設(shè)計軸適合初學(xué)者

1、(1) 概述(2) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(3) 軸的強度計算(4) 軸的材料及選擇(5) 軸的設(shè)計講解內(nèi)容1、了解軸的分類2、了解軸結(jié)構(gòu)設(shè)計3、了解軸的強度計算方法4、了解軸的疲勞強度計算和振動1 .概述 軸是組成機器的重要零件之一，軸的主要功用是支承旋轉(zhuǎn)零件、傳遞轉(zhuǎn)矩和運動。1.軸的功用2.軸的分類（1）按承受載荷不同分轉(zhuǎn)軸心軸 傳動軸 傳動零件必須被支承起來以后才能進行工作，支承傳動件的零件稱為軸；一切作回轉(zhuǎn)運動的傳動零件(例如齒輪, 蝸輪等),都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞.轉(zhuǎn)軸：工作時既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸。是機器中最常見的軸，通常簡稱為軸。例：減速器中的軸心軸： 用來支承轉(zhuǎn)動零件

2、，只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩。又可分為固定心軸和轉(zhuǎn)動心軸兩種。例： 自行車的前輪軸（固定心軸），圖b。 列車車軸（轉(zhuǎn)動心軸），圖a。傳動軸：主要用于傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩，或所承受的彎矩很小的軸。例：汽車中聯(lián)接變速箱與后橋之間的傳動軸。例：減速器中的軸（直軸）（2）按軸線形狀的不同分直軸曲軸撓性鋼絲軸光軸 階梯軸曲軸撓性鋼絲軸:它是由多組鋼絲分層卷繞而成的,具有良好的繞性,可以把回轉(zhuǎn)運動靈活地傳到不開廠的空間位置.曲軸曲軸-通過連桿可以將旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橥鶑?fù)直線運動通過連桿可以將旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橥鶑?fù)直線運動或作相反的運動變換或作相反的運動變換.軸頸軸頭軸身圓柱齒輪減速器中的從動軸 2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)

3、構(gòu)設(shè)計就是確定軸的外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足以下條件：1) 軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確而可靠的工作位置（定位和固定要求）；2) 軸要便于加工，有良好的加工和裝配工藝性，軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整（工藝性要求）；3) 軸上零件布置合理, 受力合理, 利于提高強度和剛度（強度和剛度要求）；階梯軸軸頭軸頸軸身：軸上與旋轉(zhuǎn)零件配合的軸段：軸上與軸承配合的軸段：軸上連接軸頭與軸頸的非配合部分2.1 軸的強度、剛度1.使軸的形狀接近于等強度條件，以充分利用材料的承載能力。對于只受轉(zhuǎn)矩的傳動軸，常制成光軸的形狀；對于受交變彎曲載荷的軸一般制成階梯軸。 軸的強度與工作應(yīng)力的大小和性質(zhì)有關(guān)，在進行

4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點：2.盡量避免各軸段剖面突然改變以降低局部應(yīng)力集中，提高軸的疲勞強度。 結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，軸截面尺寸突變處會造成應(yīng)力集中，所以對階梯軸相鄰軸段直徑不宜相差太大，在軸徑變化處的過渡圓角半徑不宜過小。盡量避免在軸上開橫孔、凹槽和加工螺紋。在重要結(jié)構(gòu)中可采用凹切圓角、過渡肩環(huán)，以增加軸肩處過渡圓角半徑和減小應(yīng)力集中。為減小輪轂的軸壓配合引起的應(yīng)力集中，可開減載槽。 制造工藝方面，提高軸的表面質(zhì)量，降低表面粗糙度，對軸表面采用碾壓、噴丸和表面熱處理等強化方法，均可顯著提高軸的疲勞強度。 2.2 零件在軸上的固定 常用的軸向固定方法有：軸肩（軸環(huán)）、圓螺母（止動片）、套筒、彈性擋

5、圈、緊定螺釘、軸端擋圈定位等。1.軸上零件的軸向定位與固定 軸上零件的定位是為了保證傳動件在軸上有準(zhǔn)確的安裝位置；固定則是為了保證軸上零件在運轉(zhuǎn)中保持原位不變。作為軸的具體結(jié)構(gòu)，既起定位作用又起固定作用。 軸肩（軸環(huán)）特點：結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠 ，可承受較大的軸向力 應(yīng)用：齒輪、帶輪、聯(lián)軸器、 軸承等的軸向定位圓螺母特點：定位可靠，裝拆方便，可承受較大的軸向力 由于切制螺紋使軸的疲勞強度下降 應(yīng)用：常用于軸的中部和端部彈性擋圈特點：結(jié)構(gòu)簡單緊湊，只能承受很小的軸向力。 應(yīng)用：常用于固定滾動軸承等的軸向定位軸端壓板應(yīng)用：用于軸端零件的固定，特點：可承受劇烈振動和沖擊。緊定螺釘應(yīng)用：適用于軸向力很小

6、，轉(zhuǎn)速低的場合特點：可承受很小的軸向力。2.軸上零件的周向固定 為了傳遞運動和轉(zhuǎn)矩，防止軸上零件與軸作相對轉(zhuǎn)動，軸和軸上零件必須可靠地沿周向固定（連接）。常用的周向固定方法有：銷、鍵、花鍵、過盈配合和成形聯(lián)接等，其中以鍵和花鍵聯(lián)接應(yīng)用最廣。 鍵連接花鍵連接銷釘連接2.3 軸的加工和裝配工藝性1.當(dāng)某一軸段需車制螺紋或磨削加工時，應(yīng)留有退刀槽或砂輪越程槽。2.軸上所有鍵槽應(yīng)沿軸的同一母線布置。 3.為了便于軸上零件的裝配和去除毛刺，軸及軸肩端部一般均應(yīng)制出45的倒角。4.為便于加工，應(yīng)使軸上直徑相近處的圓角、倒角、鍵槽、退刀槽和越程槽等尺寸一致。 軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸應(yīng)盡量滿足加工、裝配和維修的要

7、求。為此，常采用以下措施： 3.1 扭轉(zhuǎn)強度計算(傳動軸） 求出的直徑值，需圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑，并作為軸的最小直徑。如軸上有一個鍵槽，可將值增大3%5%，如有兩個鍵槽可增大7%10%。3 軸的強度計算對于圓截面的實心軸，其抗扭強度條件為：. 362010559dnPWTp336 2 . 01055. 9nPCnPd 由上式可得軸的直徑計算公式：3.2 彎扭合成強度計算（轉(zhuǎn)軸） 轉(zhuǎn)軸同時承受扭矩和彎矩，必須按二者組合強度進行計算。通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，作用于軸上零件的力作為集中力，其作用點取為零件輪轂寬度的中點上。具體的計算步驟如下：1）畫軸的空間力系圖，分解為水平面分力和垂直面分力；2）

8、計算水平面和垂直面上的彎矩并作出彎矩圖；3）計算合成彎矩M，并作出合成彎矩圖；4）計算轉(zhuǎn)矩T T ，并作出轉(zhuǎn)矩圖；5）計算當(dāng)量彎矩Me，繪出當(dāng)量彎矩圖。6）根據(jù)當(dāng)量彎矩圖找出危險截面，進行軸的強度校核。beedaTMWM.)(132210 轉(zhuǎn)軸的彎扭組合強度條件：e 當(dāng)量應(yīng)力（N/2）； 其中MH、MV分別為水平面上、垂直面上的彎矩。22)(aTMMe 當(dāng)量彎矩（N）， Me危險截面上的合成彎矩，)(22mmNMMMVHM軸危險截面彎曲截面系數(shù)，對圓截面W0.1d3。 W 對于頻繁正反轉(zhuǎn)的軸，可視為對稱循環(huán)交變應(yīng)力，取1若扭矩變化規(guī)律不清，一般也按脈動循環(huán)處理； 折合系數(shù)3 . 011bba對

9、于不變轉(zhuǎn)矩，59001. bba 對于脈動循環(huán)扭矩，b1 b0 b1 分別為對稱循環(huán)、脈動循環(huán)、及靜應(yīng)力狀態(tài)下材料的許用彎曲應(yīng)力。當(dāng)危險截面有鍵槽時，應(yīng)將計算得軸徑增大4%7%。 3.3 軸的剛度計算 1.軸的彎曲剛度計算 yy 2.扭轉(zhuǎn)剛度計算 4 軸材料及選擇軸的常用材料是碳素鋼和合金鋼。 碳素鋼比合金鋼價格低廉，對應(yīng)力集中敏感性低，可通過熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好，故應(yīng)用最廣。一般用途的軸，多用優(yōu)質(zhì)碳素鋼，尤其是45號鋼。對于不重要或受力較小的軸也可用Q235、 Q275 等普通碳素鋼。 合金鋼具有比碳鋼更好的機械性能和淬火性能，但對應(yīng)力集中比較敏感，且價格較貴，多用于對強度和耐

10、磨性有特殊要求的軸。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳淬火處理后可提高耐磨性。 球墨鑄鐵容易獲得復(fù)雜的形狀，而且吸振性好，對應(yīng)力集中敏感性低，適用于制造外形復(fù)雜的軸，如曲軸和凸輪軸等。 5. 軸的設(shè)計 開始設(shè)計軸時，通常還不知道軸上零件的位置及支點情況，無法確定軸的受力情況，只有待軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本完成后，才能對軸進行受力分析及強度計算。因此，一般在進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計前先按純扭轉(zhuǎn)受力情況對軸的直徑進行估算。然后進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計后，再按彎扭合成的理論進行軸危險截面的強度校核。類比法 根據(jù)軸的工作條件，選擇與其相似的軸進行類比及結(jié)構(gòu)設(shè)計，畫出軸的零件圖。設(shè)計計算法設(shè)計軸的一般步驟為： （

11、1）根據(jù)軸的工作條件選擇材料，確定許用應(yīng)力。 （2）按扭轉(zhuǎn)強度估算軸的最小直徑; （3）設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)，繪出軸的結(jié)構(gòu)草圖;（4）按彎扭合成進行軸的強度校核。 1）確定軸上零件的位置和固定方法；2）確定各軸段直徑、長度。 一般按一般選23個危險截面進行校核。若危險截面強度不夠，則必須重新修改軸的結(jié)構(gòu)。（5）繪制軸的零件工作圖1.自行車的前軸是（ ）A.心軸 B .轉(zhuǎn)軸 C .傳動軸2.自行車的中軸是（ ）A.心軸 B.轉(zhuǎn)軸 C .傳動軸3.軸環(huán)的用途是（ ）A.作為軸加工時的定位面 B.提高軸的強度C.提高軸的剛度 D .是軸上零件獲得軸向定位和固定思考題4.當(dāng)軸上安裝的零件要承受軸向力時，采用（ ）來進行軸向固定，所能承受的軸向力最大。 A.螺母 B.緊定螺釘 C.彈性擋圈5.在軸的初步計算中，軸的直徑是按照（ ）初步確定的。A.彎曲強度 B .扭轉(zhuǎn)強度 C.復(fù)合強度 6.轉(zhuǎn)軸上的載荷和支