机械基础（少学时第3版） 课件 第14、15单元 轴、轴承 .pptx

;;?轴的结构设计;;;;;;;14.1.2轴的材料选择

轴的材料应满足强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性等方面的要求，并且对应力集中的敏感性低。另外，选择轴的材料时还应该考虑易于加工和经济性的因素。轴的材料主要是碳素结构钢和合金结构钢。

1.一般而言，碳素结构钢对应力集中的敏感性较低且价格相对低廉，经热处理后可改善其

综合力学性能，因此应用广泛。

1）常用的优质碳素结构钢有35、40、45和50钢等，尤以45钢应用最多。碳素结构钢一般应经过调质或正火处理，以改善其力学性能。

2）受载较小或不重要的轴，可用Q235、Q275等普通碳素结构钢。;2.合金结构钢

具有较高的力学性能和良好的热处理性能，但对应力集中比较敏感，价格较

贵，因此在承受重载荷或较重载荷时，轴的尺寸和重量受到一定的限制。要求轴颈具有较

高耐磨性以及在高温、低温条件下工作的轴，宜采用合金钢制造。由于在常温下，碳素结

构钢和合金钢的弹性模量相差不多，故不能选用合金钢来提高轴的强度和刚度。

3.球墨铸铁

球墨铸铁吸振性好，对应力集中不敏感且价格低廉，故适用于制造形状复杂的轴，

如凸轮轴、曲轴等。;轴的毛坯一般采用轧制圆钢和锻件，轴的常用材料及其力学性能见表14-1。;轴的毛坯一般采用轧制圆钢和锻件，轴的常用材料及其力学性能见表14-1。;14.1.3轴的失效形式和计算准则

轴工作时主要承受弯矩和扭矩，且多为交变应力作用，其主要失效形式为疲劳破

坏。轴的设计一般要解决两方面问题：

（1）具有足够的工作能力：轴应具有足够的强度、刚度和振动稳定性，以保证轴

能正常工作。对于转速不高的轴，只要保证强度和刚度要求就能满足工作需要。

（2）具有合理的结构形状：根据装配和加工等的具体要求，在进行轴的设计中，

合理定出其各部分的结构和形状尺寸，使轴上零件能可靠地固定和便于装拆。;14.2.1轴的结构组成

1.轴头：与传动零件轮毂（主要为带轮、齿轮和联轴器等）相配合的轴段称为轴头。

其直径应与轮毂直径相一致，并满足GB/T2822—2005。

2.轴颈：与轴承???合部分，其直径应符合轴

承内径标准。

3.轴身：联接轴头与轴颈的非配合部分。;14.2.2轴结构设计的基本要求

由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴

没有标准的结构形式。设计时，必须针对不同情况进行具体分析。轴结构设计的基本要

求是：

（1）固定要求：轴和轴上零件要有准确的工作位置。

（2）工艺要求：轴应便于加工，轴上零件要易于装拆。

（3）疲劳强度要求：量减少应力集中。

（4）尺寸要求：轴各部分的直径和长度的尺寸要合理。;14.2.3轴径的初步确定

在开始设计轴时，通常轴上零件的位置和跨距均未确定，所以无法按弯扭组合强度条

件来计算轴的直径。一般先根据工作要求选择轴的材料，用类比法或按扭转强度初步确定

轴的直径（最小直径）后，再进行轴的结构设计。

1.类比法

类比法是参考同类型的机器设备，比较轴传递的功率、转速及工作条件等，来初步

确定轴的结构和尺寸。例如，在一般减速器中，与电动机相连的高速端输入轴的基本直径

d=(0.8～1.2)d1，式中d为电动机轴端直径。而各级低速轴直径可按同级齿轮中心距a

估算，一般取d2=(0.3～0.4)a。配有联轴器的轴，以联轴器直径为最小直径。;2.按扭转强度计算

对于圆截面传动轴，由第4单元式（4-18）的圆轴扭转强度计算公式可得：

式中，τ、[τ]分别为轴的扭转切应力和许用扭转切应力（MPa）；

T为轴危险截面上的扭矩（N·mm）；

P为轴传递的功率（kW）；

WP为轴的抗扭截面系数（mm3），WP=0.2d3；

n为轴的转速（r/min）；

d为轴的直径（mm）。;3.对于转轴，也可用上式初步估算轴的直径，但为了补偿弯矩对轴的强度影响，

必须把轴的许用扭转切应力[τ]适当降低。由上式可写出轴的直径计算公式为