武汉理工大学考研专用 第8章轴的设计

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1、 12 1 12 1 概概 述述 122 122 轴的结构设计轴的结构设计 123123 轴的强度计算轴的强度计算 一一. .轴的功用：轴的功用：1.1.支承作回转运动的零件（齿轮、蜗轮、带轮、链轮等）；支承作回转运动的零件（齿轮、蜗轮、带轮、链轮等）；3.3.受弯矩，抵抗变形，保证受弯矩，抵抗变形，保证 轴上零件正常工作。轴上零件正常工作。2.2.传递运动和动力；传递运动和动力； 12 1 12 1 概概 述述本章主本章主要内容要内容1.1.轴的分类及材料选择（保证轴的强度、刚度要求）；轴的分类及材料选择（保证轴的强度、刚度要求）；2.2.轴的正确结构设计轴的正确结构设计（轴上零件定位准确、

2、固定可靠、（轴上零件定位准确、固定可靠、装拆方便，轴加工工艺性好；装拆方便，轴加工工艺性好；重点重点3.3.轴的强度计算；轴的强度计算；4.4.轴系设计实例分析。轴系设计实例分析。光光 轴轴阶梯轴阶梯轴空心轴空心轴曲轴曲轴直直轴轴按按轴轴的的形形状状二二. . 轴的分类轴的分类转轴转轴既受弯矩，又受转矩的轴，如齿轮减速既受弯矩，又受转矩的轴，如齿轮减速 器器中装齿轮的轴。中装齿轮的轴。按轴工作按轴工作时受载情时受载情况况心轴心轴只受弯矩只受弯矩M的轴，如滑轮轴的轴，如滑轮轴、自行车前自行车前 轮轴轮轴传动轴传动轴只受扭矩只受扭矩T T，或少量弯矩（轴自重引，或少量弯矩（轴自重引 起）如汽车双万

3、向联轴器的中间轴起）如汽车双万向联轴器的中间轴 固定心轴固定心轴转动心轴转动心轴传传 动动 轴轴万向联轴器的中间轴万向联轴器的中间轴转转 轴轴 特殊用途的轴特殊用途的轴如钢丝软轴如钢丝软轴接头接头驱动装置驱动装置 钢丝软轴钢丝软轴（外层为护套）（外层为护套）动力源动力源设备设备设备设备接头接头轴的设计步骤轴的设计步骤选材选材轴的结构设计轴的结构设计初定轴的最小直径初定轴的最小直径轴上零件的定位和固定轴上零件的定位和固定加工和装配的工艺性加工和装配的工艺性提高轴强度的结构措施提高轴强度的结构措施轴的强度计算轴的强度计算轴的刚度计算轴的刚度计算轴的稳定性计算轴的稳定性计算有特殊要求时有特殊要求时三

4、三. .轴的材料及选择轴的材料及选择(1) 碳素钢碳素钢优质碳素钢：优质碳素钢：35、45、50等等 45钢使用最广泛钢使用最广泛普通碳素钢：普通碳素钢：Q235A等等特点特点强度、刚度、塑性和韧性等综合机械性能好强度、刚度、塑性和韧性等综合机械性能好应力集中敏感性小应力集中敏感性小热处理后提高耐磨性、疲劳强度热处理后提高耐磨性、疲劳强度(2) 合金钢合金钢用于高速、重载、较重要的轴用于高速、重载、较重要的轴常用常用40Cr、40MnB、20CrMnTi等等特点特点对应力集中敏感性较大对应力集中敏感性较大强度和淬火性比碳素钢好强度和淬火性比碳素钢好价格比碳素钢贵价格比碳素钢贵注意注意刚度与碳素

5、钢相同刚度与碳素钢相同 (两者弹性模量两者弹性模量 E 相近相近)我国我国Cr、Ni 资源少，尽量用代用钢种资源少，尽量用代用钢种(如如40MnB机械性能接近机械性能接近40Cr)(3) 球墨铸铁球墨铸铁以铁代钢以铁代钢特点特点对应力集中敏感性较小对应力集中敏感性较小吸振性、耐磨性好吸振性、耐磨性好可以做成复杂形状可以做成复杂形状价廉价廉冲击韧性低、质量不易控冲击韧性低、质量不易控制制毛坯毛坯圆钢棒料圆钢棒料 尺寸小的轴尺寸小的轴锻造毛坯锻造毛坯 尺寸较大或为提高强度的轴尺寸较大或为提高强度的轴焊接毛坯焊接毛坯 大件锻造困难大件锻造困难铸造毛坯铸造毛坯 形状复杂的轴、空心轴等形状复杂的轴、空心

6、轴等滚动轴承滚动轴承齿轮齿轮滚动轴承滚动轴承键槽键槽半联轴器半联轴器轴颈轴颈轴身轴身轴头轴头轴颈轴颈轴身轴身轴头轴头轴承盖轴承盖轴承盖轴承盖一一. . 轴系结构分析轴系结构分析 122 122 轴的结构设计轴的结构设计轴的结构设计目的轴的结构设计目的合理确定轴的外部形状和全部尺寸合理确定轴的外部形状和全部尺寸二二. .轴的结构设计应考虑的主要因素轴的结构设计应考虑的主要因素4.4.有利于提高轴的强度和刚度（轴的受有利于提高轴的强度和刚度（轴的受 力合理、应力集中小）。力合理、应力集中小）。3.3.良好的加工工艺性；良好的加工工艺性；2.2.便于轴上零件的装拆和调整；便于轴上零件的装拆和调整；1

7、.1.保证轴上零件的定位和固定可靠；保证轴上零件的定位和固定可靠；一）零件轴向固定的目的一）零件轴向固定的目的三三. . 零件轴向固定零件轴向固定防止零件沿轴向窜动，确保零件轴向准确位置。防止零件沿轴向窜动，确保零件轴向准确位置。特点：特点：定位可靠，能承受较大的轴向载荷，用于各类零件的轴定位可靠，能承受较大的轴向载荷，用于各类零件的轴 向定位和固定向定位和固定轴肩轴肩轴环轴环二）常用轴向固定二）常用轴向固定1.1.轴肩（或轴环）轴肩（或轴环）过渡圆角过渡圆角r r定位高度定位高度h h由由组成组成注意事项：注意事项：1 1）轴的过渡圆角半径）轴的过渡圆角半径r r 应小于轴上零件的倒角应小于

8、轴上零件的倒角C C 或圆角或圆角半径半径R R；2 2）轴肩轴）轴肩轴 环高度环高度h h定位轴肩：定位轴肩：高度高度hC(hC(或或R) ,R) ,通常取通常取h=(2h=(23)C3)C或或(2(2 3)R3)R或或h=0.07d+(2h=0.07d+(23) mm3) mm滚动轴承：滚动轴承： 按轴承型号查标准按轴承型号查标准非定位轴肩：非定位轴肩：为使零件装拆方便，取为使零件装拆方便，取h=(1h=(12)mm2)mm3 3）轴环宽度）轴环宽度b bb b 1.4h 1.4h rRhdDhcrDdb 2 2套筒套筒-套筒套筒注意：轮毂宽度注意：轮毂宽度B 轴头长度轴头长度l，取，取l

9、 = B -= B -（2 23 3）mmmmBl 常用于两个近距离的零件之间，起定常用于两个近距离的零件之间，起定位和固定的作用。套筒与轴之间配合较松，不宜用于转速位和固定的作用。套筒与轴之间配合较松，不宜用于转速较高的轴上。较高的轴上。 常与轴肩或锥面联合使用，固定零件稳常与轴肩或锥面联合使用，固定零件稳 定可靠，能承受较大的轴向力：定可靠，能承受较大的轴向力：注意：轮毂宽度注意：轮毂宽度B B 轴头长度轴头长度l ，取l = B- （23）mm轴肩轴肩B轴端挡圈轴端挡圈止动垫片止动垫片止动销止动销l止动垫片止动垫片止动销止动销轴端挡圈轴端挡圈螺钉螺钉螺钉螺钉3轴端挡圈轴端挡圈-4 4圆锥

10、面圆锥面-装拆方便，宜用于高速、重载及零件对中性装拆方便，宜用于高速、重载及零件对中性 要求高的场合。要求高的场合。锥面锥面轴端挡圈轴端挡圈螺钉螺钉止动垫片止动垫片5 5圆螺母与止动垫圈圆螺母与止动垫圈-固定可靠，可承受较大的轴固定可靠，可承受较大的轴 向力，但需切制螺纹和退刀槽，会削弱轴的强度。向力，但需切制螺纹和退刀槽，会削弱轴的强度。 注意：零件宽度注意：零件宽度B B 轴长度轴长度l ，取取l = B-（23）mmlB止动垫圈止动垫圈圆螺母圆螺母止动垫圈止动垫圈 6 6弹性挡圈弹性挡圈- -结构简单，但在轴上需切槽，会引起结构简单，但在轴上需切槽，会引起 应力集中，一般用于轴向力不大的

11、零件的轴向固定。应力集中，一般用于轴向力不大的零件的轴向固定。弹性挡圈弹性挡圈Bl注意：零件宽度注意：零件宽度B B 轴长度轴长度l ，取取l = B-（23）mm7 7紧定螺钉紧定螺钉-结构简单，可兼作周向固定，传递不大的结构简单，可兼作周向固定，传递不大的 力或力矩，不宜用于高速。力或力矩，不宜用于高速。紧定螺钉紧定螺钉三三. . 轴的结构工艺性轴的结构工艺性便于加工、测量、维修及轴上零件的拆装便于加工、测量、维修及轴上零件的拆装一）轴的加工工艺性要求一）轴的加工工艺性要求 1. 不同轴段的键槽，应布置在轴的同一母线上不同轴段的键槽，应布置在轴的同一母线上，以减少键槽加，以减少键槽加工时的