1、第十二章第十二章 軸的設計軸的設計12-1 12-1 概述概述12-3 12-3 軸的結構設計軸的結構設計 12-2 12-2 軸的初估計算軸的初估計算 12-1 概述概述 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。一、分類：一、分類：按外形分按外形分直軸直軸曲軸曲軸軟軸軟軸光軸光軸階梯軸階梯軸空心軸空心軸固定固定心軸心軸按載荷分按載荷分轉軸轉軸傳傳動動軸軸心軸心軸轉動轉動心軸心軸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轉軸轉軸-傳遞扭矩傳遞扭矩又又承受彎矩承受彎矩。傳動軸傳動軸-只傳遞扭矩只傳遞扭矩發動機

2、發動機后橋后橋傳動軸傳動軸心軸心軸-只承受彎矩只承受彎矩例例1 1 火車輪軸火車輪軸例例1 1 自行車軸自行車軸2.2.按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：直軸直軸曲軸曲軸階梯軸階梯軸光軸光軸撓性鋼絲軸撓性鋼絲軸空心軸空心軸階梯軸：階梯軸： 加工復雜，應力集中源較多，容易實現軸上零件的安裝和定位。加工復雜，應力集中源較多，容易實現軸上零件的安裝和定位。 應用：階梯軸常用作轉軸，比如減速器的軸。應用：階梯軸常用作轉軸，比如減速器的軸。曲軸曲軸: :主要用于各類發動機主要用于各類發動機撓性鋼絲軸：撓性鋼絲軸： 特點：可以把回轉運動靈活地傳到任何位置。特點：可以把回轉運動靈活地傳到任何位置。 應用：用于

3、連續振動的場合，具有緩沖和沖擊的作用。應用：用于連續振動的場合，具有緩沖和沖擊的作用。二、二、軸的材料軸的材料 具有足夠的強度、足夠的塑性、沖擊韌性、抗具有足夠的強度、足夠的塑性、沖擊韌性、抗磨損性和抗腐蝕性；對應力集中的敏感性小；具有磨損性和抗腐蝕性；對應力集中的敏感性小；具有良好的工藝性；能通過各種熱處理方式提高軸的疲良好的工藝性；能通過各種熱處理方式提高軸的疲勞強度。勞強度。12-2 軸的初估計算軸的初估計算 12-2 軸的初估計算軸的初估計算 軸軸 的材料選擇的材料選擇軸徑的初步計算軸徑的初步計算軸的結軸的結 構構 設設 計計軸的強度校核軸的強度校核軸的剛度、穩定性計算軸的剛度、穩定性

4、計算軸軸 的設的設 計步驟計步驟第一種方法：第一種方法： 按扭轉強度估算軸徑按扭轉強度估算軸徑 軸的強度設計應軸的強度設計應根據軸的承載根據軸的承載情況，采用相應的計算情況，采用相應的計算方法，常用方法有兩種。方法，常用方法有兩種。這種方法視軸只受轉距，根據軸上所受的轉矩估算軸的這種方法視軸只受轉距，根據軸上所受的轉矩估算軸的最小直徑，用降低許用應力的方法考慮彎矩的影響。最小直徑，用降低許用應力的方法考慮彎矩的影響。設計公式為：設計公式為：軸的初步估算常用以下兩種方法軸的初步估算常用以下兩種方法 受轉矩作用的圓剖面軸，其強度條件為：受轉矩作用的圓剖面軸，其強度條件為： mmnPC3MPandP

5、362 .01055.9TWT3362 .01055.9nPd上式中：軸的扭轉應力，N/mm，T軸傳遞的扭矩，N.mmWT軸的抗扭截面模量，mm3；P軸傳遞的功率，kW；n軸的轉速，r/min；許用扭轉應力，N/mm；C由軸材料及承載情況確定的系數，C=98-160,材質好、彎矩較小、無沖擊和過載時取小值；反之取大值。當軸上有鍵槽時，應適當增大軸徑：單鍵增大3%-5%，雙鍵增大7%-10%。計算結果為：計算結果為：最小直徑！最小直徑！如果該處有鍵槽，應將直徑加如果該處有鍵槽，應將直徑加大大510，最后，最后圓整為標準值。圓整為標準值。軸的材料軸的材料 A3,20 35 45 40Cr, 35S

6、iMn(N/mm ) 1220 2030 3040 4052C 160135 135118 118107 10792表表12-2 常用材料的常用材料的值和值和C值值注注: 當作用在軸上的彎矩比傳遞的轉矩小或只傳遞轉矩時當作用在軸上的彎矩比傳遞的轉矩小或只傳遞轉矩時,C取較小值取較小值; 否則取較大值否則取較大值第二種方法：按經驗公式估算第二種方法：按經驗公式估算對高速軸：對高速軸： d(0.81.2)D其中，其中，D為電機軸徑為電機軸徑對低速軸：對低速軸：d(0.30.4)a其中，其中，a為同級齒輪中心距為同級齒輪中心距軸承軸承齒輪齒輪軸頸軸頸軸頭軸頭軸頭軸頭半聯軸器半聯軸器軸頸軸頸軸環軸環軸

7、承軸承鍵鍵12-3 軸的結構設計軸的結構設計設計任務：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。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裝零件的軸端應有倒角，需要磨削的軸端有砂輪越程槽，裝零

8、件的軸端應有倒角，需要磨削的軸端有砂輪越程槽，車螺紋的軸端應有退刀槽。車螺紋的軸端應有退刀槽。 為便于軸上零件的裝拆，一般軸都做成從軸端逐為便于軸上零件的裝拆，一般軸都做成從軸端逐漸向中間增大的階梯狀。漸向中間增大的階梯狀。零件的安裝次序一、制造安裝要求一、制造安裝要求倒角倒角零件的零件的軸向定位軸向定位由軸肩或套筒來實現。由軸肩或套筒來實現。二、軸上零件的定位二、軸上零件的定位 4、5間的軸肩使齒輪在軸上定位，1、2間的軸肩使帶輪定位，6、7間的軸肩使右端滾動軸承定位。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12121 1）軸肩）軸肩2 2）軸環）

9、軸環注意：軸肩的內圓角半徑注意：軸肩的內圓角半徑r必須小于相配零件必須小于相配零件的外圓角半徑的外圓角半徑R( (或倒角或倒角C) )用軸肩或軸環定位時需注意的問題用軸肩或軸環定位時需注意的問題軸肩的尺寸要求軸肩的尺寸要求:r C1 或或 r Rb1.4h(與滾動軸承相配合處的與滾動軸承相配合處的h和和b值值,見軸承標準見軸承標準)DdrRDdC1rh(0.07d+3)(0.1d+5)mmC1DdrDdrRhhb3）套筒定位套筒定位套筒套筒l11L1注意：注意：安裝零件的軸段長度必須小于安裝零件的軸段長度必須小于零件輪轂的寬度，即零件輪轂的寬度，即 l l1111 L L1 1軸向固定軸向固定

10、由軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈來實現。由軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈來實現。三、軸上零件的固定三、軸上零件的固定齒輪受軸向力時，向右是通過齒輪受軸向力時，向右是通過4、5間的軸肩，并由間的軸肩，并由6、7間的軸肩頂在滾動軸承的內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圈上。帶輪的軸向固定是靠圈上；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1、2間的軸肩間的軸肩和軸端當圈。和軸端當圈。雙向固定雙向固定45 67123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。雙圓螺母雙圓螺母雙圓螺母輔助固定：雙圓螺母輔助固定：軸端擋圈軸端擋圈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軸端擋圈固定。固定。軸