机械设计基础12第十二章轴.ppt

1、第十二章第十二章 轴轴第一节第一节 轴的分类与材料轴的分类与材料第二节第二节 轴的结构设计轴的结构设计第三节第三节 轴的强度校核轴的强度校核带传动和链传动都是通过中间挠性件传递运动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合。与齿轮传动相比，它们具有结构简单，成本低廉等优点。第四节第四节 轴的刚度计算轴的刚度计算带式运带式运输机输机减速器减速器电动机电动机转轴转轴第一节第一节 轴的分类与材料轴的分类与材料 功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。链轮、凸轮等。类类型型转轴转轴-传递扭矩又承受弯矩。传递扭矩又承受弯矩。按承受载荷分有：按承受载

2、荷分有：分类：分类：按轴的形状分有：按轴的形状分有：一、轴的用途及分类一、轴的用途及分类功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。链轮、凸轮等。类类型型转轴转轴-传递扭矩又承受弯矩。传递扭矩又承受弯矩。按承受载荷分有：按承受载荷分有：分类：分类：按轴的形状分有：按轴的形状分有：传动轴传动轴-只传递扭矩只传递扭矩发动机发动机后桥后桥传动轴传动轴一、轴的用途及分类一、轴的用途及分类功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。链轮、凸轮等。类类型型转轴转轴-传递扭矩又承受弯矩传递扭矩

3、又承受弯矩 按承受载荷分有：按承受载荷分有：分类：分类：按轴的形状分有：按轴的形状分有：传动轴传动轴-只传递扭矩只传递扭矩心轴心轴-只承受弯矩只承受弯矩前轮轮毂前轮轮毂固定心轴固定心轴火车轮轴火车轮轴车厢重力车厢重力 前叉前叉自行车自行车前轮轴前轮轴支撑反力支撑反力转动心轴转动心轴一、轴的用途及分类一、轴的用途及分类功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。链轮、凸轮等。类类型型转轴转轴-传递扭矩又承受弯矩传递扭矩又承受弯矩 按承受载荷分有：按承受载荷分有：分类：分类：传动轴传动轴-只传递扭矩只传递扭矩心轴心轴-只承受弯矩只承受弯矩直

4、轴直轴一、轴的用途及分类一、轴的用途及分类光轴光轴 阶梯轴阶梯轴 按轴的形状分有：按轴的形状分有：一般情况下，直轴做成实心轴，需要减重时做成空心轴功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。链轮、凸轮等。类类型型转轴转轴-传递扭矩又承受弯矩传递扭矩又承受弯矩 按承受载荷分有：按承受载荷分有：分类：分类：按轴的形状分有：按轴的形状分有：传动轴传动轴-只传递扭矩只传递扭矩心轴心轴-只承受弯矩只承受弯矩直轴直轴一、轴的用途及分类一、轴的用途及分类光轴光轴 阶梯轴阶梯轴 曲轴曲轴本章只研究直轴功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、功用：用

5、来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。链轮、凸轮等。类类型型转轴转轴-传递扭矩又承受弯矩传递扭矩又承受弯矩 按承受载荷分有：按承受载荷分有：分类：分类：按轴的形状分有：按轴的形状分有：传动轴传动轴-只传递扭矩只传递扭矩心轴心轴-只承受弯矩只承受弯矩直轴直轴一、轴的用途及分类一、轴的用途及分类光轴光轴 阶梯轴阶梯轴 曲轴曲轴挠性钢丝轴挠性钢丝轴设计任务：选材、结构设计、工作能力计算。设计任务：选材、结构设计、工作能力计算。二、轴设计的主要内容二、轴设计的主要内容轴的结构设计：轴的结构设计：根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合

6、理地确定轴的结构形式和尺寸。等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。工作能力计算：工作能力计算：轴的承载能力验算指轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。稳定性等方面的验算。轴的设计过程：轴的设计过程：N N 选择材料选择材料 结构设计结构设计 轴的承载能力验算轴的承载能力验算验算合格验算合格?结结 束束Y Y种种类类碳素钢：碳素钢：3535、4545、5050、Q235Q235轴的毛坯轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。三、三、轴的材料轴的材料 合金钢合金钢:20Cr:20Cr、20CrMn

7、Ti20CrMnTi、40CrNi40CrNi、38CrMoAlA38CrMoAlA等等用途：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较用途：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较多，尤其是多，尤其是4545钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能，钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。如用球墨铸铁制造曲轴和凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感较低、强度较好等优点。为了改善力学性能正火或调质处理。正火或调质处理。表表12-1 12-1 轴的常用材料及其主要力学性能轴的常用材料及其主要力学性能 材料及热处理材料及热

8、处理毛坯直径毛坯直径mm硬度硬度HBSHBS强度极限强度极限b b 屈服极限屈服极限s s MPaMPa弯曲疲劳极限弯曲疲劳极限-1-1应用说明应用说明Q235Q235440440240240200200用于不重要或载荷不大的轴35 35 正火正火520520270270250250有较好的塑性和适当的强度，可用于一般曲轴、转轴。100100149149187187 表表12-1 12-1 轴的常用材料及其主要力学性能轴的常用材料及其主要力学性能设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。第二节第二节 轴的结构设计轴的结构设计设计要求：设计要求：1.

9、1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装)2.2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位)3.3.各零件要牢固而可靠地相对固定；各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定)4.4.改善应力状况，减小应力集中。改善应力状况，减小应力集中。轴端挡圈轴端挡圈带轮带轮轴承盖轴承盖套筒套筒齿轮齿轮滚动轴承滚动轴承典型典型轴系轴系结构结构一、拟定轴上零件的装配方案一、拟定轴上零件的装配方案 装配方案：确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互装配方案：确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互 关系。关系。轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不轴

10、上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。相同。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。图示减速器输出轴就有两种装配方案。图示减速器输出轴就有两种装配方案。s sa aB B c c L La a圆锥圆柱齿轮圆锥圆柱齿轮二级减速器二级减速器 方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一个零件，加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一合理一合理 。二、轴上零件的定位二、轴上零件的定位 4、5间的轴肩使齿轮在轴上定位，1、2间的轴肩使带轮定位，6、7间的轴肩使右端滚动轴承定位。轴肩轴肩-阶梯轴上截面变化之处。阶梯轴上截面变化之处。起轴向定位作用。轴肩套筒套筒定位方法：轴肩、套筒、圆螺母、挡圈、轴承端盖。定位方法：轴肩、套筒、圆螺母、挡圈、轴承端盖。轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。齿轮受轴向力时，向右是通过4、5间的轴肩，并由6、7间的轴肩顶在滚动轴承的内圈上；向左则通过套筒顶在滚动轴承的内圈上。带轮的轴向固定是靠1、2间的轴肩和轴端当圈。双向固定双向固定