08章 軸 課件機械傳動系統(tǒng)設計與實踐

軸導學

導學

導學軸的功用和分類軸上零件的定位軸的結構設計及計算導學

導學講課目錄CONTENTS

軸軸的概述軸的結構設計軸的計算工程應用案例1.學習目標軸的功用、分類軸的材料軸的設計準則、軸的結構設計軸的計算導學

導學2.重點軸的分類軸上零件的定位軸的結構設計導學凸輪調(diào)節(jié)圓錐齒輪周轉(zhuǎn)輪系輸出軸轉(zhuǎn)速機構

導學3.難點根據(jù)軸的受載類型進行軸的分類

根據(jù)軸上零件進行軸的結構設計導學

導學

導學4.實踐與實訓根據(jù)軸上零件完成軸的結構設計

單級減速器軸的測繪導學軸軸概述軸的功用及類型

支承旋轉(zhuǎn)零件（齒輪、帶輪、鏈輪、聯(lián)軸器等），傳遞運動或動力按照軸線形狀不同可以分為：直軸、曲軸、撓性鋼絲軸。軸的功用及類型

撓性鋼絲軸曲軸直軸撓性軸可將旋轉(zhuǎn)運動靈活地傳到所需要的位置，常用于振搗器等設備。曲軸常用于往復式機械(如內(nèi)燃機、空氣壓縮機等)。軸的功用及類型

直軸按照承受載荷不同可以分為：轉(zhuǎn)軸、心軸、傳動軸。轉(zhuǎn)軸：機器中最常見的軸。工作時既承受彎矩又傳遞轉(zhuǎn)矩。

轉(zhuǎn)軸輪齒上的作用力在軸上引起彎矩和扭矩軸的功用及類型

心軸：用來支承轉(zhuǎn)動零件，只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩。按軸轉(zhuǎn)動與否，又可分為轉(zhuǎn)動心軸和固定心軸。M軸的功用及類型

傳動軸:

傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩，或彎矩很小。變速箱后橋傳動軸汽車中連接變速箱與后橋之間的軸軸的功用及類型

直軸按照結構形狀不同可以分為：光軸和階梯軸（剖面直徑有變化）光軸階梯軸軸的功用及類型

案例分析如圖所示的升降機12341——傳動軸：T2——轉(zhuǎn)軸：T+M3——轉(zhuǎn)軸：T+M4——心軸：MMotor××××

思考該案例中軸4上的卷筒與齒輪不采用螺栓連接為一體，而是卷筒在軸上也單獨固定，按照承受載荷的不同，請思考軸4屬于哪種類型。軸的材料

軸的常用材料主要是碳素鋼和合金鋼。軸的毛坯一般多為軋制圓鋼和鍛件。①碳素鋼常用30、40、45號鋼價格便宜，對應力集中敏感性小，為了保證機械性能，應進行調(diào)質(zhì)或正火處理。②合金鋼③鑄鐵40Cr、40CrNi、20Cr、20Cr2Ni4A、38SiMnMo易做成復雜的外形，價廉，具有良好的吸振性和耐磨性，對應力集中敏感性較低，但鑄造品質(zhì)難控制，可靠性較差QT600—3、QT800—2球墨鑄鐵或合金鑄鐵具有較高的機械強度，較好的熱處理性能，成本高，因此，一般用于特殊要求的軸（重載、高溫、高速等）但對應力集中敏感，設計時需從結構上避免或減小應力集中。軸軸的結構設計（一）軸的設計步驟軸的設計包括以下三方面的內(nèi)容：材料選擇軸的結構設計工作能力驗算軸上零件要方便裝拆、調(diào)整軸和軸上零件有準確的工作位置，且牢固可靠軸具有良好的制造工藝性改善軸的受力狀態(tài)，盡量減少應力集中軸的結構設計

（2）擬定軸上零件的裝配方案（1）確定軸的基本形式光軸結構簡單，易于加工，但是軸上零件比較多的結構，零件安裝后容易滑動不好定位，其用途相對單一階梯軸，其直徑從軸端逐漸向中間增加，更便于軸上零件的裝拆，因此，我們常將軸設計成階梯軸確定出軸上零件的裝配方向、順序和相互關系。1.軸上零件要方便裝拆、調(diào)整

軸的結構設計

如圖所示的裝配方案：鍵、齒輪、套筒、滾動軸承、軸承端蓋、鍵、聯(lián)軸器，依次從軸的右端向左安裝，左端裝有滾動軸承及其軸承端蓋。軸頭：軸上安裝旋轉(zhuǎn)零件的軸段①和④

④我們通常稱為軸端。軸頸：軸上安裝軸承的軸段②、⑤軸身：③鍵鍵毛氈密封①②③④⑤軸環(huán)1.軸上零件要方便裝拆、調(diào)整

為使零件易于安裝，軸端應有倒角。45

軸的結構設計

2.軸上零件的定位和固定軸與軸上零件要有準確的工作位置零件在軸上的位置牢固可靠定位－固定－軸向定位固定→不能有周向擺動→不能有軸向竄動周向定位固定→定位＋固定從結構作用上，往往同一個結構，既起定位作用，又起固定作用。軸的結構設計

2.軸上零件的定位和固定①軸上零件的軸向定位和固定軸向定位和固定軸肩和軸環(huán)軸環(huán)軸肩階梯軸上截面變化處叫軸肩軸肩軸肩套筒圓螺母或圓螺母+止動墊片彈性擋圈軸端擋圈+螺釘緊定螺釘軸端擋圈+螺釘套筒軸的結構設計

2.軸上零件的定位和固定為保證零件端面能靠緊定位面1）軸肩圓角半徑r必須小于零件轂孔的圓角半徑R或倒角高度C1;2）軸肩高度h應大于零件轂孔的圓角半徑R或倒角高度C1;

hDdbrRrhDdC1軸肩①軸上零件的軸向定位和固定——軸肩和軸環(huán)錯誤

3）為了有足夠的強度來承受軸向力，通常取h=(0.07d+3)~(0.1d+5)mm

。軸環(huán)寬度b≥1.4h。非定位軸肩:h

(1~2)mm。軸的結構設計

2.軸上零件的定位和固定①軸上零件的軸向定位和固定——軸肩和軸環(huán)為能拆卸軸承，應使h<δ。hδ軸肩優(yōu)點：結構簡單，定位可靠，可承受較大軸向力。軸的結構設計

2.軸上零件的定位和固定①軸上零件的軸向定位和固定——套筒特點：結構簡單,定位可靠,用于零件間距較小場合。軸的結構設計

2.軸上零件的定位和固定①軸上零件的軸向定位和固定——圓螺母雙圓螺母固定圓螺母+止動墊圈固定固定可靠,裝拆方便,可承受較大軸向力,但螺紋對軸削弱較大.應用：無法采用套筒或套筒太長時。軸的結構設計

2.軸上零件的定位和固定①軸上零件的軸向定位和固定——軸端擋圈當零件位于軸端時，可用軸端擋圈與軸肩使零件雙向固定。擋圈用螺釘緊固在軸端。但需在軸端加工螺紋孔。軸的結構設計

2.軸上零件的定位和固定①軸上零件的軸向定位和固定當用套筒、圓螺母、軸端擋圈進行零件的軸向定位時，為保證軸向定位可靠，要求l軸<l轂，l轂-l軸=2-3mml軸l轂l軸l轂l轂l軸軸的結構設計

2.軸上零件的定位和固定①軸上零件的軸向定位和固定——彈性擋圈在軸上切出環(huán)形槽將彈性擋圈嵌入槽中，利用它的側面壓緊被定位零件的端面。結構簡單，裝拆方便，但對軸的強度削弱較大，常用于所受軸向力小的軸。

軸的結構設計

2.軸上零件的定位和固定①軸上零件的軸向定位和固定——緊定螺釘結構簡單、定位方便，主要用于軸向力小，轉(zhuǎn)速低的場合，可兼作周向定位和固定。軸的結構設計

2.軸上零件的定位和固定①軸上零件的軸向定位和固定圓錐面定位能消除軸與輪轂間的徑向間隙,裝拆較方便,對中性好,但加工較困難，一般應用于軸端。軸承端蓋定位主要用于軸上軸承零件的軸向定位和固定，為保證軸上零件位置的調(diào)整需要加調(diào)整墊片。調(diào)整墊片軸的結構設計

2.軸上零件的定位和固定②軸上零件的周向定位和固定周向定位和固定鍵連接花鍵連接銷連接成型面連接過盈配合連接鍵連接花鍵連接銷連接過盈配合連接成型面連接軸軸的結構設計（二）軸的結構設計

3.軸應有良好的制造工藝性軸的結構設計要便于加工,因而要注意:（1）軸肩處的過渡圓角半徑r應盡量統(tǒng)一（2）同一根軸上不同軸段的鍵槽應布置在同一母線上rDd軸肩軸的結構設計

3.軸應有良好的制造工藝性（3）車制螺紋軸段應留有退刀槽（4）需要磨削的軸端應留有砂輪越程槽軸的結構設計

4.改善軸的受力狀態(tài)，盡量減少應力集中（1）合理布置軸上零件位置,以改善軸的受力狀態(tài)軸上的最大轉(zhuǎn)矩為T2+T3Tmax=T1T3T2T1輸出T2輸入T1輸出T3軸上的最大轉(zhuǎn)矩為T2Tmax=T2T2T1T3輸入T1輸出T3輸出T2軸的結構設計

4.改善軸的受力狀態(tài)，盡量減少應力集中（2）合理設計軸上零件結構,以改善軸的受力狀態(tài)(b)合理(a)不合理輪轂長，支撐跨距大輪轂短，支撐跨距小軸的結構設計

4.改善軸的受力狀態(tài)，盡量減少應力集中（3）合理設計軸上零件,以改善軸的受力狀態(tài)Q合理

Q不合理

大齒輪和卷筒連成一體，轉(zhuǎn)矩經(jīng)大齒輪直接傳給卷筒，卷筒軸只受彎矩而不受扭矩（轉(zhuǎn)動心軸）。轉(zhuǎn)矩由軸傳遞，軸同時受彎矩和扭矩作用（轉(zhuǎn)軸）軸的結構設計

4.改善軸的受力狀態(tài)，盡量減少應力集中（4）改進軸的結構以減小應力集中截面變化處采用圓角過渡，圓角半徑不宜過小或采用過渡結構。r內(nèi)凹圓角過渡肩環(huán)軸的結構設計

4.改善軸的受力狀態(tài)，盡量減少應力集中（4）改進軸的結構以減小應力集中盤銑刀比端銑刀加工的鍵槽在過渡處產(chǎn)生的應力集中小；漸開線花鍵比矩形花鍵在齒根處的應力集中小。端銑刀盤銑刀軸的結構設計

5.各軸段直徑和長度的確定

(1)根據(jù)軸所受的扭矩，按扭轉(zhuǎn)強度估算最小軸徑

τ——扭轉(zhuǎn)切應力，MPaT——軸所受的扭矩，N·mm

WT——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3

n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min

P——軸傳遞的功率，kW

d——計算截面處軸的直徑，mm軸的結構設計

5.各軸段直徑和長度的確定

(1)根據(jù)軸所受的扭矩，按扭轉(zhuǎn)強度估算最小軸徑說明:當軸上有鍵槽時，應增大軸徑以考慮鍵槽對軸強度的削弱①直徑d>100mm的軸,有單鍵槽時,軸徑增大3%;有雙鍵槽時,軸徑增大7%；②直徑d≤100mm的軸,有單鍵槽時,軸徑增大5%~7%；有雙鍵槽時,軸徑增大10%~15%。軸的結構設計

5.各軸段直徑和長度的確定②與標準件配合的軸段，應盡量采用標準直徑①考慮軸上零件的定位和裝拆要求，確定各軸段的徑向尺寸—從軸端由外向內(nèi)確定dmin③轉(zhuǎn)動零件與靜止零件之間必須有一定的間隙，軸與軸承端蓋透蓋間要有間隙。

(2)各軸段直徑的確定①各軸段長度與其上相配合零件的寬度相對應,與齒輪、聯(lián)軸器等零件相配合的軸段長度一般應比輪轂長度短2~3mm。②轉(zhuǎn)動零件與靜止零件之間必須有一定的間隙。③由內(nèi)向外確定各段長度。軸的結構設計

5.各軸段直徑和長度的確定

(3)各軸段長度的確定軸軸的強度計算軸的強度計算工作能力驗算1.根據(jù)軸的受力進行相應的強度校核2.靜強度計算3.剛度驗算4.振動穩(wěn)定性計算扭轉(zhuǎn)強度、彎曲強度、彎扭復合強度。短期過載較大，最大瞬時載荷臨界轉(zhuǎn)速跨距較大軸（機床主軸、蝸桿軸等）軸的工作能力主要取決于強度和剛度，高速軸還要校核振動穩(wěn)定性軸的強度計算根據(jù)軸的具體受載及應力情況，采取相應的計算方法。心軸：只受彎矩→按彎曲強度計算心軸、傳動軸、轉(zhuǎn)軸傳動軸：只受轉(zhuǎn)矩→按扭轉(zhuǎn)強度計算轉(zhuǎn)軸：彎矩＋轉(zhuǎn)矩→按彎扭合成強度計算軸的強度計算1.按彎曲強度計算拉壓A

受力分析：由M→σb

實心圓軸：W—抗彎截面系數(shù)注意：彎曲應力的變化性質(zhì)對稱循環(huán)時——取[σ-1]為許用應力脈動循環(huán)時——取[σ0]為許用應力靜應力時——取[σ]為許用應力軸的強度計算1.按彎曲強度計算轉(zhuǎn)動心軸彎曲應力性質(zhì)——對稱循環(huán)滑輪受力方向不變固定心軸彎曲應力性質(zhì)——脈動循環(huán)滑輪受力方向不變軸的強度計算2.按扭轉(zhuǎn)強度計算用于：①只受扭矩或主要承受扭矩的傳動軸的強度計算②一般轉(zhuǎn)軸在結構設計時按扭矩初估軸的直徑dmin強度條件：

τ——扭轉(zhuǎn)切應力，MPaT——軸所受的扭矩，N·mm

WT——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3

n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min

P——軸傳遞的功率，kW

d——計算截面處軸的直徑，mm設計公式：

軸的強度計算3.按彎扭合成強度計算

通過結構設計，軸的主要結構尺寸、軸上零件的位置、外載荷及支反力的作用位置等均已確定，這時可按彎扭合成強度進行強度校核或計算軸徑與結構設計初步估算的軸徑比較大小。用第三強度理論求出危