《机械设计》课程教学课件（PPT讲稿）第十五章 轴（shaft）

第15章轴(shaft)

第15章 轴（shaft）

一.教学目标1.了解轴的功用、分类及常用材料；2.掌握轴的结构及设计方法；3.掌握轴的受力分析及强度计算和刚度计算。教学重点和难点二.M重点：轴的结构设计。难点：轴的结构(尤其是轴向结构)的设计和轴的的受力分析(主要是弯扭合成计算)

1.了解轴的功用、分类及常用材料； 2.掌握轴的结构及设计方法； 3.掌握轴的受力分析及强度计算和刚度计算。 一. 教学目标 二．教学重点和难点 重点： 轴的结构设计。 难点： 轴的结构(尤其是轴向结构)的设计和轴的的受力分析(主要是弯扭 合成计算)

概述第一节一、轴的类型转轴既承受弯矩、又承受扭矩的轴。按承载传动轴只传递扭矩而不承受弯矩或弯矩很小的轴?情况分只承受弯矩（或弯矩很小）而不传递扭矩的轴轴心减速器H转轴转动心轴电动机带式运输机转轴前叉前轮轴传动轴接发动机固定传动轴R心轴前轮轮毂接后桥

第一节 概述 ●心 轴 ●传动轴 ●转 轴 按承载 情况分 既承受弯矩、又承受扭矩的轴。 转 轴 传 动 轴 只传递扭矩而不承受弯矩或弯矩很小的轴。 转 动 心 轴 只承受弯矩（或弯矩很小）而不传递扭矩的轴。 固定 心轴

广光轴直轴5按轴线阶梯轴形状分曲轴可以实现直线运动与旋转运动的转换a

●曲 轴 ●直 轴 按轴线 形状分 光 轴 阶梯轴 可以实现直线运动与旋转运动的转换

刚性轴?按轴是否存在挠性具有挠性，可以曲路传递运动和动力。?挠性轴·实心轴按轴是否空心·空心轴

按轴是 否存在 挠性 ●刚性轴 ●挠性轴 具有挠性，可以曲路传递运动和动力。 按轴是 否空心 ●实心轴 ●空心轴

二、车轴设计的主要内容轴的结构设计：即根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工1艺等方面的要求，合理确定轴的结构形状和尺寸。2）轴的工作能力设计：即从强度、刚度和振动稳定性等方面来保证轴具有足够的工作能力和可靠性。对于不同机械的轴的工作能力的要求是不同的，必须针对不同的要求进行。对于刚度要求较高的轴（例如机床主轴），主要应该满足刚度要求；对于一些高速旋转的轴（例如高速磨床主轴、气轮机主轴等），要考虑满足振动稳定性的要求。但是强度要求是任何轴都必须满足的基本要求轴的设计区别于其它零件设计过程的显著特点是：必须先进行结构设计，然后才能进行工作能力的核算

2）轴的工作能力设计：即从强度、刚度和振动稳定性等方面来 保证轴具有足够的工作能力和可靠性。对于不同机械的轴的工 作能力的要求是不同的，必须针对不同的要求进行。对于刚度 要求较高的轴（例如机床主轴），主要应该满足刚度要求；对 于一些高速旋转的轴（例如高速磨床主轴、气轮机主轴等）， 要考虑满足振动稳定性的要求。但是强度要求是任何轴都必须 满足的基本要求。 二、轴设计的主要内容 1）轴的结构设计：即根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工 艺等方面的要求，合理确定轴的结构形状和尺寸。 轴的设计区别于其它零件设计过程的显著特点是： 必须先进行结构设计，然后才能进行工作能力的核算

三、轴的材料碳钢：价格低廉，对应力集中的敏感性较低，调质或正火处理可提高其耐磨性和抗疲劳强度。常用的有35、40、45、50钢合金钢：合金钢比碳素钢机械强度高，热处理性能好。对于要求强度较高、尺寸较小或有其它特殊要求的轴，可以采用合金钢材料。可以采用20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，或40Cr、35SiMn、40MnB。对于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等，也采用球墨铸铁注意：一般工作温度下（<200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量相差不大，故在选择钢的种类和热处理方法时，所依据的主要是强度和耐磨性，而不是轴的弯曲刚度和扭转刚度等。轴的主要材料及其力学性能参见P358表15-1

三、轴的材料 轴的主要材料及其力学性能参见P358表15-1。 碳钢：价格低廉，对应力集中的敏感性较低，调质或正火处理 可提高其耐磨性和抗疲劳强度。常用的有35、40、45、50钢。 合金钢：合金钢比碳素钢机械强度高，热处理性能好。对 于要求强度较高、尺寸较小或有其它特殊要求的轴，可以 采用合金钢材料。可以采用20Cr、20CrMnTi等低碳合金 钢，或40Cr、35SiMn、40MnB。 对于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等，也采用球墨铸铁。 注意： 一般工作温度下（<200℃），各种碳钢和合金钢的 弹性模量相差不大，故在选择钢的种类和热处理方法 时，所依据的主要是强度和耐磨性，而不是轴的弯曲 刚度和扭转刚度等

第二节轴的结构设计轴的结构设计步骤（一）拟定轴上零件的装配方案方案一o-方案二

第二节 轴的结构设计 一、轴的结构设计步骤 （一）拟定轴上零件的装配方案

④ 设计：潘存云 ② ③ ⑥ ⑦ ① ⑤

（二）轴上零件的定位(fix）1、轴向定位要求r轴<C孔或轴<R孔参见P364表15-21）轴肩或轴环Rh]cth~(2~3)C或(2~3)R（非定位轴肩h=1~2mm）b≥1.4h(与滚动轴承相配合处的h和b值，见轴承标准）一要求轴肩高度<滚动轴承内圈高度错误正确

（二）轴上零件的定位(fix) 1）轴肩或轴环 1、轴向定位 要求r轴<C孔或 r轴< R孔 b ≥ 1.4h(与滚动轴承相配合处的h和b值，见轴承标准) C1 R r D d r D d h≈(2~3)C或(2~3)R （非定位轴肩h=1~2mm） 参见Ｐ364表15-2 C1 D d r D d h r R h b 要求轴肩高度<滚动轴承内圈高度 正确 错误