《机械设计》课程教学资源（PPT课件）第十五章 轴

第十五章轴 §15-1轴的概述 §15-2轴的结构设计 §15-3轴的计篁 §15-4轴的设计实例

§15-1 轴的概述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的计算 第十五章 轴 §15-4 轴的设计实例

NWI 轴的概述您 、轴的用途及分类 轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。 按照承受载荷的不同,轴可分为: ◆心轴—只承受弯矩的轴,如火车车轮轴。 ◆传动轴一只承受扭矩的轴,如汽车的传动轴 ◆转轴一同时承受弯矩和扭矩的轴,如减速器的轴。 按照轴线形状的不同,轴可分为曲轴和直轴两大类。 直轴根据外形的不同,可分为光轴和阶梯轴。 轴一般是实心轴,有特殊要求时也可制成空心轴,如航空发动机的主轴。 除了刚性轴外,还有钢丝软轴,可以把回转运动灵活地传到不开敞地空 间位置。 图例

轴的概述1 一、轴的用途及分类 轴的概述 轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。 按照承受载荷的不同，轴可分为： 除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到不开敞地空 间位置。 ◆ 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。 直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。 按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。 轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。 图例

NWI 轴的概述您 二、轴设计的主要内容 轴的设计包括结构设计和工作能力验算两方面的内容 (1)根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求,合理地 确定轴的结构形式和尺寸。 (2)轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算 轴的设计过程是: 根据总体结构的要求进行轴的结构设计 轴的承载能力验算 10 验算合格? yes 结東 00O

二、轴设计的主要内容 轴的概述2 轴的设计包括结构设计和工作能力验算两方面的内容。 （1）根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地 确定轴的结构形式和尺寸。 （2）轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。 轴的概述 根据总体结构的要求进行轴的结构设计 轴的承载能力验算 验算合格? 结 束 yes no 轴的设计过程是：

NWI 轴的概述 三、轴的材料 轴的材料主要是碳钢和合金钢,钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件,各种 热处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。 碳钢比合金钢价廉,对应力集中的敏感性比较低,适用于一般要求的轴。 合金钢比碳钢有更高的力学性能和更好的淬火性能,在传递大功率并要求 减小尺寸和质量、要求高的耐磨性,以及处于高温、低温和腐蚀条件下的轴常 采用合金钢。 在一般工作温度下(低于2oo℃),各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差 不多,因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。 高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴,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,但是质较脆。 I≥轴的常用材料及其主要力学特性表 0

碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性比较低，适用于一般要求的轴。 合金钢比碳钢有更高的力学性能和更好的淬火性能，在传递大功率并要求 减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高温、低温和腐蚀条件下的轴常 采用合金钢。 在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差 不多，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。 轴的概述3 轴的概述 三、轴的材料 轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件，各种 热处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。 轴的常用材料及其主要力学特性表 高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴，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，但是质较脆

NWI 轴的结构设计 轴的结构设计应该确定:轴的合理外形和全部结构尺寸。 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; ◆轴上的零件应便于装拆和调整; ◆轴应具有良好的制造工艺性等。 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。设计时可拟定 几种装配方案,进行分析与选择。 二、轴上零件的定位 轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈和圆螺母等来保证的 轴上零件的周向定位是通过键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合来实 现的。 详细介纽→ Qe

轴的结构设计1 轴的结构设计应该确定：轴的合理外形和全部结构尺寸。 轴的结构设计 一、拟定轴上零件的装配方案 二、轴上零件的定位 轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈和圆螺母等来保证的。 轴上零件的周向定位是通过键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合来实 现的。 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； ◆ 轴上的零件应便于装拆和调整； ◆ 轴应具有良好的制造工艺性等。 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定 几种装配方案，进行分析与选择。 详细介绍

NWI 轴的结构设计 三、各轴毂直径和长度的确定 ◆首先按轴所受的扭矩估算轴径,作为轴的最小轴径dmn ◆有配合要求的轴段,应尽量采用标准直径。 ◆安装标准件的轴径,应满足装配尺寸要求。 ◆有配合要求的零件要便于装拆。 ◆应保证轴上零件能可靠的轴向固定。 四、提高轴的强度的常用措施 ◆合理布置轴上零件以减小轴的载荷 详细说明→m ◆改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 详细说明→ 改进轴的结构以减小应力集中的影响 详细说明→ ◆改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度详细说明 00O

轴的结构设计2 轴的结构设计 三、各轴毂直径和长度的确定 ◆ 首先按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径dmin。 ◆ 有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。 ◆ 安装标准件的轴径，应满足装配尺寸要求。 ◆ 有配合要求的零件要便于装拆。 ◆ 应保证轴上零件能可靠的轴向固定。 四、提高轴的强度的常用措施 ◆ 合理布置轴上零件以减小轴的载荷 ◆ 改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 ◆ 改进轴的结构以减小应力集中的影响 ◆ 改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 详细说明 详细说明 详细说明 详细说明

NWI 轴的结构设计 五、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,工艺性越好。 轴上应有满足加工和装配所要求的倒角、圆角、螺纹退刀槽和砂轮越程槽等。 a砂轮越程槽 b螺纹退刀槽 c)不同轴段键槽布置在同一母线上 d)轴端处加工45°倒角

轴的结构设计3 轴的结构设计 五、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，工艺性越好。 轴上应有满足加工和装配所要求的倒角、圆角、螺纹退刀槽和砂轮越程槽等

NWI 轴的计算 、轴的强度校核计算 1.扭转强度条件计算 这种方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计算。在 作轴的结构设计时,通常用这种方法初步估算轴径。 轴的扭转强度条件为 2÷79550×103 0.2a3 实心轴的直径为:d≥39550×103P9550×103P P Ao 0.2[r]n 0.2[7r] 为了计及键槽对轴的削弱,可按以下方式修正轴径 有一个键槽 有两个键槽 轴径d>100mm 轴径增大3% 轴径增大7% 轴径d≤100mm 轴径增大5%~7% 轴径增大10%~15%

轴的计算1 轴的计算 一、轴的强度校核计算 1．扭转强度条件计算 这种方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计算。在 作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。 实心轴的直径为： 3 3 3 3 0 3 3 0.2[ ] 9550 10 0.2[ ] 9550 10 n P A n P n P d T T  =  =      [ ] 0.2 9550 10 3 3 T T T d n P W T     =  轴的扭转强度条件为 为了计及键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径 有一个键槽 有两个键槽 轴径d＞100mm 轴径增大3% 轴径增大7% 轴径d≤100mm 轴径增大5%～7% 轴径增大10%～15%

NWI 轴的计算6 2.按弯扭合成进行强度条件验算 般的转轴强度用这种方法验算。计算步骤如下: ①轴的弯矩与扭矩分析 Fr 水平面受力及弯矩图 Fa 铅垂面受力及弯矩图 F 水平铅垂弯矩合成图A F D F FNy 扭矩图 L 2 L3 00O

轴的计算2 轴的计算 2． 按弯扭合成进行强度条件验算 一般的转轴强度用这种方法验算。计算步骤如下： ① 轴的弯矩与扭矩分析

NWI 轴的计算6 2.按弯扭合成进行强度条件验算 般的转轴强度用这种方法验算。计算步骤如下: ①轴的弯矩与扭矩分析 ②校核轴的强度轴的弯扭合成强度条件为: M C +4()2 M+(ar 详细内容→ W 2W 式中o1为对称循环变应力时轴的许用弯曲应力(可查表选取); a为考虑弯曲应力和扭转切应力循环特性不同时的折合系数。 扭转切应力 静应力脉动循环变应力对称循环变应力 弯曲应力为对 称循环变应力 C≈0.3 C≈0.6 Qee

轴的计算3 [ ] ( ) ) 2 ( ) 4( 1 2 2 2 2  − + = + =     W M T W T W M ca 为考虑弯曲应力和扭转切应力循环特性不同时的折合系数。 ② 校核轴的强度 轴的弯扭合成强度条件为： 轴的计算 2．按弯扭合成进行强度条件验算 一般的转轴强度用这种方法验算。计算步骤如下： ① 轴的弯矩与扭矩分析 式中[σ-1 ]为对称循环变应力时轴的许用弯曲应力（可查表选取）； 详细内容 扭转切应力 静应力 脉动循环变应力 对称循环变应力 弯曲应力为对 称循环变应力  ≈0.3  ≈0.６  =1