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第16章 轴 16-1 概述 16-2 轴的材料 16-3 轴的结构设计 16-4 轴的强度计算 16-5 轴的刚度计算 14-6 轴设计计算实例分析 16-1 概述 1 轴的作用是支撑回转零件（如齿轮、带轮），并传递转矩和运动。 2 分类 （1）按承受载荷 （2）按轴线形状 分类 （1）按承受载荷 转轴 传动轴 心轴 分类 （2）按轴线形状：直轴、曲轴、软轴 曲轴 挠性钢丝轴 直轴：光轴 阶梯轴 实心轴 空心轴 设计轴要解决的问题 轴的设计包含两个方面的内容： （1）设计计算： 进行强度计算，以保证具有足够的承载能力，防止断裂； 进行刚度计算，以防止工作时产生不允许的变形； 进行稳定性计算，以防止发生共振而破坏； （2）结构设计： 根据轴上零件装拆定位、加工等结构设计要求，确定轴的外形结构和各部分尺寸。 主要失效形式 16-2 轴的材料 对轴的材料要考虑的因素： ①轴的强度、刚度及耐磨性要求； ②热处理方法； ③材料来源； ④材料的加工工艺性； ⑤材料价格。 16-2 轴的材料 常采用碳素钢和合金钢 （1）碳素钢 35、45、50等优质碳素钢具有较高的综合力学性能，应用较多。其中45钢应进行正火或调质处理，为最常用。 （2）合金钢 具有较高的力学性能，但价格较贵，用于有特殊要求的场合。如采用滑动轴承的高速轴；汽轮发电机转子。用合金钢代替碳素钢并不能提高轴的刚度。 （3）球墨铸铁 成本低廉，吸振性好，对应力集中的敏感性低，强度较好。适用于外形复杂的轴，如曲轴、凸轮轴 16-3 轴的结构设计 轴结构设计就是使轴的各部分具有合理的形状和尺寸： 制造安装要求：轴应便于加工，轴上零件要易于装拆； 轴上零件定位：轴及轴上零件要准确定位； 轴上零件固定：各零件要牢固而可靠地相对固定； 改善受力状况，减小应力集中。 一、轴的组成 1,4轴头 2轴颈 5轴环 7轴端 6,3轴身 轴的结构应满足的基本要求： 加工工艺性要好,材料省、重量轻 便于轴上零件装拆 轴上零件要有准确的定位 轴上零件要有可靠的固定 尽量减小应力集中 加工工艺要求 光轴 等强度轴 阶梯轴 1、 轴的强度和刚度 （1）使轴的形状接近等强度条件，充分利用材料的承载能力。 ○ 对于只受转矩的传动轴，做成光轴，各轴端截面上的切应力相等。 ○ 对于受交变弯曲载荷的轴应做成阶梯轴。 1、轴的强度和刚度 (2)、降低应力集中 （1）采用大的过度圆角（例如：凹切圆角和肩环） （2）盘铣刀比端铣刀铣出的键槽应力集中小。 （3）过盈配合的轴段，过盈量要尽可能的小，必要时加卸载槽。 （4）轴上要尽可能的避免有打穿的销孔、横槽 1、 轴的强度和刚度 合理布置轴上零件 3 合理布置轴上的零件，改善受力状况 ● 改善轴的受力状况 改变轴上零件的结构或布置，使轴的受载减小。 结构设计示例 2 、轴上零件定位和固定 轴向固定 周向固定 2、轴上零件固定 轴向固定：齿轮 带轮 装零件的轴段长度通常比零件短2-3mm 2、轴上零件固定 轴向固定：齿轮 带轮 装零件的轴段长度通常比零件短2-3mm 续表 2、轴上零件固定 轴向力较小时 轴上零件的周向固定 用于传递运动和转矩，常用的周向固定是键 轴的结构工艺性 内容：便于加工和装配，保证精度，效率高，成本低。 砂轮越程槽 同一轴上键槽方向一致 3、制造安装要求 （1）便于装拆—做成阶梯形 （2）加工时的砂轮越程槽、退刀槽等 提高轴的表面质量 方法：辗压、喷丸、氮化、渗碳、淬火等 ※、轴的结构设计示例 轴的结构设计示例 各尺寸的意义 轴的结构设计示例 改错 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 16-4 轴的强度计算 1 按扭转强度计算 2 按弯扭合成强度计算 根据轴的承载情况，采用相应的计算方法。 一、 按扭转强度计算—初估轴径 轴在转矩T的作用下，产生切应力τ 对于圆截面的实心轴，其抗扭强度条件为： 此值圆整成标准直径作为轴最细处的直径。如果轴上有键槽，应将算得的最小直径适当增大。一个键槽放3%，两个键槽放7%，然后圆整。 轴的设计计算公式为： T ——轴所传递的转矩，N·mm WT——轴的抗扭截面系数，mm3 WT=πd3/16≈0.2 d3 P ——轴所传递的功率，Kw n ——轴的转速，r/min τ 、［τ］——轴的切应力、许用切应力，MPa d ——轴的估算直径，mm。 C ——由轴的材料和承载情况确定的常数，查表 材料 Q235，20 Q275，35 45 40Cr等高强度钢 [τ ]/MPa 12~20 20~30 30~40 40~52 C 158~134 134~117 117~106 106~