本模塊主要介紹支承件—軸和軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、類型、設(shè)計(jì)理論及設(shè)計(jì)方法等。支承件及其設(shè)計(jì)減速器由一對圓柱齒輪減速傳動，齒輪傳動時需要進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動，而機(jī)械中不只是齒輪，所有作回轉(zhuǎn)或擺動的零部件如帶輪、蝸輪等，都必須用軸支承才能實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。軸還需要用軸承支承，以保證其穩(wěn)定、高效、可靠地轉(zhuǎn)動。軸和軸承均為機(jī)械中的支承件，主要用來支承旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的零件。教學(xué)提綱1.了解軸的功用、類型及常用材料；2.掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算；3.了解軸的剛度計(jì)算方法。軸1.軸的類型和材料；2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；3.軸的強(qiáng)度和剛度計(jì)算。教學(xué)目標(biāo)13.1概述13.1.1軸的功用與分類按軸線形狀不同—直軸、曲軸和撓性軸。功用：支承旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的零件，以傳遞運(yùn)動和動力。類型：按工作時承載情況不同—轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸。13.1.2軸的常用材料對軸的材料的基本要求：要有足夠的強(qiáng)度和剛度，具有良好的機(jī)械加工工藝性，價格低廉，供應(yīng)方便。軸常用材料:碳素鋼和合金鋼。碳素鋼—比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性低，常用35、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，45鋼應(yīng)用最為廣泛。進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理。不重要或受力較小的軸，可采用Q235、Q275等普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金鋼—具有較高的力學(xué)性能，對應(yīng)力集中的敏感性較高，價格較貴，多用于有特殊要求的軸。例如：采用滑動軸承的高速軸，常用20Cr、20CrMnTi等低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)滲碳淬火后可提高軸頸耐磨性；汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸在高溫、高速和重載條件下工作，必須具有良好的高溫力學(xué)性能，常采用40CrNi、38CrMoAlA等合金結(jié)構(gòu)鋼。軸的毛坯—圓鋼或鍛件。圓鋼棒料可直接加工，成本較低；鍛造軸內(nèi)部組織比較均勻，強(qiáng)度高，重要軸常采用鍛件；制造形狀復(fù)雜的軸時，不便于鍛造，可采用鑄鋼或球墨鑄鐵材料的鑄造毛坯。軸的常用材料及其主要力學(xué)性能見表13-3。13.1.3軸的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)步驟軸設(shè)計(jì)步驟：①按工作要求選擇軸的材料。②估算軸的最小直徑。③軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。④軸的強(qiáng)度校核計(jì)算。⑤必要時作剛度或振動穩(wěn)定性等校核計(jì)算。軸設(shè)計(jì)的基本要求：合理的結(jié)構(gòu)和足夠的強(qiáng)度。13.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。影響軸的結(jié)構(gòu)的因素:（1）載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；（2）軸上零件的數(shù)目和布置情況；（3）零件在軸上的定位及固定方法；（4）軸承的類型及尺寸；（5）軸的加工工藝及裝配方法等。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求：①滿足制造安裝要求，軸應(yīng)便于加工，軸上零件要易于裝拆；②軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置，各零件要牢固而可靠地相對固定；③改善受力狀況，減小應(yīng)力集中；④受力合理，有利于節(jié)約材料減輕軸的重量。軸的結(jié)構(gòu)13.2.1擬訂軸上零件的裝配方案裝配方案：預(yù)定出軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系。對于一般剖分式箱體中的軸，為了方便軸上零件的裝拆和定位，常將軸做成中間粗兩端細(xì)的階梯軸。13.2.2軸上零件的定位和固定1.軸上零件的軸向定位和固定常用方法：軸肩和軸環(huán)、套筒、圓螺母及軸端擋圈等。軸肩：定位軸肩和非定位軸肩。非定位軸肩主要是便于軸上零件的拆裝，其高度一般為1.5~2mm。2.軸上零件的周向固定軸上零件的周向固定：鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接、緊定螺釘聯(lián)接或過盈聯(lián)接等。13.2.3提高軸疲勞強(qiáng)度的措施

1.合理布置軸上的零件可以改善軸的受力狀況。2.減小應(yīng)力集中改善軸的受力狀況。起重機(jī)卷筒力矩輸入減小應(yīng)力集中的措施13.2.4軸的結(jié)構(gòu)工藝性（a）越程槽（b）退刀槽（1）為了便于切削加工，軸的形狀應(yīng)力求簡單，階梯數(shù)盡可能少。（2）軸上需磨削的軸段或需切削螺紋時，須相應(yīng)留有砂輪越程槽或退刀槽。（3）軸上各處的圓角半徑、砂輪越程槽、退刀槽、倒角等尺寸盡可能分別相同。（4）各軸段上的鍵槽應(yīng)開在同一母線上鍵槽在同一母線上（5）與滾動軸承、聯(lián)軸器等標(biāo)準(zhǔn)件相配合的軸頸直徑應(yīng)取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。（6）為了便于裝配零件，軸端應(yīng)加工成45°倒角，并去掉毛刺。45°倒角13.3軸的強(qiáng)度計(jì)算13.3.1按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算適用：只承受轉(zhuǎn)矩的傳動軸的精確計(jì)算及既受彎矩又受扭矩的轉(zhuǎn)軸的近似計(jì)算。轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)時先按轉(zhuǎn)矩或用類比法來初步估算軸的直徑。只傳遞轉(zhuǎn)矩的圓截面軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件既傳遞轉(zhuǎn)矩又承受彎矩的轉(zhuǎn)軸直徑初估計(jì)算C—由軸的材料和承載情況確定的系數(shù)，見表13-5。計(jì)算的截面上有鍵槽：有一個鍵槽時軸的直徑增大3%~5%；有兩個鍵槽時，軸徑增大7%~10%。13.3.2按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算一般鋼制的軸，在受彎矩和轉(zhuǎn)矩共同作用時，根據(jù)第三強(qiáng)度理論求出危險截面的當(dāng)量應(yīng)力，其強(qiáng)度條件考慮轉(zhuǎn)軸的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的循環(huán)特性不同，對上式中的轉(zhuǎn)矩T乘以折合系數(shù)α—分別為對稱循環(huán)、脈動循環(huán)及靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力，見表13-6。

彎扭合成強(qiáng)度條件校核軸的步驟：（1）畫出軸的空間受力簡圖。將軸當(dāng)作梁，軸承看成是鉸鏈支座，將齒輪等軸上零件對軸的載荷分解到水平面和垂直面內(nèi)。（2）作水平面受力圖及彎矩圖。（3）作垂直面受力圖及彎矩圖。（4）作合成彎矩圖。（5）作轉(zhuǎn)矩T圖。（6）作當(dāng)量彎矩圖。（7）強(qiáng)度計(jì)算。13.4軸的剛度計(jì)算軸受彎矩作用會產(chǎn)生彎曲變形,受轉(zhuǎn)矩作用會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。1．彎曲剛度計(jì)算限制彎曲變形量，其變形量用撓度y和轉(zhuǎn)角θ來表示，彎曲剛度條件[y]、[θ]—分別為許用撓度、許用轉(zhuǎn)角，見表13-7。y≤[y]θ≤[θ]—許用扭轉(zhuǎn)角，見表13-7。2．扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算限制扭轉(zhuǎn)變形量，變形量用扭轉(zhuǎn)角來表示，扭轉(zhuǎn)剛度條件若軸所受的外力頻率與軸的自振頻率一致時，運(yùn)轉(zhuǎn)便不穩(wěn)定而發(fā)生顯著的振動，這種現(xiàn)象稱為軸的共振。13.5軸的臨界轉(zhuǎn)速簡