机械设计基础 第3版 教学课件 作者 王大康 第十一章 轴.ppt

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1、第十一章轴第一节概述轴是组成机器的重要零件，轴的设计、制造质量直接影响机器的工作质量和性能。轴的作用：1.支承回转零件，使其具有确定的工作位置。2.传递运动和转矩。一、轴的分类1.按轴的形状分（1）直轴光轴阶梯轴实心轴空心轴（2）曲轴曲轴是内燃机、冲、剪等机器设备中的轴，属专用机械零件。（3）挠性轴挠性轴是由多层钢丝绕制而成，可把旋转运动和转矩灵活地传到任何位置，可用于连续振动场合，狭窄通道，可缓和冲击。如：振捣器、手提砂轮等。一般使用转速为800~3600r/min，小尺寸挠性轴可达20000r/min。曲轴挠性轴2.按受载情况分（1）心轴：工作时只受弯矩作用的轴

2、。a）转动心轴：轴的弯曲应力为对称循环应力。b）固定心轴：轴的弯曲应力为静应力。a)b)心轴a)转动心轴b)固定心轴（2）传动轴：工作时只受扭矩作用的轴。如：连接汽车变速器和差速器的轴。（3）转轴：工作时同时受弯矩和扭矩作用的轴。自行车的三根轴按受力情况各属于哪类轴？转轴传动轴三、轴的设计内容1.根据工作要求选择轴的材料和热处理方法；2.初步确定轴的直径；3.考虑轴上零件的安装和受力等，进行轴的结构设计；5.绘制轴的工作图。正确设计轴的结构，利用弯扭合成强度理论设计转轴是本章的学习重点。轴的设计内容：轴的结构设计和轴的工作能力计算。4.对轴作强度校核，必要时进行轴的

3、刚度及振动稳定性计算；第二节轴的材料一、轴的材料选择1.具有良好的机械性能。（强度、刚度、冲击韧性、耐磨性、耐腐蚀性等）2.具有良好的热处理性能。3.便于加工，成本低。二、常用材料轴的常用材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多用轧制圆钢或锻件。1.碳钢碳素钢价廉，对应力集中敏感性低，强度、塑性和韧性均较好，经热处理后，可改善其力学性能，应用广泛。对于不重要或承受载荷较小的轴，可用Q235、Q275等普通碳素钢。2.合金钢采用合金钢时，必须进行热处理或化学热处理。由于合金钢对应力集中较敏感，设计时应从结构上避免或减少应力集中，并应降低表面粗糙度。合金钢经各种热处理如淬火

4、、渗碳、渗氮等，对提高轴的疲劳强度有显著效果。合金钢的力学性能和热处理性能，在传递动力较大并要求减小尺寸和重量，提高轴的硬度和耐磨性以及满足它特殊要求（如高温、低温、耐腐蚀等）时常用。工程上常用35、40、45和50等优质碳素钢。常用20Cr、20CrMnTi、35SiMn、40Cr、40MnB等。3.铸铁、铸钢轴也可采用球墨铸铁和高强度铸钢材料，这些材料容易制成复杂的形状，且具有良好的吸振性和耐磨性，对应力集中敏感性小，价格也低，故常用来制造形状复杂的轴，如内燃机中的曲轴。但铸铁抗冲击性差，铸造质量不易控制，使用时需经严格检验。轴的常用材料及主要力学性能见表11-

5、1。第三节轴的结构设计4.最终完成轴的设计。2.确定各段轴的直径和长度；进行轴的结构设计；3.进行强度验算，根据验算结果调整轴的结构和尺寸；轴的结构设计通常是在经过初步计算，在确定了最小直径的基础上进行的。影响轴结构的因素很多，轴的结构需在设计中依具体情况确定。所以，轴没有标准的结构形式。轴的设计方法：1.先进行轴的初步计算，以确定轴的相关尺寸；根据轴传递的扭矩，计算轴受扭段的最小直径。轴的抗扭强度条件；MPa(11-1)mm(11-2)A—计算系数一、轴径的初步计算1.〔τ〕T和A由P181表11-2查取。公式使用；2.当轴的计算截面处有一个键槽时，应将轴的计算直

6、径加大3%，有两个键槽时加大7%。3.对于传动轴，用上述公式计算是最后计算。设计转轴时，用于计算轴受扭轴段的最小直径，据此进行轴的结构设计。二、轴的各部分名称1.轴颈—与轴承配合的轴段。2.轴头—与传动零件配合的轴段。3.轴身—连接轴颈与轴头的轴段。端轴颈—位于轴端中轴颈—位于轴的中间端轴颈轴头轴头轴身中轴颈四、轴的结构设计1.轴上零件的轴向固定方法1）轴肩或轴环;2）套筒。为保证齿轮轴向定位可靠，应使轴头的长度较齿轮轮毂宽度短２～３mm；为便于轴承拆卸，套筒右端高度应小于滚动轴承的内圈高度。３）轴承端盖；DE４）轴端挡圈５）圆锥面D、E两处a）b）轴端零件的固定a

7、）轴端挡圈固定b）圆锥面定位7)弹性挡圈6）螺母8）紧定螺钉图11-9圆螺母固定圆螺母固定a）双圆螺母b）圆螺母与止动垫圈紧定螺钉固定2.轴上零件的周向固定1）键、花键、销连接；详见第七章2）成型连接3)过盈配合3.安装与制造要求1）便于装拆，力求轴上零件的装拆路径最短。2）为便于有过盈配合零件的装配，应在零件进入的轴端或轴肩处加工出倒角或导向锥。导向锥轴端倒角3）同一根轴上的所有键槽应位于轴的同一母线上。4)轴上需磨削的轴段，靠轴肩处应有砂轮越程槽。5)切制螺纹处应有螺纹退刀槽。6）为减少加工刀具的种类，轴上的倒角、圆角的尺寸应尽量一致。7）对制造精度要求高的