中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,第14章 轴,14-1 轴的功用和类型,14-2 轴的材料,14-3 轴的结构设计,14-4 轴的强度设计,14-5 轴的刚度设计,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,设计：潘存云,14-1 轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。,类型,转轴传递扭矩又承受弯矩。,按承受载荷分有,分类：,按轴的形状分有,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,14-1 轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。,类型,转轴传递扭矩又承受弯矩。,按承受载荷分有,分类：,按轴的形状分有,传动轴只传递扭矩,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,设计：潘存云,14-1 轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。,类型,转轴传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分有,分类：,按轴的形状分有,传动轴只传递扭矩,心轴只承受弯矩,固定心轴,火车轮轴,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,14-1 轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。,类型,转轴传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分有,分类：,按轴的形状分有,传动轴只传递扭矩,心轴只承受弯矩,直轴,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,14-1 轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。,类型,转轴传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分有,分类：,按轴的形状分有,传动轴只传递扭矩,心轴只承受弯矩,直轴,曲轴,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,设计：潘存云,14-1 轴的功用和类型,功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。,类型,转轴传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分有,分类：,按轴的形状分有,传动轴只传递扭矩,心轴只承受弯矩,直轴,曲轴,挠性钢丝轴,设计任务：选材、结构设计、强度和刚度设计、确 定尺寸等,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,种类,碳素钢 35、45、50、Q235,轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。,14-2 轴的材料,合金钢 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等,用途：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较多，尤其是45钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。,如用球墨铸铁制造曲轴和凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感较低、强度较好等优点。,为了改善力学性能,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,设计：潘存云,设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。,14-3 轴的结构设计,设计要求：,1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装),2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位),3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定),4.改善应力状况，减小应力集中。,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,设计：潘存云,装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应有退刀槽。,为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。零件的安装次序,一、制造安装要求,取值见P119,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,设计：潘存云,零件的轴向定位由轴肩或套筒来实现。,二、轴上零件的定位,4、5间的轴肩使齿轮在轴上定位，1、2间的轴肩使带轮定位，6、7间的轴肩使右端滚动轴承定位。,轴肩阶梯轴上截面变化之处。起轴向定位作用。,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。,三、轴上零件的固定,齿轮受轴向力时，向右是通过4、5间的轴肩，并由6、7间的轴肩顶在滚动轴承的内圈上；向左则通过套筒顶在滚动轴承的内圈上。带轮的轴向固定是靠1、2间的轴肩和轴端当圈。,双向固定,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,无法采用套筒或套筒太长时，可采用双圆螺母加以固定。,轴肩的尺寸要求:,r C1 或 r R,b1.4h(与滚动轴承相配合处的h和b值,见轴承标准),轴端挡圈,h(0.07d+3)(0.1d+5)mm,装在轴端上的零件往往采用轴端挡圈固定。,取值见P119,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,轴向力较小时，可采弹性挡圈或紧定螺钉来实现。,周向固定大多采用键、花键、或过盈配合等联接形式来实现。,为了加工方便，键槽应设计成同一加工直线上，且紧可能采用同一规格的键槽截面尺寸。,键槽应设计成同一加工直线,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,四、改善轴的受力状况，减小应力集中,图示为起重机卷筒两种布置方案。A图中大齿轮和卷筒联成一体，转距经大齿轮直接传递给卷筒，故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩。图b中轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷相同时，图a结构轴的直径要小。,Tmax= T1+T2,Tmax = T1,1.改善受力状况,当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的载荷，应将输入轮布置在中间。,合理,不合理,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,2.减小应力集中,合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。,应力集中出现在截面突然发生变化的。,措施： 1. 用圆角过渡；,2. 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽;,3. 重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,14-4 轴的强度设计,一、 按扭转强度计算,轴的强度设计应根据轴的承载情况，采用相应的计算方法，常用方法有两种。,对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为,设计公式为,对于既传递扭转又传递弯矩的轴，可按上式初步估算轴的直径。,计算结果为 最小直径！,解释各符号的意义及单位,应圆整为 标准直径！,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,减速器中齿轮轴的受力为典型的弯扭合成。,在完成单级减速器草图设计后，外载荷与支撑反力的位置即可确定，从而可进行受力分析。,因b和的循环特性不同， 折合后得,二、 按弯扭合成强度计算,对于一般钢制轴，可用第三强度理论（最大切应力理论）求出危险截面的当量应力。,强度条件为,弯曲应力,扭切应力,代入得,W抗弯截面系数； WT 抗扭截面系数；,-折合系数,Me-当量弯矩,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,折合系数取值 =,0.3 转矩不变；,0.6 脉动变