机械设计基础（第2版）高教社第12章 轴

§12.1 概述 §12.2 轴的结构设计 §12.3 轴的强度计算 §12.4 轴的材料及选择 §12.5 轴的设计步骤 第12章 轴 12.1 概述 轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。 按照承受载荷的不同，轴可分为： 除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到不开敞地空 间位置。 转　轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。 心　轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。 传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。 直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。 按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。 轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。 12.2 轴的结构设计 轴上各段的名称 轴通常由轴头、轴颈、轴肩、轴环、轴端及不装任何零件的轴段等部分组成。 轴的结构和形状取决于： 轴的毛坯种类 轴上作用力的大小及分布情况 轴上零件的位置、配合性质以及联结固定的方法 轴承的类型、尺寸和位置 轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求 编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 12.2 轴的结构设计 12.2.1 轴的强度、刚度 轴的强度与工作应力的大小和性质有关。因此在选择轴的结构和形状时应注意以下几个方面： 使轴的形状接近于等强度条件，以充分利用材料的承载能力。 12.2 轴的结构设计 尽量避免各轴段剖面突然改变以降低局部应力集中，提高轴的疲劳强度。 12.2 轴的结构设计 改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。 改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。 12.2 轴的结构设计 12.2 轴的结构设计 12.2.2 零件在轴上的固定 周向固定 为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，轴上零件的周向固定必须可靠。常用的周向固定方法有键、花键、销和过盈配合等联接。 12.2 轴的结构设计 轴向固定 零件在轴上的轴向定位要准确而可靠，以使其安装位置确定，能承受轴向力而不产生轴向位移 轴肩由定位面和内圆角组成 12.2 轴的结构设计 用轴肩或轴环固定零件时，常需采用其他附件来防止零件向另一方向移动。 12.2 轴的结构设计 当轴向力不大而轴上零件间的距离较大时，可采用弹性挡圈固定。 12.2 轴的结构设计 当轴向力很小，转速很低或仅为防止零件偶然沿轴向滑动时，可采用紧定螺钉固定。 12.2 轴的结构设计 12.2.3 轴的加工和装配工艺性 轴的形状要力求简单，阶梯轴的级数应尽可能少，轴上各段的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸应尽可能统一，以利于加工和检验 轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退刀槽 当轴上有多处键槽时，应使各键槽位于轴的同一母线上 为使轴便于装配，轴端应有倒角 对于阶梯轴常设计成两端小中间大的形状，以便于零件从两端装拆 轴的结构设计应使各零件在装配时尽量不接触其他零件的配合表面，轴肩高度不能妨碍零件的拆卸 12.3 轴的强度计算 12.3.1 轴的扭转强度计算 　　这种方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计算。在 作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。 实心轴的直径为： 轴的扭转强度条件为 为了减少键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径 有一个键槽 有两个键槽 轴径d＞100mm 轴径增大3% 轴径增大7% 轴径d≤100mm 轴径增大5%～7% 轴径增大10%～15% 12.3 轴的强度计算 12.3.2 轴的弯扭合成强度计算 危险截面需要强度校核 建立力学模型 具体计算步骤…… 完成轴的结构设计后，作用在轴上外载荷（转矩和弯矩）的大小、方向、作用点、载荷种类及支点反力等就已确定．可按弯扭合成的理论进行轴危险截面的强度校核。 进行强度计算时通常把轴当作置于铰链支座上的梁，作用于轴上零件的力作为集中力，其作用点取为零件轮毂宽度的中点。支点反力的作用点一般可近似地取在轴承宽度的中点上。 12.3 轴的强度计算 计算步骤 （1）画出轴的空间力系图。将轴上作用力分解为水平面分力和垂直面 分力，并求出水平面和垂直面的支点反力。 （2）分别作出水平免的弯矩图和垂直免上的弯矩图 （3）计算出合成弯矩 绘出合成弯矩图 （4）作出转矩（T）图 （5）计算当量弯矩 ，绘出当量弯矩图 （6）校核危险截面的强度。 12.3 轴的强度计算 12.3.3 轴的强度计算 轴的计算5 1.