1、 作者： 第第15章章 軸軸15-1 概概 述述15-2 軸的結構設計軸的結構設計15-3 軸的計算軸的計算15-4 軸的設計實例軸的設計實例 作者： 研制帶式運帶式運輸機輸機減速器減速器電動機電動機轉軸轉軸15-1 概概 述述 功用：功用：用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。類類型型轉軸轉軸-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：一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類 作者： 研制功用：功用：用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、用來支撐旋轉的機

2、械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。類類型型轉軸轉軸-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：傳動軸傳動軸-只傳遞扭矩只傳遞扭矩發動機發動機后橋后橋傳動軸傳動軸一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類15-1 概概 述述 作者： 研制研制功用：功用：用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。類類型型轉軸轉軸-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：傳動軸傳動軸-只傳遞

3、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 前叉前叉自行車自行車前輪軸前輪軸支撐反力支撐反力轉動心軸轉動心軸一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類15-1 概概 述述 作者： 功用：功用：用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。類類型型轉軸轉軸-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：傳動軸傳動軸-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一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類15-1 概概 述述 光軸光軸

4、階梯軸階梯軸 按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：一般情況下，直軸做成實心軸，需要減重時做成空心軸研制 作者： 功用：功用：用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。類類型型轉軸轉軸-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：傳動軸傳動軸-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一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類15-1 概概 述述 光軸光軸 階梯軸階梯軸 曲軸曲軸研制研制 作者： 本章只研究直軸功用：功用：用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶

5、輪、用來支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、 鏈輪、凸輪等。鏈輪、凸輪等。類類型型轉軸轉軸-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：傳動軸傳動軸-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一、軸的用途及分類一、軸的用途及分類15-1 概概 述述 光軸光軸 階梯軸階梯軸 曲軸曲軸鋼絲軟軸鋼絲軟軸研制 作者： 設計任務：設計任務：選材、結構設計、工作能力計算。選材、結構設計、工作能力計算。二、軸設計的主要內容二、軸設計的主要內容軸的結構設計：軸的結構設計： 根據軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等根據軸上零

6、件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結構形式和尺寸。方面的要求，合理地確定軸的結構形式和尺寸。 工作能力計算：工作能力計算： 軸的承載能力計算指的軸的承載能力計算指的是軸的強度、剛度和振動穩是軸的強度、剛度和振動穩定性等方面的計算。定性等方面的計算。 軸的設計過程：軸的設計過程：N 選擇材料選擇材料 結構設計結構設計 軸的承載能力驗算軸的承載能力驗算驗算合格驗算合格?結結 束束Y 作者： 種種類類碳素鋼：碳素鋼：3535、4545、5050、Q235Q235軸的毛坯軸的毛坯: :一般用圓鋼或鍛件，有時也用鑄鋼或球墨鑄鐵。圓鋼或鍛件，有時也用鑄鋼或球墨鑄鐵。三、三、 軸的材

7、料軸的材料 合金鋼合金鋼: 20Cr: 20Cr、20CrMnTi20CrMnTi、40CrNi40CrNi、38CrMoAlA38CrMoAlA等等用途：用途：碳素結構鋼因具有較好的綜合力學性能，應用較碳素結構鋼因具有較好的綜合力學性能，應用較多，尤其是多，尤其是4545鋼應用最廣鋼應用最廣。合金鋼具有較高的力學性能，。合金鋼具有較高的力學性能，但價格較貴，多用于有但價格較貴，多用于有特殊要求的軸。特殊要求的軸。如用球墨鑄鐵制造曲軸和凸輪軸，具有成本低廉、吸振性較好、對應力集中的敏感較低、強度較好等優點。為了改善力學性能正火或調質處理。正火或調質處理。表表15-1 15-1 軸的常用材料及其

8、主要力學性能軸的常用材料及其主要力學性能 材料及熱處理材料及熱處理毛坯直徑毛坯直徑mm硬度硬度HBSHBS強度極限強度極限b b 屈服極限屈服極限s s MPaMPa彎曲疲勞極限彎曲疲勞極限-1-1應用說明應用說明Q235Q235440440240240200200用于不重要或載荷不大的軸35 35 正火正火520520270270250250有較好的塑性和適當的強度，可用于一般曲軸、轉軸。100100149149187187 作者： 表表15-1 15-1 軸的常用材料及其主要力學性能軸的常用材料及其主要力學性能材料牌號材料牌號 熱處理熱處理 毛坯直徑毛坯直徑 硬度硬度 mm HBSmm H

9、BS抗拉強抗拉強度極限度極限b b屈服強屈服強度極限度極限s s彎曲疲彎曲疲勞極限勞極限-1-1剪切疲剪切疲勞極限勞極限-1-1許用彎許用彎曲應力曲應力-1-1 備備 注注應用最為廣泛應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，而無用于載荷較大，而無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，高強度且熱處理變高強度且熱處理變形很小的軸形很小的軸用于要求強度及韌用于要求強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、

10、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雜外形用于制造復雜外形的軸的軸 100 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 2

11、17255 640 355 275 155 100 735 540 355 200 100 270300 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

12、質調質調質調質調質調質調質調質調質調質正火正火熱軋或鍛熱軋或鍛后空冷后空冷Q235A4540Cr40CrNi38SiMnMo38CrMoAlAMPa20Cr3Cr13 1Cr18NiTi QT600-3 QT800-2調質調質淬火淬火 作者： 研制設計任務：設計任務：使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸。使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸。15-2 軸的結構設計軸的結構設計設計要求：設計要求： 1.軸應便于制造，軸上零件要易于裝拆；軸應便于制造，軸上零件要易于裝拆；(制造安裝) 2.軸和軸上零件要有準確的工作位置；軸和軸上零件要有準確的工作位置；(定位) 3.各零件要牢固而可靠地相對固定；各零件要牢

13、固而可靠地相對固定；(固定) 4.改善應力狀況，減小應力集中。改善應力狀況，減小應力集中。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軸承滾動軸承典型典型軸系軸系結構結構 作者： 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：確定軸上零件的裝配方向、順序、和相互確定軸上零件的裝配方向、順序、和相互 關系。關系。研制 作者： 研制研制 軸上零件的裝配方案不同，則軸的結構形狀也不相同。軸上零件的裝配方案不同，則軸的結構形狀也不相同。設計時可擬定幾種裝配方案，進行分析與選擇。設計時可擬定幾種裝配方案，進行分析與選擇。 圖示減速器輸出軸就有兩種裝配方案。圖示減

14、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減速器二級減速器 作者： 方案二需要一個用于軸向定位的長套筒，多了一方案二需要一個用于軸向定位的長套筒，多了一個零件，加工工藝復雜，且質量較大，故不如方案一個零件，加工工藝復雜，且質量較大，故不如方案一合理合理 。方案一方案一方案二方案二 作者： 研制二、軸上零件的定位二、軸上零件的定位 軸肩軸肩-階梯軸上截面變化之處。階梯軸上截面變化之處。起軸向定位作用。，軸肩套筒套筒軸向定位方法：軸向定位方法：軸肩、套筒、圓螺母、擋圈、軸承端蓋。軸肩、套筒、圓螺母、擋圈、軸承端蓋。軸肩高度：h=(0.070.1)dh=(0.070

15、.1)d軸肩的過度圓角半徑軸肩的過度圓角半徑r r應小于與之相配的零件輪轂端部的圓角半徑應小于與之相配的零件輪轂端部的圓角半徑R R或倒角尺寸。或倒角尺寸。 作者： 齒輪受軸向力時，向右是通過齒輪受軸向力時，向右是通過4 4、5 5間的軸肩，并由間的軸肩，并由6 6、7 7間的軸間的軸肩頂在滾動軸承的內圈上；向左則通過套筒頂在滾動軸承的內肩頂在滾動軸承的內圈上；向左則通過套筒頂在滾動軸承的內圈上。帶輪的軸向固定是靠圈上。帶輪的軸向固定是靠1 1、2 2間的軸肩和軸端當圈。間的軸肩和軸端當圈。雙向固定雙向固定軸承端蓋通常用作整個軸的軸向固定軸承端蓋通常用作整個軸的軸向固定研制 作者： 研制研制研

16、制研制研制無法采用套筒或套筒太長時，可采用無法采用套筒或套筒太長時，可采用雙圓螺母雙圓螺母加以固定。加以固定。軸肩的尺寸要求軸肩的尺寸要求:r C1 或或 r 200 mm mm。 作者： 4）按靜強度條件進行校核）按靜強度條件進行校核 對于瞬時過載很大，或應力循環的不對稱性較為嚴重對于瞬時過載很大，或應力循環的不對稱性較為嚴重的軸，應當進行靜強度條件校核。軸的靜強度條件為：的軸，應當進行靜強度條件校核。軸的靜強度條件為： sSSSSScaSSSSSS22SS=1.21.4-高塑性材料的鋼軸高塑性材料的鋼軸(S /B 0.6)； SS=1.41.8-中等塑性材料的鋼軸中等塑性材料的鋼軸(S /

17、B =0.60.8)； SS=1.82.0-低塑性材料的鋼軸；低塑性材料的鋼軸； SS=2.02.3-鑄造軸鑄造軸; ; Ss-按屈服強度設計的安全系數；按屈服強度設計的安全系數； SSca-危險截面靜強度的計算的安全系數；危險截面靜強度的計算的安全系數； 其中：其中： SS -同時考慮彎矩和軸向力時的安全系數；同時考慮彎矩和軸向力時的安全系數； 作者： SS -只考慮扭矩時的安全系數：只考慮扭矩時的安全系數：WTSSS/maxMmax -軸的危險截面上所受的最大彎矩；軸的危險截面上所受的最大彎矩； Tmax -軸的危險截面上所受的最大扭矩軸的危險截面上所受的最大扭矩, N.mm, N.mm；

18、 Famx -軸的危險截面上所受的最大軸向力軸的危險截面上所受的最大軸向力, N, N； A -軸的危險截面的面積，軸的危險截面的面積， mmmm2 2； W -軸的危險截面的抗彎截面系數，軸的危險截面的抗彎截面系數， mmmm3 3； W-軸的危險截面的抗扭截面系數，軸的危險截面的抗扭截面系數， mmmm3 3。 s -材料材料的抗彎屈服極限；的抗彎屈服極限； s -材料材料的抗扭屈服極限；的抗扭屈服極限； AFaWMSSSmaxmax 作者： 研制研制lFFF”12彎矩彎矩 彎曲變形彎曲變形扭矩扭矩 扭轉變形扭轉變形若剛度不夠導致軸的變形過大，就會影響其正常工作。變形量的描述：變形量的描述

19、：撓度撓度 y、轉角、轉角 、扭角、扭角 設計要求：設計要求： y y 1）彎曲變形計算）彎曲變形計算方法有：方法有：1.按微分方程求解按微分方程求解2.變形能法變形能法適用于等直徑軸。適用于等直徑軸。適用于階梯軸。適用于階梯軸。復習材料力學相關內容。y三、三、 軸的剛度校核計算軸的剛度校核計算 TTl 作者： 研制表表15-4 軸的許用變形量軸的許用變形量變形種類變形種類許用值許用值適用場合適用場合變形種類變形種類許用值許用值適用場合適用場合(0.00030.0005)l一般用途的軸一般用途的軸0.0002l剛度要求較高剛度要求較高感應電機軸感應電機軸( (0.010.05)mn安裝齒輪的軸

20、安裝齒輪的軸0.01 ( (0.020.05) m安裝蝸輪的軸安裝蝸輪的軸滾動軸承滾動軸承0.05向心球軸承向心球軸承調心球軸承調心球軸承圓柱滾子軸承圓柱滾子軸承圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承0.0010.002齒輪處軸截面齒輪處軸截面0.51一般傳動一般傳動0.20.5較精密傳動較精密傳動重要傳動重要傳動撓度撓度mm轉角轉角rad每米長每米長的扭角的扭角( )/ml 支撐間的跨矩支撐間的跨矩 0.25 0.0016 電機定子與轉子電機定子與轉子 間的間隙間的間隙 mn 齒輪的模數齒輪的模數 m 蝸輪的模數蝸輪的模數 0.0010.050.0025 作者： 2）扭轉變形計算）扭轉變形計算raddGTlGITlp432radIlTGnipiii11等直徑軸的扭轉角：等直徑軸的扭轉角：階梯軸的扭轉角：階梯軸的扭轉角：其中：其中：T-轉矩；轉矩； Ip-軸截面的極慣性矩軸截面的極慣性矩 l -軸受轉矩作用的長度；軸受轉矩作用的長度；d -軸徑；軸徑；G-材料的切變模量；材料的切變模量；