《机械设计》课程教学资源（PPT课件）第11章 轴

第十一章轴s 11-1 概 述S 11-2 轴的结构设计S11-3 轴的强度计算S 11-4 轴的刚度计算S 11-5 轴的振动与临界转速

§11-1 概 述 §11-2 轴的结构设计 §11-3 轴的强度计算 第十一章 轴 §11-4 轴的刚度计算 §11-5 轴的振动与临界转速

概述S11-1一、轴的用途及分类轴的功用：1）支承回转件；2）传递运动和动力。按所受载荷的不同，分为：转动心轴轴一只承受弯矩的轴，如火车车轮轴心固定心轴传动轴一只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。示例转轴一同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。按轴线形状的不同，轴可分：光轴实心轴直轴【空心轴：有特殊要求时，如航空发动机的主轴。阶梯轴曲轴可以随意弯曲，把回转运动灵活地传到任意空间位置。钢丝软轴：示例ROO

§11-1概述1 一、轴的用途及分类 §11-1 概 述 轴的功用：1）支承回转件；2）传递运动和动力。 按所受载荷的不同，分为： 按轴线形状的不同，轴可分： 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。 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。 转动心轴 固定心轴 示例 示例

轴的概述、轴设计的主要内容结构设计：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。轴的设计包括：承载能力计算：#校核轴的强度、刚度和振动稳定性等。轴的设计过程：选材料估算轴的直径轴的结构设计轴的承载能力计算no验算合格？yes结束DOO

概述3 二、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

轴的概述(见表11－1)三、轴的材料碳钢毛坏多用圆钢或锻件。钢合金钢用于外形复杂的轴。价廉、吸振性和耐磨性好，球墨铸铁：对应力集中的敏感性较低，但是质较脆。正火钢轴常用热处理调质淬火等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。合金钢代替碳钢并不能提高轴的刚度。ROO

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。 概述2 轴的概述 三、轴的材料 毛坯多用圆钢或锻件。 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 钢轴常用热处理 （见表11－1）

S 11-2轴的结构设计轴的结构设计：即确定轴的合理形状和全部结构尺寸。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；轴的结构示例轴应具有良好的制造工艺性等。轴的各部名称及其功能-1）轴头：轴上安装轮毂的轴段。2）轴颈：轴上安装轴承的轴段。用于确定轴上零件位置的轴肩。定位轴肩：）3）轴肩：非定位轴肩：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■轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。-QOO

§11-2轴的结构设计1 轴的结构设计：即确定轴的合理形状和全部结构尺寸。 §11-2 轴的结构设计 轴的结构设计应该保证： ◆ 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 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。 ◆轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置； 轴的结构示例

轴的结构设计三、轴的结构工艺性在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单越好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。不同轴段的键槽应设计在同一母线上n四、轴上零件的定位和固定定位是指安装时保证轴上零件有准确的轴向位置。定位方法：轴肩和套筒示例定位轴肩的高度h、轴肩圆角半径r和轮毂孔圆角半径R之间应满足：r<R（或倒角C)<h见图11-10RO

三、轴的结构工艺性 在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单越好。 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。 不同轴段的键槽应设计在同一母线上。 四、轴上零件的定位和固定 定位是指安装时保证轴上零件有准确的轴向位置。 定位方法：轴肩和套筒 示例 定位轴肩的高度h、轴肩圆角半径r 和轮毂孔圆角半径R 之间应满足： r ＜ R （或倒角C）＜h 见图11－10 轴的结构设计2 轴的结构设计

轴的结构设计轴上零件的固定轴肩套筒轴向固轴端挡圈定方法：圆螺母(见图11一11)弹性挡圈等f)5e周向固定方法：键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等五、各轴段直径和长度的确定1.直径的确定原则1）估算的轴径作为轴上最细处的直径。O

1）估算的轴径作为轴上最细处的直径。 轴的结构设计3 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。 五、各轴段直径和长度的确定 1. 直径的确定原则 轴的结构设计 （见图11－11）

轴的结构设计2)与标准件配合的轴径应根据标准件的尺寸设计。3)定位轴肩的高度（半径差）h~（0.07～0.1）d+1～2mm。40滚动轴承的定位轴肩，应小于轴承内圈的厚度。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.长度的确定原则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。六、三提高轴强度的常用措施改进轴的结构以减小应力集中（见图11-13）:2)改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度3)改进轴上零件的结构以减小轴的载荷（见图11-14）->">合理布置轴上零件以减小轴的载荷（见图11一15）40ROO

轴的结构设计 六、提高轴强度的常用措施 轴的结构设计4 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。 4） 滚动轴承的定位轴肩，应小于轴承内圈的厚度。 3） 定位轴肩的高度（半径差）h≈（0.07 ～ 0.1）d＋1～2mm。 （见图11－13） （见图11－14） （见图11－15） 1）改进轴的结构以减小应力集中 2）改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 3）改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 4）合理布置轴上零件以减小轴的载荷

S 11-3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。一、轴的力学计算简图简化时需做下列工作：1）将轴简化为一简支梁。2）确定轴上支反力的位置。（见图11-16）3）确定轴上零件所受力的F大小、方向和作用点。（见图11－17）-0.311a)b)4）确定作用在轴上的转矩位置。NO

§11-3轴的强度计算1 §11-3 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。 一、轴的力学计算简图 简化时需做下列工作： 1）将轴简化为一简支梁。 2）确定轴上支反力的位置。 4）确定作用在轴上的转矩位置。 （见图11－16） 3）确定轴上零件所受力的 大小、方向和作用点。（见图11－17）

S11-3轴的强度计算轴的强度计算1.转矩法这种方法用于只受转矩或主要受转矩作用轴的强度计算。通常按这种方法估算转轴的直径。9550×103 PTn≤[t]扭转强度条件为：TT0.2d3WTP9550×103Pd≥C3实心轴的直径为：n0.2[t] n式中：C-计算常数，见表11一3。[]-许用扭应力，见表11-3。有1个键槽，轴径加大4%；考虑到键槽的影响，应适当加大轴径：有2个键槽，轴径加大7%；QOO

§11-3 轴的强度计算 轴的强度计算2 1．转矩法 这种方法用于只受转矩或主要受转矩作用轴的强度计算。通常按这种 方法估算转轴的直径。 实心轴的直径为： 3 3 0.2[ ] 9550 103 n P C n P d T =     [ ] 0.2 9550 10 3 3 T T T d n P W T     扭转强度条件为： =  考虑到键槽的影响，应适当加大轴径： 式中：C－计算常数，见表11－3。  T  －许用扭应力，见表11－3。 有1个键槽，轴径加大4％； 有2个键槽，轴径加大7％； 二、轴的强度计算