第17章軸的連接

1、學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1.1.了解了解軸的分類及常用材料；軸的分類及常用材料；2.2.掌握掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算方法。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算方法。學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)重點(diǎn)：重點(diǎn)： 階梯軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算方法。階梯軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算方法。學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)難點(diǎn)：難點(diǎn)： 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第第1717章章 軸的連接軸的連接一、軸的功用和分類一、軸的功用和分類17.1 概述概述功用功用：用來(lái)：用來(lái)支撐支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等鏈輪、凸輪等, ,傳傳遞遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。類類型型轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩。傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：按

2、承受載荷分有： 分類分類：按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：帶式運(yùn)帶式運(yùn)輸機(jī)輸機(jī)減速器減速器電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 1軸的功用和分類軸的功用和分類17.1 概述概述功用功用：用來(lái)：用來(lái)支撐支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等鏈輪、凸輪等, ,傳傳遞遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。類類型型轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩。傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：按承受載荷分有： 分類分類：按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩。只傳遞扭矩。 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 后橋后橋 傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸 1軸的功用和分類軸的功用和分類17.1 概述概述功用功用：用來(lái)：用來(lái)支撐支撐

3、旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等鏈輪、凸輪等, ,傳傳遞遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。類類型型轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩。傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：按承受載荷分有： 分類分類：按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩。只傳遞扭矩。心軸心軸-只承受彎矩。只承受彎矩。 前輪輪轂前輪輪轂 固定心軸固定心軸 火車輪軸火車輪軸 車廂重力車廂重力 自行車自行車前輪軸前輪軸 支撐反力支撐反力 轉(zhuǎn)動(dòng)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸 前叉前叉 1軸的功用和分類軸的功用和分類17.1 概述概述功用功用：用來(lái)：用來(lái)支撐支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒

4、輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等鏈輪、凸輪等, ,傳傳遞遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。類類型型轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩。傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：按承受載荷分有： 分類分類：按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩。只傳遞扭矩。心軸心軸-只承受彎矩。只承受彎矩。直軸直軸光軸光軸 階梯軸階梯軸 1軸的功用和分類軸的功用和分類17.1 概述概述功用功用：用來(lái)：用來(lái)支撐支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等鏈輪、凸輪等, ,傳傳遞遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。類類型型轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩。傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：按承受載荷分有：

5、分類分類：按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩。只傳遞扭矩。心軸心軸-只承受彎矩。只承受彎矩。直軸直軸光軸光軸 階梯軸階梯軸 曲軸曲軸制1軸的功用和分類軸的功用和分類功用功用：用來(lái)：用來(lái)支撐支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等鏈輪、凸輪等, ,傳傳遞遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。類類型型轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸-傳遞扭矩又承受彎矩。傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：按承受載荷分有： 分類分類：按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸-只傳遞扭矩。只傳遞扭矩。心軸心軸-只承受彎矩。只承受彎矩。直軸直軸光軸光軸 階梯軸階梯軸 曲軸曲軸17.1 概述概述

6、撓性鋼絲軸撓性鋼絲軸郭宏亮教授研制n轉(zhuǎn)軸：同時(shí)承受彎矩和扭矩n心軸：只受彎矩，不受扭矩n固定心軸n轉(zhuǎn)動(dòng)心軸n傳動(dòng)軸：主要受扭矩，不受彎矩或彎矩很小載荷載荷運(yùn)轉(zhuǎn)情況運(yùn)轉(zhuǎn)情況應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸彎曲扭彎曲扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)單向單向彎曲：對(duì)稱彎曲：對(duì)稱 扭轉(zhuǎn)：脈動(dòng)扭轉(zhuǎn)：脈動(dòng)雙向雙向彎曲：對(duì)稱彎曲：對(duì)稱 扭轉(zhuǎn)：對(duì)稱扭轉(zhuǎn)：對(duì)稱心軸心軸彎曲彎曲固定固定靜應(yīng)力或脈動(dòng)靜應(yīng)力或脈動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱對(duì)稱傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)單向單向脈動(dòng)脈動(dòng)雙向雙向?qū)ΨQ對(duì)稱各種軸的受力12341傳動(dòng)軸：傳動(dòng)軸：T2轉(zhuǎn)軸：轉(zhuǎn)軸：T + M3轉(zhuǎn)軸：轉(zhuǎn)軸：T + M4心軸心軸 ：MMotor種種類類碳素鋼：碳素鋼：35、45、50、Q235 軸的毛坯

7、軸的毛坯: :一般用一般用圓鋼圓鋼或或鍛鋼鍛鋼，有時(shí)也用，有時(shí)也用鑄鋼鑄鋼或或球墨鑄鐵球墨鑄鐵。合金鋼合金鋼: : 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等等用途：用途：碳結(jié)構(gòu)鋼因具有較好的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用較多，碳結(jié)構(gòu)鋼因具有較好的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用較多， 尤其是尤其是4545鋼應(yīng)用最廣鋼應(yīng)用最廣。合金鋼具有較高的力學(xué)性。合金鋼具有較高的力學(xué)性 能，但價(jià)格較貴，多用于有能，但價(jià)格較貴，多用于有特殊要求的軸特殊要求的軸。正火或調(diào)質(zhì)處理。正火或調(diào)質(zhì)處理。表表17-2 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能軸的常用材料及其主要力學(xué)性能 材料及熱處理材料及熱處理毛坯直徑毛坯直徑mm硬度硬

8、度HBS強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限b 屈服極限屈服極限s MPa彎曲疲勞極限彎曲疲勞極限-1應(yīng)用說(shuō)明應(yīng)用說(shuō)明Q235440240200用于不重要或載用于不重要或載荷不大的軸荷不大的軸35 正火正火 520270250有較好的塑性和有較好的塑性和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，可適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，可用于一般曲軸、用于一般曲軸、轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸。100149187 二二 軸的材料軸的材料表表17-2 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能（續(xù)）軸的常用材料及其主要力學(xué)性能（續(xù)）材料牌號(hào)材料牌號(hào) 熱處理熱處理 毛坯直徑毛坯直徑 硬度硬度 mm HBSmm HBS抗拉強(qiáng)抗拉強(qiáng)度極限度極限b b屈服強(qiáng)屈服強(qiáng)度極限度極限s s彎曲疲彎曲疲勞極限勞極限-1-

9、1剪切疲剪切疲勞極限勞極限-1-1許用彎許用彎曲應(yīng)力曲應(yīng)力-1-1 備備 注注應(yīng)用最為廣泛應(yīng)用最為廣泛用于不太重要及受用于不太重要及受載荷不大的軸載荷不大的軸用于載荷較大，而無(wú)用于載荷較大，而無(wú)大的沖擊的重要軸大的沖擊的重要軸用于很重要的軸用于很重要的軸用于重要軸，性能用于重要軸，性能近于近于40CrNi40CrNi用于要求高耐磨性，用于要求高耐磨性，高強(qiáng)度且熱處理變高強(qiáng)度且熱處理變形很小的軸形很小的軸用于要求強(qiáng)度及韌用于要求強(qiáng)度及韌性均較高的軸性均較高的軸用于腐蝕條件下的軸用于腐蝕條件下的軸用于高、低溫及腐用于高、低溫及腐蝕條件下的軸蝕條件下的軸用于制造復(fù)雜外形用于制造復(fù)雜外形的軸的軸 10

10、0 400420 225 100250 375390 215 170 105 40 100 170217 590 295 255 140 100300 162217 570 285 245 135 100300 685 490 335 185 241286 100300 240270 785 570 370 210 100300 217269 685 540 345 195 100160 241277 785 590 375 220 60100 277302 835 685 410 270 200 217255 640 355 275 155 100 735 540 355 200 100 2

11、70300 900 735 430 260 100 229286 735 590 365 210 60 293321 930 785 440 280 淬火淬火 60 5662 640 390 305 160 5560707570756075 100 241 835 635 395 230 100 530 190 115 100200 490 180 110 190270 600 370 215 185 245335 800 480 290 250 45195 192滲碳滲碳 滲碳滲碳回火回火 HRC調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)正火正火熱軋或鍛熱軋或鍛后空冷后空冷Q235A4540C

12、r40CrNi38SiMnMo38CrMoAlAMPa20Cr3Cr13 1Cr18NiTi QT600-3 QT800-2調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)淬火淬火軸的設(shè)計(jì)過(guò)程軸的設(shè)計(jì)過(guò)程n設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)任務(wù)：根據(jù)工作要求并考慮制造工藝等因素，選用合根據(jù)工作要求并考慮制造工藝等因素，選用合 適的適的材料材料、初算軸徑進(jìn)行、初算軸徑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，定出軸的結(jié)構(gòu)形狀和，定出軸的結(jié)構(gòu)形狀和 尺寸，再進(jìn)行尺寸，再進(jìn)行工作能力計(jì)算工作能力計(jì)算。n軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 根據(jù)軸上零件的根據(jù)軸上零件的安裝安裝、定位定位以及以及軸的制造工藝軸的制造工藝等方面的要求，合理地等方面的要求，合理地確定軸的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸

13、結(jié)構(gòu)形式和尺寸。 n工作能力計(jì)算：工作能力計(jì)算： 軸的承載能力驗(yàn)算指的是軸的軸的承載能力驗(yàn)算指的是軸的強(qiáng)強(qiáng)度度、剛度剛度和和振動(dòng)穩(wěn)定性振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的驗(yàn)算等方面的驗(yàn)算 n 軸的設(shè)計(jì)過(guò)程：軸的設(shè)計(jì)過(guò)程：N 選擇材料選擇材料 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的承載能力驗(yàn)算軸的承載能力驗(yàn)算驗(yàn)算合格驗(yàn)算合格?結(jié)結(jié) 束束Y軸上零件要便于裝拆和調(diào)整，即滿足軸上零件的軸上零件要便于裝拆和調(diào)整，即滿足軸上零件的 裝配要求裝配要求；軸和軸上零件有準(zhǔn)確的工作位置，各零件要牢固軸和軸上零件有準(zhǔn)確的工作位置，各零件要牢固 而可靠地相對(duì)固定，即滿足零件而可靠地相對(duì)固定，即滿足零件定位要求定位要求；加工方便和節(jié)省材料，即滿足加工方

14、便和節(jié)省材料，即滿足結(jié)構(gòu)工藝性要求結(jié)構(gòu)工藝性要求；軸上零件受力合理軸上零件受力合理, ,并盡量減少應(yīng)力集中，即滿足并盡量減少應(yīng)力集中，即滿足 強(qiáng)度要求強(qiáng)度要求。軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求：軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求：17-2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸上零件的裝配要求軸上零件的裝配要求 軸端擋圈軸端擋圈 帶輪帶輪 軸承蓋軸承蓋 套筒套筒 齒輪齒輪 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承 典型軸系結(jié)構(gòu)典型軸系結(jié)構(gòu)一、擬定軸上零件的裝配方案一、擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案：裝配方案：確定軸上零件的確定軸上零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系。裝配方向、順序和相互關(guān)系。 軸上零件的裝配方案不同，則軸的結(jié)構(gòu)形狀也不相同。設(shè)軸上零件的裝

15、配方案不同，則軸的結(jié)構(gòu)形狀也不相同。設(shè)計(jì)時(shí)可擬定幾種裝配方案，進(jìn)行分析與選擇。計(jì)時(shí)可擬定幾種裝配方案，進(jìn)行分析與選擇。 圖示減速器輸出軸就有兩種裝配方案。圖示減速器輸出軸就有兩種裝配方案。sa B c L a圓錐圓柱齒輪圓錐圓柱齒輪二級(jí)減速器二級(jí)減速器 方案二需要一個(gè)用于軸向定位的長(zhǎng)套筒，加工工藝復(fù)雜，方案二需要一個(gè)用于軸向定位的長(zhǎng)套筒，加工工藝復(fù)雜，且質(zhì)量較大，故不如方案一合理且質(zhì)量較大，故不如方案一合理 。方案一方案一方案二方案二二、軸上零件的定位要求二、軸上零件的定位要求 軸肩軸肩-階梯軸上截面變化之處。階梯軸上截面變化之處。軸肩軸肩 套筒套筒 定位方法：定位方法：軸肩、套筒、圓螺母、擋

16、圈、軸承端蓋。軸肩、套筒、圓螺母、擋圈、軸承端蓋。軸向固定軸向固定由軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。由軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。雙向固定雙向固定軸肩的尺寸要求軸肩的尺寸要求:r C1 或或 r Rb1.4h(與滾動(dòng)軸承相配合處的與滾動(dòng)軸承相配合處的h和和b值值,見(jiàn)軸承標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)軸承標(biāo)準(zhǔn))DdrRC1rh(0.07d+3)(0.1d+5)mmDdrRbDdC1Ddrhh無(wú)法采用套筒或套筒太長(zhǎng)時(shí)，可采用無(wú)法采用套筒或套筒太長(zhǎng)時(shí)，可采用雙圓螺母雙圓螺母加以固定。加以固定。裝在軸端上的零件往往采用裝在軸端上的零件往往采用軸端擋圈、圓錐面軸端擋圈、圓錐面定位。定位。軸端擋圈軸端擋圈 雙圓螺母雙圓螺

17、母 軸向力較小時(shí)，軸向力較小時(shí)，可采用彈性擋圈或緊定螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刹捎脧椥該跞蚓o定螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn)。周向固定周向固定大多采用鍵、花鍵、過(guò)大多采用鍵、花鍵、過(guò)盈配合或型面聯(lián)接等形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。盈配合或型面聯(lián)接等形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。鍵槽應(yīng)設(shè)計(jì)成鍵槽應(yīng)設(shè)計(jì)成同一加工直線同一加工直線例：說(shuō)出軸系中各零件的軸向和周向定位方法。例：說(shuō)出軸系中各零件的軸向和周向定位方法。軸端擋圈軸端擋圈注意：為定位可靠，安裝輪轂的軸段應(yīng)比輪轂短注意：為定位可靠，安裝輪轂的軸段應(yīng)比輪轂短23mm。 如、兩處。如、兩處。箱體箱體端蓋端蓋三、各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定三、各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定 確定軸段直徑大小的基本原則：確定軸段直徑大小的基本原則

18、： 軸段直徑大小取決于作用在軸上的載荷大??；1)按軸所受的按軸所受的扭矩扭矩估算軸徑，作為軸的最小軸徑估算軸徑，作為軸的最小軸徑dmin。4)有配合要求的零件要有配合要求的零件要便于裝拆便于裝拆。 3)安裝標(biāo)準(zhǔn)件的軸徑，應(yīng)滿足安裝標(biāo)準(zhǔn)件的軸徑，應(yīng)滿足裝配尺寸裝配尺寸要求。要求。2)有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑標(biāo)準(zhǔn)直徑。5)與齒輪和聯(lián)軸器等零件相配合部分的軸段長(zhǎng)度一般與齒輪和聯(lián)軸器等零件相配合部分的軸段長(zhǎng)度一般 應(yīng)比輪轂寬度應(yīng)比輪轂寬度短短2-3mm。 最小軸徑最小軸徑dmin的確定的確定: mmnPA30MPaTndP362 .01055.9TTWT3362

19、 . 01055. 9nPdT扭矩扭矩 ，T許用應(yīng)力，許用應(yīng)力，WT抗扭截面系數(shù)，抗扭截面系數(shù)，P功率，功率，n轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速，d計(jì)算直徑，計(jì)算直徑，A0材料系數(shù)。材料系數(shù)。 Q275, 35 40Cr, 35SiMn 1Cr18Ni9Ti 38SiMnMo, 3Cr13 T(N/mm ) 1525 2035 2545 3555A0 149126 135112 126103 11297表表 常用材料的常用材料的T值和值和A0值值 軸的材料軸的材料 Q235-A3, 2045R5 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00 R10 1.00 1.25 1.60 2.00 2.50

20、3.15 4.00 5.00 6.30 8.00 10.00 1.00 1.12 1.25 1.40 1.60 1.80 2.00 2.24 2.50 2.80 3.15 3.55 4.00 4.50 5.00 5.60 6.30 7.10 8.00 9.00 10.00 1.00 1.06 1.12 1.18 1.25 1.32 1.40 1.50 1.60 1.70 1.801.90 2.00 2.12 2.24 2.36 2.50 2.65 2.80 3.00 3.15 3.353.55 3.75 4.00 4.25 4.50 4.75 5.00 5.30 5.60 6.00 6.306

21、.70 7.10 7.50 8.00 8.50 9.00 9.50 10.00R40 R20 優(yōu)先數(shù)優(yōu)先數(shù)-表中任意一個(gè)數(shù)值。表中任意一個(gè)數(shù)值。 大于大于10的優(yōu)先數(shù)，可將表數(shù)值分別乘以的優(yōu)先數(shù)，可將表數(shù)值分別乘以10、100、1000 。 標(biāo)準(zhǔn)直徑應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)直徑應(yīng)按優(yōu)先數(shù)系選?。簝?yōu)先數(shù)系選?。?常用的與軸相配的標(biāo)準(zhǔn)件有常用的與軸相配的標(biāo)準(zhǔn)件有滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器等。等。 配合配合軸段的直徑應(yīng)由軸段的直徑應(yīng)由標(biāo)準(zhǔn)件和配合性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)件和配合性質(zhì)確定。確定。1) 裝配軸承裝配軸承 與滾動(dòng)軸承配合段軸徑一般為與滾動(dòng)軸承配合段軸徑一般為5的倍數(shù)；的倍數(shù)；(20385 mm) 與滑動(dòng)軸承配合段軸

22、徑應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)直徑系列軸套：與滑動(dòng)軸承配合段軸徑應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)直徑系列軸套： 32、35、38、40、45、48、50、55、60、65、70 . 2) 裝配聯(lián)軸器裝配聯(lián)軸器 配合段直徑應(yīng)符合聯(lián)軸器的尺寸系列：配合段直徑應(yīng)符合聯(lián)軸器的尺寸系列： 聯(lián)軸器的孔徑與長(zhǎng)度系列聯(lián)軸器的孔徑與長(zhǎng)度系列 孔徑孔徑d 30 32 35 38 40 42 45 48 50 55 65 60 63 65長(zhǎng)系列長(zhǎng)系列 82 112 142 短系列短系列 60 84 107 長(zhǎng)度長(zhǎng)度LQ 方案方案b 四、提高軸的強(qiáng)度的常用措施四、提高軸的強(qiáng)度的常用措施圖示為起重機(jī)卷筒兩種布置方案。A圖中大齒輪和卷筒聯(lián)成一體，轉(zhuǎn)距經(jīng)大齒輪直

23、接傳遞給卷筒，故卷筒軸只受彎矩而不傳遞扭矩。圖b中軸同時(shí)受彎矩和扭矩作用。故載荷相同時(shí)，圖a結(jié)構(gòu)軸的直徑要小。1)改進(jìn)軸上改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)零件的結(jié)構(gòu) TQ 方案方案 a 軸徑大軸徑大 軸徑小軸徑小 電動(dòng)機(jī)123FQ電動(dòng)機(jī)123FQ四、四、 提高軸的強(qiáng)度的常用措施提高軸的強(qiáng)度的常用措施當(dāng)軸上有兩處動(dòng)力輸出時(shí)，為了減小軸上的載荷，應(yīng)將輸入輪布置在中間。2)合理布置合理布置軸上零件軸上零件 輸出輸出 輸出輸出 輸入輸入 輸出輸出 輸出輸出 輸入輸入 Tmax= T1+T2Tmax = T1T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理合理 不合理不合理 3)改進(jìn)軸的改進(jìn)軸的局部結(jié)構(gòu)局部結(jié)構(gòu)可減小應(yīng)力集中

24、的影響可減小應(yīng)力集中的影響 合金鋼對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，應(yīng)加以合金鋼對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，應(yīng)加以注意注意。應(yīng)力集中出現(xiàn)在應(yīng)力集中出現(xiàn)在截面突然發(fā)生變化截面突然發(fā)生變化或或過(guò)盈配合邊緣處過(guò)盈配合邊緣處。措施：措施：用用圓角圓角過(guò)渡；過(guò)渡；盡量盡量避免避免在軸上開(kāi)橫孔、切口或凹槽在軸上開(kāi)橫孔、切口或凹槽;應(yīng)力集中處應(yīng)力集中處 R重要重要結(jié)構(gòu)可增加結(jié)構(gòu)可增加卸載槽卸載槽、增大軸徑增大軸徑、過(guò)渡肩環(huán)過(guò)渡肩環(huán)、凹切圓角凹切圓角、增大圓角半徑增大圓角半徑等也可以減小等也可以減小過(guò)盈配合處過(guò)盈配合處的局部應(yīng)力的局部應(yīng)力。增大軸的直徑增大軸的直徑應(yīng)力集中系數(shù)應(yīng)力集中系數(shù)可減少可減少3040%齒輪齒輪上開(kāi)上開(kāi)卸載槽

25、卸載槽應(yīng)力集中系數(shù)可應(yīng)力集中系數(shù)可減少減少1525%d1.05d30 r 凹切圓角凹切圓角 過(guò)渡肩環(huán)過(guò)渡肩環(huán) 軸上軸上開(kāi)開(kāi)卸載槽卸載槽應(yīng)力集中系數(shù)應(yīng)力集中系數(shù)可減少可減少40%1.061.06dd4)改善改善軸的軸的表面質(zhì)量表面質(zhì)量可提高軸的疲勞強(qiáng)度可提高軸的疲勞強(qiáng)度 表面愈粗糙表面愈粗糙 疲勞強(qiáng)度愈低；疲勞強(qiáng)度愈低；軸的表面粗糙度和強(qiáng)化處理方法會(huì)對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生影響 表面強(qiáng)化處理的方法有：表面強(qiáng)化處理的方法有： 表面高頻淬火；表面高頻淬火； 表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)處理；表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)處理； 碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理。碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理。 通過(guò)碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理時(shí)可使軸的表面

26、產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)通過(guò)碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理時(shí)可使軸的表面產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，從而提高軸的疲勞能力。力，從而提高軸的疲勞能力。 為便于軸上零件的裝拆，一般軸都做成從軸端逐漸向?yàn)楸阌谳S上零件的裝拆，一般軸都做成從軸端逐漸向中間增大的中間增大的階梯狀階梯狀。在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，工藝性越好。越簡(jiǎn)單，工藝性越好。零件的安裝次序五、五、 軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)工藝性 倒角倒角退刀槽退刀槽 裝零件的軸端應(yīng)有倒角，需要磨削的軸端有砂輪越程裝零件的軸端應(yīng)有倒角，需要磨削的軸端有砂輪越程槽，車螺紋的軸端應(yīng)有退刀槽。槽，車螺紋的軸端應(yīng)有退刀槽。H7/r6便于零件的裝配，便于零件

27、的裝配，減少配合表面的擦傷減少配合表面的擦傷的措施：的措施：H7/d11H7/r6 為了便于軸上零件的拆卸，軸肩高度為了便于軸上零件的拆卸，軸肩高度不能過(guò)大。不能過(guò)大。2) 配合段配合段前端前端制成錐度；制成錐度； 3) 配合段配合段前后前后采用不同的尺寸公差。采用不同的尺寸公差。 1) 在在配合段軸段前配合段軸段前應(yīng)采用較小的直徑；應(yīng)采用較小的直徑；結(jié)構(gòu)不合結(jié)構(gòu)不合理理軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò) 13211.軸肩太高，軸承無(wú)法拆下；軸肩太高，軸承無(wú)法拆下；2.應(yīng)加工螺紋退刀槽，保證螺紋牙能達(dá)到預(yù)期的高應(yīng)加工螺紋退刀槽，保證螺紋牙能達(dá)到預(yù)期的高度，且螺母應(yīng)頂緊軸承內(nèi)圈；度，且螺母應(yīng)頂緊軸承內(nèi)圈；

28、3.應(yīng)有軸肩，否則螺母無(wú)法擰入。應(yīng)有軸肩，否則螺母無(wú)法擰入。例：例：軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò) 1（改正）（改正）軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò) 21.左側(cè)鍵太長(zhǎng)，套筒無(wú)法裝入；左側(cè)鍵太長(zhǎng)，套筒無(wú)法裝入；2.多個(gè)鍵應(yīng)位于同一母線上；多個(gè)鍵應(yīng)位于同一母線上；3.輪轂上的鍵槽應(yīng)為通槽。輪轂上的鍵槽應(yīng)為通槽。123軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò) 2（改正）（改正）1鍵的布置無(wú)法安裝聯(lián)軸器；鍵的布置無(wú)法安裝聯(lián)軸器；2端蓋處應(yīng)減小加工面積；端蓋處應(yīng)減小加工面積；3、10端蓋與箱體間應(yīng)有墊圈；端蓋與箱體間應(yīng)有墊圈；4端蓋與軸連接處應(yīng)有密封圈；端蓋與軸連接處應(yīng)有密封圈；5安裝軸承處應(yīng)有軸肩；安裝軸承處應(yīng)有軸肩；6套筒高度

29、不能高于軸承內(nèi)圈高度；套筒高度不能高于軸承內(nèi)圈高度；7與齒輪配合的軸的長(zhǎng)度應(yīng)略小于齒輪寬度；與齒輪配合的軸的長(zhǎng)度應(yīng)略小于齒輪寬度；8軸承內(nèi)圈應(yīng)有定位軸肩；軸承內(nèi)圈應(yīng)有定位軸肩；9、11端蓋卡緊端高度應(yīng)小于軸承外圈高度；端蓋卡緊端高度應(yīng)小于軸承外圈高度；12、13箱體應(yīng)有剖面線。箱體應(yīng)有剖面線。 1、2聯(lián)軸器左端未軸向定位；左軸端應(yīng)短于聯(lián)軸器左端面，聯(lián)軸器左端未軸向定位；左軸端應(yīng)短于聯(lián)軸器左端面，便于有效定位。便于有效定位。3聯(lián)軸器沒(méi)有周向定位。聯(lián)軸器沒(méi)有周向定位。4端蓋軸孔處未密封。端蓋軸孔處未密封。5、10結(jié)合面沒(méi)有密封和調(diào)整墊圈。結(jié)合面沒(méi)有密封和調(diào)整墊圈。6、9軸承內(nèi)圈沒(méi)有定位。軸承內(nèi)圈沒(méi)

30、有定位。7齒輪沒(méi)有周向定位。齒輪沒(méi)有周向定位。8、14齒輪左右端面沒(méi)有軸向定位。齒輪左右端面沒(méi)有軸向定位。11軸端應(yīng)有倒角。軸端應(yīng)有倒角。12、13應(yīng)減小加工面積。應(yīng)減小加工面積。 17.3 軸的工作能力計(jì)算軸的工作能力計(jì)算根據(jù)軸的失效形式，對(duì)軸的計(jì)算內(nèi)容通常為根據(jù)軸的失效形式，對(duì)軸的計(jì)算內(nèi)容通常為: 強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算剛度計(jì)算剛度計(jì)算軸受載后發(fā)生軸受載后發(fā)生彎曲、扭轉(zhuǎn)等變形彎曲、扭轉(zhuǎn)等變形。如果變形過(guò)大，。如果變形過(guò)大，超過(guò)允許變形范圍，軸上零件就不能正常工作，甚至影響機(jī)器的超過(guò)允許變形范圍，軸上零件就不能正常工作，甚至影響機(jī)器的性能。因此，對(duì)于有剛度要求的軸，必須進(jìn)行剛度校核。軸的剛性能。因

31、此，對(duì)于有剛度要求的軸，必須進(jìn)行剛度校核。軸的剛度分為度分為彎曲剛度彎曲剛度和和扭轉(zhuǎn)剛度扭轉(zhuǎn)剛度。臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算若軸受載荷作用引起的強(qiáng)迫若軸受載荷作用引起的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率振動(dòng)頻率與軸的與軸的固有頻率固有頻率相同或接近相同或接近時(shí)，將產(chǎn)生時(shí)，將產(chǎn)生共振共振現(xiàn)象，以至于軸或軸上零件現(xiàn)象，以至于軸或軸上零件乃至整個(gè)機(jī)器遭到破壞。發(fā)生共振時(shí)軸的轉(zhuǎn)速稱為乃至整個(gè)機(jī)器遭到破壞。發(fā)生共振時(shí)軸的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速。因。因此，對(duì)于重要的軸，尤其是高速軸或受周期性外載作用的軸，都此，對(duì)于重要的軸，尤其是高速軸或受周期性外載作用的軸，都必須計(jì)算其臨界轉(zhuǎn)速，并使必須計(jì)算其臨界轉(zhuǎn)速，并使軸的工作轉(zhuǎn)速避開(kāi)臨

32、界轉(zhuǎn)速軸的工作轉(zhuǎn)速避開(kāi)臨界轉(zhuǎn)速。 軸的強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)根據(jù)軸的承載情況，采用相應(yīng)的計(jì)算方軸的強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)根據(jù)軸的承載情況，采用相應(yīng)的計(jì)算方法。常見(jiàn)的軸的強(qiáng)度計(jì)算有法。常見(jiàn)的軸的強(qiáng)度計(jì)算有三種方法三種方法按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算，按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算，安全系數(shù)校核計(jì)算。安全系數(shù)校核計(jì)算。 一、一、 軸的軸的強(qiáng)度強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算1. 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算只需知道只需知道轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩大小，方法簡(jiǎn)便，但大小，方法簡(jiǎn)便，但計(jì)算計(jì)算精度低精度低。它主要用于下列情況：。它主要用于下列情況：(1) 傳遞轉(zhuǎn)矩或以轉(zhuǎn)矩為主的傳遞轉(zhuǎn)矩或以轉(zhuǎn)矩為主的傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸；(2) 對(duì)于對(duì)于彎矩尚不能確定的彎矩尚

33、不能確定的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸，初步估算軸徑初步估算軸徑，將其，將其作為作為最小直徑最小直徑，以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；，以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；(3) 不重要的不重要的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸的最終計(jì)算。的最終計(jì)算。對(duì)于只傳遞扭矩的圓截面軸，強(qiáng)度條件為：對(duì)于只傳遞扭矩的圓截面軸，強(qiáng)度條件為： MPandP362 .01055.9TWT設(shè)計(jì)公式為設(shè)計(jì)公式為 mmnPC33362 . 01055. 9nPd計(jì)算結(jié)果為計(jì)算結(jié)果為 最小直徑最小直徑應(yīng)圓整為應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑標(biāo)準(zhǔn)直徑C由軸的材料和承載情況確定的系數(shù)。由軸的材料和承載情況確定的系數(shù)。常用材料的常用材料的值和值和C 值見(jiàn)表值見(jiàn)表17-3。T 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩軸傳遞的轉(zhuǎn)矩(Nmm)；WT

34、 軸的抗扭截面系數(shù)軸的抗扭截面系數(shù)(mm3) ； P 軸傳遞的功率軸傳遞的功率(kW)； n 軸的轉(zhuǎn)速軸的轉(zhuǎn)速(r/min)； 許用切應(yīng)力許用切應(yīng)力(MPa)；考慮鍵槽對(duì)軸有削弱，可按以下方式修正軸徑：考慮鍵槽對(duì)軸有削弱，可按以下方式修正軸徑： 軸徑軸徑d100mm d 增大增大5%7% d 增大增大10%15% 軸徑軸徑d100mm d 增大增大5% d 增大增大7% 有一個(gè)鍵槽有一個(gè)鍵槽 有兩個(gè)鍵槽有兩個(gè)鍵槽 軸的材料軸的材料 Q235-A3, 20 Q275, 35 45 40Cr, 35SiMn 1Cr18Ni9Ti 38SiMnMo, 3Cr13 (N/mm ) 1525 2035

35、2545 3555 C 149126 135112 126103 11297表表17-3 常用材料的常用材料的值和值和C值值 對(duì)于既傳遞扭轉(zhuǎn)又傳遞彎矩的軸，可按上式初步估算軸的直徑。對(duì)于既傳遞扭轉(zhuǎn)又傳遞彎矩的軸，可按上式初步估算軸的直徑。2 2、按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算、按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算適用前提適用前提在在軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，軸的主要結(jié)構(gòu)形狀和尺寸、，軸的主要結(jié)構(gòu)形狀和尺寸、軸上零件的位置、外載荷和支反力的作用位置均已確定。軸上零件的位置、外載荷和支反力的作用位置均已確定。適用對(duì)象適用對(duì)象同時(shí)受彎矩和轉(zhuǎn)矩的同時(shí)受彎矩和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸，僅受彎矩的，僅受彎矩的心軸。心軸。方法特點(diǎn)方法特點(diǎn)同時(shí)考慮

36、彎、扭，同時(shí)考慮彎、扭，按強(qiáng)度理論進(jìn)行合成按強(qiáng)度理論進(jìn)行合成，對(duì)軸對(duì)軸的危險(xiǎn)截面的危險(xiǎn)截面(即彎矩、扭矩大的截面即彎矩、扭矩大的截面)進(jìn)行強(qiáng)度校核進(jìn)行強(qiáng)度校核。一般的。一般的軸用此方法已足夠可靠。軸用此方法已足夠可靠。1) 軸的彎矩和扭矩分析軸的彎矩和扭矩分析 一般轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度用這一般轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度用這種方法計(jì)算，其步種方法計(jì)算，其步驟如下：驟如下： l1l2 2、按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算、按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算ABCDFNH2FNH2FrFaFtFNV1FNV2FNV1FNH2FNH2FNV2FNV1Fr水平面受力及彎矩圖水平面受力及彎矩圖 鉛垂面受力及彎矩圖鉛垂面受力及彎矩圖 水平鉛垂彎矩合成圖水平鉛垂彎矩合

37、成圖 扭矩圖扭矩圖 TFNV1FaMa=Fa r1) 軸的彎矩和扭矩分析軸的彎矩和扭矩分析 一般轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度用這一般轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度用這種方法計(jì)算，其步種方法計(jì)算，其步驟如下：驟如下： L1L2L3MHMHMV1MV2M1M2T2 2、按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算、按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)于一般鋼制軸，可用第三強(qiáng)度理論（最大切應(yīng)力理論）求出危險(xiǎn)截面的當(dāng)量應(yīng)力。224cbb彎曲應(yīng)力：彎曲應(yīng)力：扭切應(yīng)力：扭切應(yīng)力：WMbTWT32/3dM31 . 0 dMWT2W-抗彎截面系數(shù)；抗彎截面系數(shù)； WT -抗扭截面系數(shù)；抗扭截面系數(shù)；2) 軸的強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度校核 按第三強(qiáng)度理論得出的軸的強(qiáng)度條件為：按第三強(qiáng)度理論得出的軸的

38、強(qiáng)度條件為：注：近似計(jì)算時(shí)，單、雙鍵槽一般可忽略，花鍵軸截面可視為直注：近似計(jì)算時(shí)，單、雙鍵槽一般可忽略，花鍵軸截面可視為直徑等于平均直徑的圓截面。徑等于平均直徑的圓截面。軸的抗彎和抗扭截面系數(shù)軸的抗彎和抗扭截面系數(shù)截面截面 W WT 截面截面 W WT 331 .032dd332 .016dddddd14343)1(1 .0)1(32dddd14343)1(2 .0)1(16dtdbtd2)(3223dtdbtd2)(1623)54.11(323d)1(163ddtdbtd23)(32dtdbtd23)(16DzbdDdDd32/ )()(24DzbdDdDd16/ )()(24bd1d1d

39、btDdbtddd因因b和和的循環(huán)特性不同，折合后得：的循環(huán)特性不同，折合后得：1 . 0132bdM12bMW 對(duì)于一般鋼制軸，可用第三強(qiáng)度理論（最大切應(yīng)力理論）求出危險(xiǎn)截面的當(dāng)量應(yīng)力。422bbe221TMW2224WTWMeWMee彎曲應(yīng)力：彎曲應(yīng)力：扭切應(yīng)力：扭切應(yīng)力：WMbTWT32/3dM31 . 0 dMWT2代入得：代入得：W-抗彎截面系數(shù)；抗彎截面系數(shù)； WT -抗扭截面系數(shù)；抗扭截面系數(shù)；3221 . 0)(dTM2) 軸的強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度校核 按第三強(qiáng)度理論得出的軸的強(qiáng)度條件為：按第三強(qiáng)度理論得出的軸的強(qiáng)度條件為：Me當(dāng)量彎矩當(dāng)量彎矩 相當(dāng)于將轉(zhuǎn)矩折算為彎矩相當(dāng)于將轉(zhuǎn)矩折算為彎矩 該式針對(duì)該式針對(duì)彎矩彎矩產(chǎn)生的產(chǎn)生的彎曲應(yīng)彎曲應(yīng)力力是是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而由，而由轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力切應(yīng)力往往往往不是對(duì)稱不是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力循環(huán)變應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)。為了考慮兩者循環(huán)特性的不同，引入特性的不同，引入換