称为轴颈；联接轴头和轴颈的轴段称为轴身；直径大用于定位的短轴段称为轴环；截面尺寸变化的台阶处称为轴肩。此外，还有轴肩的过渡圆角；轴端的倒角；与键联接处的键槽等结构。图8-6轴的结构及各部分名称

单元8.1轴的结构分析2.轴的结构设计过程（1）拟定轴上零件的装配方案图8-7（a）布置方案的装配方法是：齿轮、套筒、左端轴承、轴承盖、半联轴器依次从轴的左端安装，右端只装轴承及其端盖；而图8-7（b）布置方案的装配方法是：左端套筒、轴承、轴承盖、半联轴器依次从轴的左端安装，而齿轮、右端套筒、轴承、端盖依次从轴的右端安装。图8-7输出轴的两种布置方案（a）(b)图8-7（b）较图8-7（a）多了一个用于轴向定位的长套筒，使机器的零件增多，质量增大，所以图8-7（a）中的方案较为合