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机械原理——机械的平衡 第12章 轴 12-1 概述 12-2 轴的结构和材料 12-3 轴的计算 基本要求: 了解转轴、心轴和传动轴的载荷的特点 掌握轴的结构设计的方法，熟悉轴上零件的轴向和周向定位方法，明确轴的结构设计中应注意的问题 掌握轴的三种强度计算方法 了解轴的刚度计算方法 本章特点： 轴的设计过程是结构设计与强度 或刚度 校核计算交替进行，逐步完善的 12-1 概述 轴：支承回转零件的零件 一、轴的功用 1. 支承旋转零件并传递运动和动力 2. 保证所有轴上零件有确定的轴向工作位置 二、轴的分类 1 按载荷性质分类 2 按形状分类 1 按载荷性质分类 心轴：只承受弯矩，不承受转矩 传动轴：主要承受转矩 转轴：既承受弯矩，又承受转矩 2 按形状分类 直轴、曲轴、软轴 三、轴设计解决的问题 1、结构问题 — 确定轴的形状和尺寸 2、强度问题 — 防止轴发生疲劳断裂 3、刚度问题 — 防止轴发生过大的弹性变形 4、振动稳定性问题 — 防止轴发生共振 1.拟定轴上零件装配方案 2.估算轴的最小直径ｄmin 3.确定各段直径及长度 4.确定轴的结构要素 12-2 轴的结构和材料 一、轴的结构 二、轴的材料 一、轴的结构 轴头：轴和旋转零件的配合部分 轴颈：轴和轴承配合的部分 轴身：连接轴颈与轴头部分 轴肩 轴环 ：轴的直径变化所形成的阶梯处 轴的结构设计的要求 1. 制造工艺性要求： 轴应有良好的制造工艺，便于加工 2. 装拆要求： 轴上零件要易于装拆、调整 3. 定位和固定要求： 轴与轴上零件要有准确的工作位置，并牢固地保持这一位置 4. 尽量减少应力集中, 改善轴的受力状态 1 制造工艺性要求 轴应有良好的制造工艺，便于加工 加工方法不同，轴的结构也可能不同 键槽应位于同一母线上；螺纹退刀槽；砂轮越程槽 2 装拆要求 轴上零件要易于装拆、调整 不同的装拆方案，得到不同结构 轴的直径应圆整成标准值 阶梯状轴——轴端应有45°倒角 非定位轴肩 便于装配 、定位轴肩 零件定位 设计轴肩时应注意: 轴承定位轴肩 套筒 不能过高 以便拆卸 轴长应略短于轮毂宽度 保证零件固定 轴肩圆角ｒ＜轮毂孔圆角Ｒ 倒角Ｃ 3 定位和固定要求 轴与轴上零件要有准确的工作位置 定位：零件有准确的工作位置 固定：零件在轴上的位置牢固可靠 周向固定 轴向定位和固定 周向定位和固定 防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩 常用的周向固定方法： 键、花键、紧定螺钉、过盈配合等 轴向定位和固定 防止轴上零件工作时发生轴向蹿动 常用的轴向定位和固定方法： 轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈等 轴头长度 轮毂的轴向长度 4 尽量减少应力集中, 改善轴的受力状态 尽量减少应力集中： 轴肩处要有过渡圆角 相邻轴径的变化不宜太大 改善零件位置及结构, 以改善轴的受力状态 结构示例1 结构示例2：结构改错 ① 无定位轴肩 ② 端盖无密封 ③ 键槽太长 ④无非定位轴肩 ⑤套筒太高 ⑥ 轴承没定位 ⑦ 轴向定位不确定 ⑧ 轴承用错或装错 ⑨ 无调整垫片 ⑩ 端盖端面无凹坑加工量大 二、轴的材料 轴的材料，见表12-1 1. 钢： 碳素钢 ：优质碳素钢:35、 50 、 45 轴钢 普通碳素钢Q235、Q255、Q275 合金钢：20Cr、20CrMnTi、40Cr、35SiMn、35CrMo 2. 球墨铸铁: QT500-5、QT600-2 12-3 轴的计算 轴的工作能力主要取决与强度和刚度，高速轴还要校核振动稳定性 一、轴的强度计算 二、轴的刚度计算 一、轴的强度计算 轴的计算流程： 1 按扭转强度计算 适用状况： 1 轴只传递转矩，不承受弯矩（或很小的弯矩） 2 弯矩未知，按扭距作初步计算 扭剪应力: 2 按弯扭合成强度计算 适用状况： 轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大小、方向和作用点已知——准确计算 弯、扭联合作用时，采用第三强度理论 步骤： 绘制受力计算简图 计算所有力引起的弯矩 合成弯矩M 计算扭矩 合成当量弯矩M’ 强度条件： 弯扭合成设计公式 设计公式： 对只承受弯矩的心轴： 对转动心轴： 对不转动心轴： 二、轴的刚度计算 一、弯曲刚度计算 挠度条件： 倾角条件： 二、 扭转刚度计算 扭角条件： * * 机械设计基础 —— 轴 机械设计基础 —— 轴 机械设计基础 —— 轴 机械设计基础 —— 轴 机械设计基础 —— 轴 轴的结构设计 轴的强度计算 其它计算 1.刚度计算 2.振动稳定性计算 临界转速 1.许用切应力法 扭转强度 2.许用弯曲应力法 弯扭合成强度 3.安全系数计算法：疲劳强度计算、静强度计算 机械设计基础 —— 轴 机械设计基础 —— 轴 轴颈 轴头 轴身 机械设计基础 —— 轴 机械设