第十二章轴

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1、第十二章 轴12.1 概述w作回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动，大多数轴还起着传递转距的作用。轴要用滑动轴承或滚动轴承来支撑。w根据几何轴线的形状，轴分直轴和曲轴。曲轴主要用于作往复运动的机械中，这里只讨论直轴。w根据轴的承载情况可分为转轴、心轴和传动轴。1.心轴：只承受弯距、不承受转距的轴。心轴又分为转动心轴（受变应力）和固定心轴（受静应力），前者如与滑轮用键相联的轴；后者如与滑轮动配合的轴。 2.转轴：工作时同时承受弯距和转距的轴。如齿轮减速器的轴。转轴是机器中最常见的轴。3.传动轴：工作时主要承受转距作用的轴。如汽车变速箱到后桥的传动装置的传动轴。 轴受不受弯距，要看轴上装没装

2、对轴产生径向力的传动零件（齿轮、带轮）；轴受不受转距，要看轴上装了多少用轮毂连接的传动件（轴上至少装有两个与轴作轮毂连接的传动零件，才能对轴形成扭距）。ab设计轴的基本要求和一般步骤设计轴的基本要求和一般步骤1.设计轴的基本要求 使轴的结构合理和具有足够的强度。但不同机械对轴工作的要求各不相同。对于机器中的转轴，主要应满足强度和结构的要求；对于工作时不允许有过大变形的轴（如机床主轴），应主要满足刚度要求；对于高速轴则应满足振动稳定性的要求。2. 设计轴的一般步骤是 根据工作要求选择轴的材料和热处理方法； 初步确定轴的直径； 考虑轴上零件的安装和受力等情况，进行轴的结构设计； 对轴作强度校核，必

3、要时进行轴的刚度及振动稳定性计算。12.2 轴的结构和材料一、 轴的结构：决定轴的结构的因素：轴的毛坯种类；作用在轴上的载荷的大小及其分布情况；轴上零件的布局及其沿轴向和径向的固定方法；轴承的类型、尺寸、布置情况；轴的加工及装配方法等。1、轴的毛坯：尺寸较小的轴可以用圆钢管车制，尺寸较大的轴应用锻造毛坯。 为了减轻重量或为了结构上的需要，某些机器的轴（如航空发动机主轴）常采用空心的剖面。因为传递转距主要靠轴的近外表面材料，所以空心轴比实心轴在材料的利用上较经济。当外直径d相同时，空心轴的内直径若取为d0=0.625d，则它的强度比实心轴削弱约18，而重量却可减少39。但空心轴的制造比较费工，必

4、须从经济和技术指标进行全面分析。2、轴颈、轴头、轴身轴主要由轴颈、轴头、轴身三部分组成。1.轴颈：轴上被支承部分；2.轴头：安装轮毂部分（与被支承零件配合的轴段，齿轮、联轴器安装部位）；3.轴身：联结轴颈和轴头的部分。 轴颈和轴头的直径应该按规范取圆整尺寸，特别是装滚动轴承的轴颈必须按轴的内直径选取。 从节省材料、减小质量的观点看，轴的各横截面最好是等强度的。但从加工工艺观点看，轴的形状愈简单愈好，实际的轴多做成阶梯形（阶梯轴）。轴的结构（减速器轴）3、 零件在轴上的固定 轴上零件常以其毂（车轮中心，有窟窿可以插轴的部分）和轴联结在一起。为保证轴上零件具有准确的工作位置，轴上零件通常都要进行轴

5、向固定和周向固定。轴向固定零件的轴向固定常用轴肩、轴环、套筒、轴承端盖、轴端挡圈和圆螺母等固定方法。 a) 轴肩和轴环：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力，但在轴肩和轴环处因截面突变，会引起较大的应力集中。为使定位可靠，一般轴肩和轴环的高度h=（0.070.1）d，轴环宽度b1.4h。为便于滚动轴承的拆卸，轴肩和轴环的高度h必须小于轴承内圈的端面高度，其值按轴承手册确定。为使零件能靠紧定位面，轴肩和轴环的过度圆角半径r必须小于零件孔的倒角C或圆角半径R（rCh）。b) 套筒：用于轴上两零件间相对位置的轴向固定，套筒固定可使轴的结构简化，但不宜太长，也不宜用在转速较高的轴上，套筒外径应按轴承

6、手册中的安装尺寸确定。c ) 轴承端盖：用于轴承外圈的轴向固定，可承受较大的轴向载荷，但应有防止螺钉松动的装置。d ) 圆锥面加轴端挡圈：用于要求被定位零件的对中性好或承受冲击载荷时。e ) 圆螺母加止动垫圈或使用双螺母：用于轴端零件的轴向固定。当轴上零件间距较大不宜用套筒时，也常用圆螺母固定。f) 弹性挡圈和紧定螺钉：只适用于零件所受轴向载荷不大的场合。 上述几种轴向固定都是零件相对于轴的轴向固定，而整个轴系的轴向位置也必须确定，轴的位置及其调整是通过轴承的固定来实现的。周向固定 周向固定的目的是为了防止轴上零件和轴在传递运动和动力时发生相对转动。常用的周向固定方法有：键、花键、销、成形联接

7、和过盈配合等。4、安装与制造要求安装与制造要求 安装要求：轴的结构设计首先应确定轴上零件的装拆方案，即根据轴上零件的布置情况，要求装配时所有零件都应顺利地到达轴上安装位置；为减少零件在装拆时对配合表面的擦伤破坏，应使零件在其配合表面上的装拆路径最短；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。制造要求：考虑轴的加工因素，要求同一根轴上所有的键槽应布置在轴的同一母线上；轴上需要磨削的轴段，靠轴肩处应有砂轮越程槽；车螺纹的轴段，应有螺纹退刀槽；精度要求较高的轴，在轴的两端应钻中心孔作为基准；轴上的倒角、圆角尺寸应尽可能一致，以减少刀具种类，提高生产率。二、轴 的材料轴

8、的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢廉价，对应力集中的敏感性较小，应用较广。1.碳素钢：常选用3050钢，最常用45钢。为保证其力学性能，应进行调质或正火处理。不重要的或受力小的轴以及一般传动轴可选用Q235Q275钢。2.合金钢：具有较高的机械强度。常用的有：20Cr、20CrMn、Ti40、Cr35SiMn、35CrMo等。 轴的常用材料及其主要力学性能见表11111.3 轴的强度计算1.轴径的初步计算(按扭转强度计算）由于开始设计轴时，轴上载荷的作用位置和支点跨距未知，故弯矩无法求出，所以轴径是先按转矩进行初步计算，将所算出的轴径作为转轴受扭段的最小直径。 按转矩初步计算轴直径的

9、公式为： 式中，A0是与材料的T有关的计算系数，可查表选取。 当按上式初算轴径后，如果在轴的相应截面处开有一个键槽，则应将该直径加大5-7%；如同一截面处有两个键槽，直径加大10-15% 。当该直径处装有标准件，则应按标准件与轴的装配尺寸圆整。2.01055.936TTTdnPWT30362.01055.9nPAnPdT2、按弯扭合成强度计算a) 画出轴的计算简图，并求出水平面内和垂直面内的支承反力。对传动件上的载荷可简化为作用在轮缘宽度中点的集中力，支反力作用点的位置根据轴承类型确定；b) 计算水平面弯矩MH并画出水平面弯矩图；c ) 计算垂直面弯矩MV并画出垂直面弯矩图；d) 计算合成弯矩