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第11章 轴 轴的分类和设计要求 一 轴的分类 按承受载荷分类　 轴可分为: 转轴 传动轴 心轴 转　轴 转　轴--同时承受转矩和弯矩，机械中大多数轴都是转轴，如安装齿轮(图a)、带轮、链轮的轴；　　 传动轴 传动轴--只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小，如汽车传动轴(图c)； 心　轴 心　轴--只承受弯矩而不传递转矩，如自行车前轴、机车车轴(图b)。 按轴线的形状分类 按轴线的形状分类　轴可分为：直轴、曲轴和挠性钢丝轴。 应用： 曲轴常用于内燃机等往复式机械中。 挠性钢丝轴由几层紧贴在一起的钢丝绕制而成，可以把转矩和旋转运动灵活地传到任何位置，常用于振捣器等设备中。 本章只研究直轴。 轴的组成 轴有轴头、轴颈、轴身组成 。 二、设计轴的要求 根据工作要求并考虑制造工艺等因素，选用合适材料，进行结构设计，经过强度和刚度计算，定出轴结构形状和尺寸，必要时还要考虑振动稳定性。 轴的材料 轴的力学模型是梁、多数要转动，因此其应力通常是对称循环。 其可能的失效形式有：疲劳断裂、过载断裂、弹性变形过大等。 轴上通常要安装一些带轮毂的零件，因此大多数轴应作成阶梯轴，切削加工量大。 综上所述，要求轴的材料有良好的综合机械性能，常采用中碳钢、中碳合金钢。 轴的常用材料 碳素钢 35、45、50等优质碳素结构钢因具有较高的综合力学性能，应用较多，其中以45钢用得最为广泛。 为了改善其力学性能，应进行正火或调质处理。不重要或受力较小的轴，则可采用Q235、Q275等碳素结构钢。 合金钢 合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。 例如采用滑动轴承的高速轴，常用20Cr、20CrMnTi等低碳合金结构钢，经渗碳淬火后可提高轴颈耐磨性； 汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，必须具有良好的高温力学性能，常采用40CrNi、38CrMoAlA等合金结构钢。 轴的毛坯以锻件优先、其次是圆钢； 尺寸较大或结构复杂者可考虑铸钢或球墨铸铁。 例如，用球墨铸铁制造曲轴、凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好，对应力集中的敏感性较低、强度较好等优点。 轴的基本直径的估算 本方法适用于传动轴的精确计算，也可用于转轴的近似计算。对于只传递转矩的圆截面轴，其强度条件为　　 对于既传递转矩又承受弯矩的轴，可用上式初步估算轴的直径，但必须把轴的许用剪应力[?]适当降低，以补偿弯矩对轴的影响。将降低后的许用应力代入上式，并改写为设计公式 式中A是由轴的材料和承载情况确定的常数，见表。 应用上式求出的d值，一般作为轴最细处的直径。 轴的结构设计 轴的组成 轴有轴头、轴颈、轴身组成 。 结构设计考虑 1)轴上零件的定位、固定； 2)轴上零件的装拆、调整； 3)轴的制造工艺性； 4)轴上零件的结构和位置安排。 一、轴上零件的定位和固定 1）轴上零件的轴向固定。 常采用轴肩和轴环、套筒、圆螺母或弹性挡圈、轴端挡圈、圆锥面等形式。 2）轴上零件的周向固定 轴上零件的周向固定。多采用键、花键、销或过盈配合等 二、轴上零件的装拆和调整 为便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯形。对于一般剖分式箱体中的轴，它的直径从轴端逐渐向中间增大。 如下图所示，可依次将齿轮、套筒、左端滚动轴承、垫片和锁紧螺母、透盖和带轮从轴的左端装拆，另一滚动轴承和弹性档圈从右端装拆。 三、提高轴疲劳强度的结构措施 轴的破坏大多为疲劳破坏。提高轴的疲劳强度，其关键是减少应力集中、提高轴的质量。主要措施见教材表。 1）相邻轴段圆角过渡 2）开卸荷槽 3）降低轴表面粗糙度 4）改变轴上零件布置，改善受力情况 5）减轻负荷 四、制造工艺要求 倒角 砂轮越程槽 螺纹退刀槽 键槽 在满足使用要求的情况下，轴的形状和尺寸应力求简单，精度要求应合理以便于降低加工成本。 倒角:为使轴上零件易于安装，轴端及各轴段的端部应有倒角。 砂轮越程槽：因砂轮不能磨削到角根部，因此应切出砂轮越程槽。 螺纹退刀槽：车制螺纹的轴段，为便于切制螺纹，应有退刀槽。 键槽:各轴段的键槽应尽可能划一(截面尺寸)，而且应布置在同侧母线上以便于加工。 五、轴上零件的结构和位置安排 1)减小扭矩 使传动零件与轴联成一体；轴上动力需 以两个轮输出时，输入轮一般布置在中间。 2)减小弯矩 轴上受力较大的零件尽可能放在靠近轴承处或缩短轴的长度。 轴的强度校核计算 前面对轴进行初步估算直径后，接着进行结构设计，画出轴的结构草图，确定轴的全部结构和尺寸，最后进行精确的强度校核。 一、按弯扭合成强度计算 第三强度理论： d为轴的直径(mm)； T为轴在计算截面上的扭矩(Nmm)； M为轴在计算截面上的合成弯矩(Nmm)； MH为水平面内的弯矩(Nmm)； MV为垂直面内的弯矩(Nmm)； α为切应