第12章軸§12-1軸的功用(gōngyòng)和類型§12-2軸的材料(cáiliào)§12-3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計§12-4軸的強度設(shè)計§12-5軸的剛度設(shè)計帶傳動和鏈傳動都是通過中間撓性件傳遞運動和動力的，適用于兩軸中心距較大的場合。與齒輪傳動相比，它們具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉等優(yōu)點。精品資料設(shè)計(shèjì)：潘存云§12-1軸的功用(gōngyòng)和類型功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件(如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等)和傳遞轉(zhuǎn)矩。類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：帶式運輸機(jī)減速器電動機(jī)轉(zhuǎn)軸精品資料§12-1軸的功用(gōngyòng)和類型功用：用來支撐(zhīchēng)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩發(fā)動機(jī)后橋傳動軸精品資料設(shè)計(shèjì)：潘存云§12-1軸的功用(gōngyòng)和類型功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩前輪輪轂固定心軸火車輪軸車廂重力前叉自行車前輪軸支撐反力轉(zhuǎn)動心軸精品資料§12-1軸的功用(gōngyòng)和類型功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)(xuánzhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸精品資料§12-1軸的功用(gōngyòng)和類型功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪(liànlún)、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸曲軸精品資料設(shè)計(shèjì)：潘存云本章只研究直軸§12-1軸的功用(gōngyòng)和類型功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸曲軸撓性鋼絲軸設(shè)計任務(wù)：選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度和剛度設(shè)計、確定尺寸等精品資料種類(zhǒnglèi)碳素鋼：35、45、50、Q235軸的毛坯:一般(yībān)用圓鋼或鍛件，有時也用鑄鋼或球墨鑄鐵。§12-2軸的材料合金鋼:20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等用途：碳素結(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45鋼應(yīng)用最廣。合金鋼具有較高的力學(xué)性能，但價格較貴，多用于有特殊要求的軸。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(yīng)力集中的敏感較低、強度較好等優(yōu)點。為了改善力學(xué)性能正火或調(diào)質(zhì)處理。表11-1軸的常用材料及其主要力學(xué)性能材料及熱處理毛坯直徑mm硬度HBS強度極限σb

屈服極限σs

MPa彎曲疲勞極限σ-1應(yīng)用說明Q235400240170用于不重要或載荷不大的軸35正火520270250有較好的塑性和適當(dāng)?shù)膹姸龋捎糜谝话闱S、轉(zhuǎn)軸。≤100149~187精品資料設(shè)計(shèjì)：潘存云設(shè)計任務(wù)：使軸的各部分具有合理的形狀(xíngzhuàn)和尺寸。§12-3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計要求：1.軸應(yīng)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(zhǔn)確的工作位置；(定位)3.各零件要牢固而可靠地相對固定；(固定)4.改善應(yīng)力狀況，減小應(yīng)力集中和提高疲勞強度。軸端擋圈帶輪軸承蓋套筒齒輪滾動軸承設(shè)計：潘存云典型軸系結(jié)構(gòu)精品資料設(shè)計(shèjì)：潘存云裝零件(línɡjiàn)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。④設(shè)計：潘存云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。零件的安裝次序一、制造安裝要求②③⑥⑦①⑤①倒角取值見P243精品資料設(shè)計(shèjì)：潘存云零件(línɡjiàn)的軸向定位由軸肩或套筒來實現(xiàn)。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。設(shè)計：潘存云軸肩----階梯軸上截面變化之處。起軸向定位作用。

軸肩套筒1~21~2精品資料設(shè)計(shèjì)：潘存云設(shè)計(shèjì)：潘存云軸向固定由軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈來實現(xiàn)。三、軸上零件的固定齒輪受軸向力時，向右是通過4、5間的軸肩，并由6、7間的軸肩頂在滾動軸承的內(nèi)圈上；向左則通過套筒頂在滾動軸承的內(nèi)圈上。帶輪的軸向固定是靠1、2間的軸肩和軸端當(dāng)圈。雙向固定精品資料設(shè)計(shèjì)：潘存云設(shè)計(shèjì)：潘存云設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云無法采用套筒或套筒太長時，可采用雙圓螺母加以固定。軸肩的尺寸要求:r<C1或r<Rb≈1.4h(與滾動軸承相配合處的h和b值,見軸承標(biāo)準(zhǔn))DdrR軸端擋圈雙圓螺母DdC1rh≈(0.07d+3)~(0.1d+5)mm裝在軸端上的零件往往采用軸端擋圈固定。C1Ddr取值見P243DdrRhhb精品資料設(shè)計(shèjì)：潘存云設(shè)計(shèjì)：潘存云設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云軸向力較小時，可采彈性擋圈或緊定螺釘來實現(xiàn)。周向固定大多采用鍵、花鍵、或過盈配合等聯(lián)接形式來實現(xiàn)。為了加工方便，鍵槽應(yīng)設(shè)計成同一加工直線上，且盡可能采用同一規(guī)格的鍵槽截面尺寸。鍵槽應(yīng)設(shè)計成同一加工直線精品資料四、軸的各段直徑和長度(chángdù)的確定1）、凡要求配合的軸段,其直徑應(yīng)與傳動零件輪轂(lúngǔ)的內(nèi)孔直徑相等，并盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑;2）、安裝滾動軸承、聯(lián)軸器、密封圈等標(biāo)準(zhǔn)件的軸徑，應(yīng)符合各標(biāo)準(zhǔn)件內(nèi)徑系列的規(guī)定;3）、套筒的內(nèi)徑，應(yīng)與相配的軸徑相同并采用過渡配合；1、軸段直徑的確定

4）、有螺紋的軸段，直徑應(yīng)符合螺紋的標(biāo)準(zhǔn)直徑。2、軸段長度的確定

軸的各個軸段長度主要是根據(jù)軸上零件的軸向尺寸、軸承的結(jié)構(gòu)、箱體上的有關(guān)尺寸、裝配零件時所需的裝配間距等要求來確定。精品資料設(shè)計(shèjì)：潘存云設(shè)計(shèjì)：潘存云設(shè)計：潘存云TTTTTQ方案b五、改善軸的受力狀況，減小應(yīng)力集中圖示為起重機(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中軸同時受彎矩和扭矩作用。故載荷相同時，圖a結(jié)構(gòu)軸的直徑要小。輸出輸出輸入Tmax=T1+T2Tmax=T11.改善受力狀況當(dāng)軸上有兩處動力輸出時，為了減小軸上的載荷，應(yīng)將輸入輪布置在中間。T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理TTQ方案a輸出輸出輸入FtFt精品資料設(shè)計(shèjì)：潘存云設(shè)計(shèjì)：潘存云設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云Rdd/430?2.減小應(yīng)力集中合金鋼對應(yīng)力集中比較敏感，應(yīng)加以注意。應(yīng)力集中出現(xiàn)在截面突然發(fā)生變化的位置。措施：1.

用圓角過渡；2.盡量避免在軸上開橫孔、切口或凹槽;3.重要結(jié)構(gòu)可增加卸載槽B、過渡肩環(huán)、凹切圓角、增大圓角半徑。也可以減小過盈配合處的局部應(yīng)力。過渡肩環(huán)r凹切圓角B卸載槽

也可以在輪轂上增加卸載槽B位置d/4精品資料精品資料精品資料精品資料1、軸與軸承蓋直接(zhíjiē)接觸，應(yīng)留有間隙2、套筒過厚,應(yīng)低于軸承內(nèi)圈3、軸的長度應(yīng)略短于軸上零件寬度2-3mm4、半聯(lián)軸器無軸向定位，應(yīng)設(shè)置階梯5、半聯(lián)軸器無周向固定，應(yīng)設(shè)置鍵聯(lián)接6、彈性擋圈無用，應(yīng)拆去7、軸承蓋端部應(yīng)抵住軸承外圈8、半聯(lián)軸器右端應(yīng)為通孔9、應(yīng)設(shè)置工藝凸臺，以減少加工量10、軸肩過高，軸承無法拆卸11、鍵過長12、應(yīng)設(shè)置墊片13、應(yīng)設(shè)置擋油環(huán)14、應(yīng)設(shè)置密封裝置精品資料1.軸承端蓋應(yīng)減少加工面；2.軸承座端面應(yīng)設(shè)工藝凸臺，減少加工面；3.軸承內(nèi)圈右側(cè)無軸向定位；4.齒輪與軸間無鍵聯(lián)接；5.彈性擋圈無用(wúyònɡ)，去掉；6.軸承蓋與外伸軸間應(yīng)留有間隙；7.軸承蓋與端面間無墊圈；8.鍵去掉；9.精加工面過長，最好設(shè)置成階梯軸段10.套筒過厚,軸承無法拆卸精品資料§12-4軸的強度(qiángdù)設(shè)計一、按扭轉(zhuǎn)強度(qiángdù)計算軸的強度設(shè)計應(yīng)根據(jù)軸的承載情況，采用相應(yīng)的計算方法，常用方法有兩種。對于只傳遞扭轉(zhuǎn)的圓截面軸，強度條件為：設(shè)計公式為：對于既傳遞扭轉(zhuǎn)又傳遞彎矩的軸，可按上式初步估算軸的直徑。計算結(jié)果為：最小直徑！解釋各符號的意義及單位軸的材料A3,20354540Cr,35SiMn[τ](N/mm)12~2020~3030~4040~52A0

160~135135~118118~107107~92表11-3常用材料的[τ]值和A0值注:

當(dāng)作用在軸上的彎矩比傳遞的轉(zhuǎn)矩小或只傳遞轉(zhuǎn)矩時,A0取較小值;否則取較大值應(yīng)圓整為：標(biāo)準(zhǔn)直徑！精品資料設(shè)計(shèjì)：潘存云設(shè)計(shèjì)：潘存云減速器中齒輪軸的受力為典型的彎扭合成。在完成單級減速器草圖設(shè)計后，外載荷與支撐反力的位置即可確定，從而可進(jìn)行受力分析。因σb和τ的循環(huán)特性不同，折合后得：二、按彎扭合成強度計算對于一般鋼制軸，可用第三強度理論（最大切應(yīng)力理論）求出危險截面的當(dāng)量應(yīng)力。強度條件為：l1l彎曲應(yīng)力：扭切應(yīng)力：代入得：W------抗彎截面系數(shù)；WT

----抗扭截面系數(shù)；α----修正系數(shù)Mc---當(dāng)量彎矩精品資料材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]

4001307040

5001707545

6002009555

70023011065

80027013075

90030014080100033015090

5001207040

4001005030表12-6軸的許用彎曲應(yīng)力

碳素鋼合金鋼鑄鋼修正(xiūzhèng)系數(shù)取值：α=

0.3----轉(zhuǎn)矩不變；0.6----脈動(màidòng)變化；1----頻繁正反轉(zhuǎn)。靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力設(shè)計公式：精品資料折合(zhéhé)系數(shù)取值：α=

0.3----轉(zhuǎn)矩不變；0.6----脈動(màidòng)變化；1----頻繁正反轉(zhuǎn)。設(shè)計公式：材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]4001307040

5001707545

6002009555

70023011065

80027013075

90030014080

100033015090

5001207040

4001005030表12-6軸的許用彎曲應(yīng)力

碳素鋼合金鋼鑄鋼脈動循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力精品資料折合(zhéhé)系數(shù)取值：α=0.3----轉(zhuǎn)矩不變；0.6----脈動(màidòng)變化；1----頻繁正反轉(zhuǎn)。設(shè)計公式：材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]40013070405001707545600200955570023011065800270130759003001408010003301509050012070404001005030表12-6軸的許用彎曲應(yīng)力碳素鋼合金鋼鑄鋼對稱循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力精品資料設(shè)計(shèjì)：潘存云對2點取矩舉例：計算某減速器輸出(shūchū)軸危險截面的直徑。已知作用在齒輪上的圓周力Ft=17400N,徑向力，F(xiàn)r=6140N,軸向力Fa=2860N,齒輪分度圓直徑d2=146mm,作用在軸右端帶輪上外力F=4500N（方向未定）,L=193mm,K=206mmL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12解：1)

求垂直面的支反力和軸向力=Fad2aadP231精品資料設(shè)計(shèjì)：潘存云MavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2F2)求水平面的支反力L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F3)求F力在支點(zhīdiǎn)產(chǎn)生的反力4)繪制垂直面的彎矩圖5)繪制水平面的彎矩圖精品資料設(shè)計(shèjì)：潘存云MaMavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F6)求F力產(chǎn)生(chǎnshēng)的彎矩圖L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F7)繪制合成彎矩圖考慮F可能與H、V內(nèi)合力共面a-a截面F力產(chǎn)生的彎矩為：MaFM’a精品資料設(shè)計(shèjì)：潘存云MaMavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F8)求軸傳遞(chuándì)的轉(zhuǎn)矩L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP231F9)求危險截面的當(dāng)量彎矩MaFM2M’aT扭切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取修正系數(shù):α=0.6精品資料求考慮到鍵槽(jiàncáo)對軸的削弱，將d值增大4%，故得：10)計算危險(wēixiǎn)截面處軸的直徑選45鋼，調(diào)質(zhì)，σb=650MPa,[σ-1b]=60MPa符合直徑系列。精品資料按彎扭合成(héchéng)強度計算軸徑的一般步驟：1.將外載荷分解(fēnjiě)到水平面和垂直面。求垂直面支撐反力FV和水平面支撐反力FH;2.作垂直彎矩MV圖和水平彎矩MH圖

;3.作合成彎矩M圖；4.作轉(zhuǎn)矩T圖；5.彎扭合成，作當(dāng)量彎矩Mc圖；6.計算危險截面軸徑:1.

若危險