機(jī)械設(shè)計(jì)課件：軸 -

軸①明確軸的功用和分類方法②會根據(jù)工況條件正確選材及確定熱處理方法③明確工作能力要求，會對其進(jìn)行必要的計(jì)算④掌握軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求重點(diǎn)軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一．功用二．分類按軸線分：

直軸、曲軸、軟軸光軸階梯軸空心軸15.1概述1.支撐軸上零件

2.傳遞運(yùn)動、動力

3.確定并保持軸上零件的軸向位置按軸的工作頻率分：剛性軸、撓性軸按受載分：心軸（靜、動）、傳動軸、轉(zhuǎn)軸

傳動軸：扭矩T轉(zhuǎn)軸：T+M心軸:彎矩M1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

合理地選材及適當(dāng)?shù)臒崽幚?；考慮軸上零件的安裝、定位、加工工藝因素，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。2.承載能力的計(jì)算：（軸相當(dāng)于梁且工作時(shí)多數(shù)要轉(zhuǎn)動）①靜強(qiáng)度②疲勞強(qiáng)度③剛度④振動穩(wěn)定性三.軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容四.軸的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：1.失效形式因強(qiáng)度不足發(fā)生斷裂失穩(wěn)（剛度不夠）靜強(qiáng)度、疲勞斷裂

對一般機(jī)械：保證足夠的強(qiáng)度，合理的結(jié)構(gòu)，良好的工藝性。

對于剛度為主的軸：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是剛度，即由剛度來確定主要尺寸，驗(yàn)算強(qiáng)度。

對于高速軸或受周期性變載荷作用的軸：須進(jìn)行振動穩(wěn)定性計(jì)算。2.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則五.軸的材料

對軸材料的要求：強(qiáng)度、剛度、耐磨性及良好的加工工藝性。

材料：

常用碳素鋼、合金鋼。經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火處理（加工量大、便于切削）。存在局部磨損情況下，可采用局部硬化方法。普通碳素鋼

如Q235A、Q275等，用于不重要的場合。優(yōu)質(zhì)碳素鋼

如35、45、50等。1.碳素鋼：特點(diǎn)45鋼使用最廣泛

強(qiáng)度、剛度、塑性和韌性等綜合機(jī)械性能好

應(yīng)力集中敏感性小

熱處理后提高耐磨性、疲勞強(qiáng)度2.合金鋼

對應(yīng)力集中敏感性較大

強(qiáng)度和淬火性比碳素鋼好

價(jià)格比碳素鋼貴低碳合金鋼如20Cr、

20CrMnTi等，可滲碳淬火中碳合金鋼如40Cr、1Cr18Ni9Ti、40MnB等

一般應(yīng)用于有特殊要求的場合；如要求軸的重量輕，尺寸小而受力大；強(qiáng)度、耐磨性要求高；高溫、腐蝕介質(zhì)下工作等。特點(diǎn)注意1）各種鋼材、熱處理前后其彈性模量差別不大，因此要提高剛度不能用合金鋼或通過熱處理的方法獲得。2）合金鋼對應(yīng)力集中敏感性高，設(shè)計(jì)時(shí)必須從結(jié)構(gòu)上采取措施，減輕應(yīng)力集中，并降低表面粗糙度。3.高強(qiáng)度的鑄鐵和球鐵：以鐵代鋼

對應(yīng)力集中敏感性較小

吸振性、耐磨性好

可以做成復(fù)雜形狀

價(jià)廉

沖擊韌性低、質(zhì)量不易控制

毛坯圓鋼棒料尺寸小的軸鍛造毛坯尺寸較大或?yàn)樘岣咻S的強(qiáng)度焊接毛坯大件鍛造困難鑄造毛坯形狀復(fù)雜的軸、空心軸等特點(diǎn)常用材料見P355表15-115.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一.概述：1.目的——

使軸各部分具有合理的形狀和尺寸2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素：①便于裝拆（裝配工藝性）、調(diào)整。②定位準(zhǔn)確、固定可靠（工作時(shí)軸上零件有位置要求）。③便于制造（制造工藝性），結(jié)構(gòu)力求簡單。④受力合理，有利于提高強(qiáng)度、剛度（材盡其用）。（并通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高這些方面的性能）

影響軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的因素較多，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有較大的靈活性、多樣性，沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。程序：考慮裝拆—定位固定方法與結(jié)構(gòu)—兼顧受力與制造安裝輪轂的軸段安裝軸承的軸段軸頸軸身聯(lián)接軸頸和軸頭的軸段軸頭軸=軸頭+軸身+軸頸3.軸的構(gòu)成：二.擬定軸上零件的裝配方案：一般設(shè)計(jì)成中間大、兩端小的階梯形狀，目的是：

滿足軸上零件的定位和固定區(qū)別不同精度、粗糙度、配合等便于軸上零件的裝拆從承載觀點(diǎn)中間受彎矩大

軸上零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系，從而確定各段軸徑。不同的裝配方案，軸的結(jié)構(gòu)形式就不同。設(shè)計(jì)時(shí)多種方案分析比較，擇優(yōu)。三.軸上零件的定位和固定：定位----使軸上的零件保持準(zhǔn)確的工作位置，防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生軸向或周向的相對運(yùn)動。軸向定位周向定位軸向定位的方法軸肩定位：多用于軸向力較大的場合套筒定位：多用于兩個(gè)零件之間的定位。圓螺母定位：可承受大的軸向力，一般用于軸端零件的固定。（注意：防松結(jié)構(gòu)）軸端擋圈：用于軸端零件的固定。其它：用于較小軸向力的場合。如：彈性擋圈、緊定螺釘、鎖緊擋圈、圓錐面定位等。軸承端蓋定位：一般也用于整個(gè)軸系的軸向定位方法：鍵、花鍵、銷、緊定螺釘、過盈配合、成型聯(lián)接等。2.周向定位：1.軸向定位軸肩與軸環(huán)套筒軸向定位圓螺母軸端擋圈軸向定位

端蓋軸向定位軸向定位彈性擋圈緊定螺釘銷圓錐面平鍵、花鍵緊定螺釘銷過盈配合成形聯(lián)接零件的周向固定注意：與標(biāo)件配合的軸徑不能任意取。盡可能結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)還要保證零件所需的裝配和調(diào)整空間。五．制造、裝配工藝性考慮四.軸的各段直徑及各段長度的確定：2.直徑相近的軸段，其過渡圓角、倒角、鍵槽、退刀槽等結(jié)構(gòu)尺寸盡量統(tǒng)一，以減少刀具數(shù)量和換刀時(shí)間。退刀槽越程槽1.必要的工藝結(jié)構(gòu)（退刀槽、越程槽）：已標(biāo)準(zhǔn)化，尺寸盡量一致3.不同軸段的各鍵槽方向應(yīng)一致。4.與零件過盈配合的軸端應(yīng)有導(dǎo)向錐面。

除了要考慮強(qiáng)度、定位、安裝等因素外，從降低成本而言，階梯的數(shù)量越少越好，多加工一個(gè)接階梯，就多一次對刀，多調(diào)整更換一次量具，相應(yīng)應(yīng)力集中源也增多，不利于提高軸的疲勞強(qiáng)度。總之在保證使用的條件下，力求結(jié)構(gòu)簡單。1.合理的部置軸上零件以減小軸的載荷：

盡可能減小跨距和懸臂長度（盡可能不用懸臂支撐形式）；2.改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)以減小軸上的載荷：3.減小應(yīng)力集中（尤其合金鋼）——

圓角過度、卸載4.改進(jìn)軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強(qiáng)度：4.精度合理：5.階梯的數(shù)量：六．提高軸的強(qiáng)度的措施：粗糙度表面強(qiáng)化處理

傳動零件盡可能靠近軸承。15.3軸的強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算準(zhǔn)則：滿足軸的強(qiáng)度、剛度要求，對高速軸還應(yīng)驗(yàn)算其振動穩(wěn)定性。方法：初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，再進(jìn)行效核計(jì)算。一.軸的強(qiáng)度效核計(jì)算①對傳動軸，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算；②對心軸，按彎曲強(qiáng)度計(jì)算；③對轉(zhuǎn)軸，按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算。必要時(shí)還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確計(jì)算；④對瞬時(shí)過載很大的軸，還應(yīng)效核其靜強(qiáng)度。以免塑性變形過大。該方法適用于只承受扭矩的傳動軸，亦可對轉(zhuǎn)軸進(jìn)行近似計(jì)算。對于轉(zhuǎn)軸由軸的結(jié)構(gòu)而定轉(zhuǎn)矩彎矩(跨距？力作用點(diǎn)？)解決辦法：用降低來考慮的影響見P339表15-3*設(shè)計(jì)式：抗彎截面模量僅考慮的強(qiáng)度條件為軸傳遞的功率，Kw對于實(shí)心圓軸的強(qiáng)度條件為：為軸的轉(zhuǎn)速,r/min軸的直徑，mm1.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算(初算軸徑)對于空心圓軸：空心圓軸的內(nèi)徑注意d>100mm：開有一個(gè)鍵槽時(shí)，增大3%；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，增大7%；d

100mm：開有一個(gè)鍵槽時(shí)，增大5

7%；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，增大10

15%。2.軸上開有鍵槽時(shí)，應(yīng)增大軸徑3.該直徑只能作為承受扭矩作用的軸段的最小直徑dmin。亦可按經(jīng)驗(yàn)公式來估算軸徑，一般減速機(jī)中：高速軸電機(jī)直徑中心距各級低速軸1.

是由軸的材料和承載情況確定的系數(shù)，

取值軸結(jié)構(gòu)簡圖水平彎矩圖轉(zhuǎn)矩圖當(dāng)量彎矩圖垂直面受力簡圖垂直彎矩圖合成彎矩圖1）已知：

軸上零件的位置，支撐位置,載的大小、方向、性質(zhì)。2）計(jì)算步驟：2.按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算（一般軸）：

材料力學(xué)第三強(qiáng)度理論，同時(shí)承受和的某一截面強(qiáng)度條件為：對于直徑d的實(shí)心軸水平面受力簡圖

當(dāng)量彎矩和在轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的應(yīng)力性質(zhì)可能不同。

產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力為：大小和方向不變大小經(jīng)常變化大小和方向經(jīng)常變化靜應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力將轉(zhuǎn)化為對稱循環(huán)變化來考慮折算系數(shù)

（）ott

（）ot

（）to軸的應(yīng)力分為三類

轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度計(jì)算校核式：危險(xiǎn)截面最大處較大且較小處見P331表15-1按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)用場合：注意1.對轉(zhuǎn)軸：按彎扭合成只考慮了循環(huán)特性的差異，沒考慮應(yīng)力集中等因素的影響，只是粗略的計(jì)算，對重要軸應(yīng)作精確計(jì)算。2.對心軸：

轉(zhuǎn)動心軸：

固定心軸：考慮啟動、停車等的影響，彎矩視脈動循環(huán)受彎曲、扭剪應(yīng)力復(fù)合作用的強(qiáng)度條件:計(jì)算安全系數(shù)受彎矩的安全系數(shù)受扭矩的安全系數(shù)許用安全系數(shù)P3663.按安全系數(shù)校核計(jì)算(重要軸)目的：確定變應(yīng)力情況下軸的安全度。已知：軸的外形、尺寸、作用在軸上的載荷。確定危險(xiǎn)截面短時(shí)嚴(yán)重過載場合4.靜強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算：

提高軸的強(qiáng)度的常用措施增大軸徑；改變材料及熱處理；改進(jìn)軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強(qiáng)度改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二．剛度計(jì)算：扭轉(zhuǎn)、彎曲三.軸的振動穩(wěn)定性計(jì)算：

外力頻率與軸