1、第14章軸與軸轂聯(lián)結14 軸與軸轂聯(lián)結軸與軸轂聯(lián)結14.1 概述14.2 軸的結構設計14.3 軸的強度計算14.1.1 軸的功用及分類軸的功用及分類1.用途：2.分類：直軸（階梯軸）14.1 概述概述按軸線形狀分：直軸曲軸光軸階梯軸撓性鋼絲軟軸(靈活傳遞)按所受載荷分： 心軸： 彎矩2.分類：轉軸 ：彎矩+扭矩（齒輪軸）傳動軸： 扭矩（汽車的傳動軸）固定心軸（滑輪軸,自行車車輪軸）轉動心軸（火車車廂的車軸）14.1.1 軸的功用及分類軸的功用及分類14.1 概述概述轉轉動動心心軸軸固固定定心心軸軸3.失效分析：14.1 概述概述 原因失效形式強度不足疲勞斷裂靜強度不足塑性變形或脆性斷裂剛度不

2、足彎曲變形或扭轉變形4.設計軸的主要內容:1)選取材料、 毛坯形式、 熱處理方法2)軸的結構設計3)軸的強度校核14.1.2 軸的材料及選用軸的材料及選用14.1 概述概述1.要求：強度、 韌性、 耐磨性 調質 淬火 高頻淬火 滲碳淬火 滲氮淬火2.材料： 碳素鋼45# ： 一般條件（價廉，對應力集中敏感性低） 常用熱處理方法：調質或正火 合金鋼 40Cr：高溫、低溫、重載、腐蝕（力學性能高、淬透性高、對應力集中較敏感性） 常用熱處理方法：調質 、淬火等14.1 概述概述比較：選用合金鋼, 采用熱處理只能提高軸的強度和耐磨性,對剛度幾 乎沒有影響原因: 鋼的種類和熱處理對彈性模量E影響很小.

3、3.毛坯 圓鋼 (軋制) 鍛件鑄鐵、球墨鑄鐵(價廉、吸振性和耐磨性好、對應力集中敏感性低)-用于形狀復雜的軸14.1.2 軸的材料及選用軸的材料及選用14.2 軸的結構設計軸的結構設計軸頸：、軸頭：、軸身：、軸頸軸頭軸身14.2 軸的結構設計軸的結構設計機構設計的內容:定出合理外形和全部結構尺寸機構設計應滿足的要求:定位要求、定位要求、固定要求、固定要求、工藝要求、工藝要求、疲勞強度要疲勞強度要求、尺寸要求、尺寸要求求一般已知：裝配簡圖、軸的轉速、傳遞的功率、傳動件（如齒輪）的主要參數(shù)和尺寸等以圓錐圓柱齒輪減速器的輸出軸為例說明（如圖所示）、確定軸上主要零件的相互位置、a、c、s、l14.2

4、軸的結構設計軸的結構設計14.2.1 軸上零件的裝配與布置軸上零件的裝配與布置現(xiàn)以圓錐-圓柱齒輪減速器輸出軸的兩種裝配方案為例進行對比，顯然，第二種方案較第一種方案多了一個用于軸向定位的長套筒，使機器零件增多，質量增大，故不如第一種方案好。擬定軸上零件的裝配方案1.軸上零件的軸向定位及固定14.2.2軸上零件的定位和固定軸上零件的定位和固定1）軸肩和軸環(huán) 要求r軸R孔或r軸C孔 錯誤 正確 軸肩定位軸向固定軸向固定特點：特點：結構簡單，定位可靠，可承受較大的軸向力 應用：應用：齒輪、帶輪、聯(lián)軸器、軸承等的軸向定位2）套筒 3）軸用圓螺母 錯誤 正確要求軸肩高度滾動軸承內圈高度圓螺母定位軸向固定

5、軸向固定特點：特點：定位可靠，裝拆方便，可承受較大的軸向力 由于切制螺紋使軸的疲勞強度下降 應用：應用：常用于軸的中部和端部當用軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母、軸端擋圈進行零件的軸向定位時，為保證軸向定位可靠，要求L軸L轂4）軸端擋圈 錯誤 正確5）彈性擋圈）彈性擋圈 7）鎖緊擋圈、緊定螺釘或銷 6）圓錐面（擋圈 +螺母） 彈性擋圈固定軸向固定軸向固定特點：特點：結構簡單緊湊，只能承受很小的軸向力切槽需要一定的精度 應用：應用：常用于固定滾動軸承等的軸向定位 軸端壓板定位和緊定螺釘固定軸向固定軸向固定用于軸端定位可承受劇烈振動和沖擊適用于軸向力小，轉速低的場合1.軸上零件的軸向定位及固定14.2.2

6、軸上零件的定位和固定軸上零件的定位和固定14.2.2軸上零件的定位和固定軸上零件的定位和固定1.軸上零件的軸向定位及固定注意：圓角尺寸關系14.2.2 軸上零件的定位和固定軸上零件的定位和固定2.軸上零件的周向固定鍵、花鍵、銷、彈性環(huán)、過盈配合、成形聯(lián)接、緊定螺釘軸系結構改錯四處錯誤正確答案三處錯誤正確答案兩處錯誤1.左側鍵太長，套筒無法裝入2.多個鍵應位于同一母線上14.2.3 軸各段直徑和長度的確定軸各段直徑和長度的確定1.軸的直徑2）由dmin逐漸放大（考慮定位固定）3）配合處取標準值，非配合處可不取標準值，各段軸徑相差510mm。4）圓角、倒角（手冊）。1）按扭轉強度初估dmin（見下

7、一節(jié)）2.軸段的長度2）零件與零件間的距離（圖）1）軸段的長度略小于（約23mm）配合的轂長14.2.4 軸的結構工藝性軸的結構工藝性1.形狀、尺寸便于加工和裝拆便于加工鍵槽：尺寸盡量一致 開在同一母線上圓角：r盡量相同；倒角：尺寸相同螺紋有退刀槽、磨削需有砂輪越程槽（標準值）2.中心孔：提高同軸度3.各軸段作用不同，其精度和表面粗糙度不同階梯軸便于裝拆軸端有倒角：45、30、60軸端有倒錐（過盈配合處）定位軸間（套筒）高度1.形狀、尺寸便于加工和裝拆14.2.4 軸的結構工藝性軸的結構工藝性軸端加工450倒角14.2.4 軸的結構工藝性軸的結構工藝性14.2.5 提高軸強度的措施提高軸強度的

8、措施1.改進軸的結構以減小軸的應力集中14.2.5 提高軸強度的措施提高軸強度的措施2.改善軸的表面質量以提高軸的疲勞強度降低表面粗糙度軸表面碾壓、噴丸等強化處理表面進行熱處理3合理布置軸上傳動零件的位置以減小軸的載荷軸系改錯軸系零件的拆裝訓練軸系零件的拆裝訓練 n軸設計的主要問題軸設計的主要問題 （1）選擇軸的材料； （2）在軸系結構設計中進行軸的結構設計： 確定軸的各段直徑和長度 軸的結構工藝性 解決軸上零件的固定和定位等問題 （3）進行軸的強度校核（防止疲勞折斷）； （4）必要時進行軸的剛度（防止過渡變形）和振動穩(wěn)定性計算（防止共振）。 軸的一般設計過程：估算軸徑 初步結構設計 按彎扭合

9、成強度計算 修正結構設計 按疲勞強度精確核算 繪制工作圖。 dM、T14.3 軸的強度計算脈動循環(huán)應力脈動循環(huán)應力對稱循環(huán)應力對稱循環(huán)應力 （ ）to （ ） （ ）ttoo 軸的應力分為三類 扭矩：脈動循環(huán)應力(常見)n轉軸 彎矩：對稱循環(huán)應力t靜應力靜應力14.3.1 按扭轉強度計算（初步確定軸的最小直徑）2 .01055.936TTTdnpWT校核式：336 2 . 01055. 9npAnpdT設計式：A值：如所計算的軸值：如所計算的軸徑上有鍵槽等結構，應將徑上有鍵槽等結構，應將計算的直徑適當放大，并計算的直徑適當放大，并將直徑按標準直徑系列圓將直徑按標準直徑系列圓整。教材標為整。教材

10、標為C值值,可按表可按表查查C值。值。14.3 軸的強度計算14.3.2 按彎扭合成強度計算14.3 軸的強度計算bebdTMWM1 . 0)(1322強度校核： 31 . 0beMd設計公式： 轉軸同時承受扭矩和彎矩，必須按二者組合強度進行計算。通常把軸當作置于鉸鏈支座上的梁，作用于軸上零件的力作為集中力，其作用點取為零件輪轂寬度的中點上。具體的計算步驟如下：1）畫出軸的空間力系圖；（分解為水平面分力和垂直面分力）2）計算水平面和垂直面上的彎矩并作出彎矩圖；3）計算合成彎矩M并作出彎矩圖；4）計算轉矩M T并作出轉矩圖；5）計算當量彎矩M ，繪出當量彎矩圖。6）根據(jù)當量彎矩圖找出危險截面，進

11、行軸的強度校核。L1ATRv1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrRv1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMcaMca1Mca2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)14.3.2 按彎扭合成強度計算14.3 軸的強度計算條件：已知支點、扭距，彎矩 步驟： 1、作軸的空間受力簡圖14.3.2 按彎扭合成強度計算14.3 軸的強度計算2、求水平面支反力RH1、RH2作水平面彎矩圖 L1ATRv1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrRv1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMM

12、McaMca1Mca2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)14.3.2 按彎扭合成強度計算14.3 軸的強度計算3、求垂直平面內支反力RV1、RV2，作垂直平面內的彎矩圖 L1ATRv1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrRv1=FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMcaMca1Mca2TMa=FaD2(a)(b)(c)(d)(e)(f)14.3.2 按彎扭合成強度計算14.3 軸的強度計算4、作合成彎矩圖 22VHMMML1ATR v1Rv1RH 1BCFtFrFaDRH 2Rv2L2L3FtRH 1MHRH 2MHFrR

13、 v1= FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMc aMc a1Mc a2TMa=FaD2( a )( b )( c )( d )( e )( f )14.3.2 按彎扭合成強度計算14.3 軸的強度計算5、作扭矩圖 L1ATRv1Rv1RH1BCFtFrFaDRH2Rv2L2L3FtRH1MHRH2MHFrRv1= FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMc aMc a1Mc a2TMa=FaD2( a )( b )( c )( d )( e )( f )14.3.2 按彎扭合成強度計算14.3 軸的強度計算6、作當量彎矩圖 22)( TMMeL1ATR v1Rv1RH

14、 1BCFtFrFaDRH 2Rv2L2L3FtRH 1MHRH 2MHFrR v1= FaRv1FaRv2Mv1Mv2M1M2MvMMMc aMc a1Mc a2TMa=FaD2( a )( b )( c )( d )( e )( f )：考慮扭矩和彎矩產生應力的循環(huán)特性差異的系數(shù)。 扭轉切應力為靜應力、脈動循環(huán)應力、對稱循環(huán)應力時，分別取 =0.3、0.6、1。14.3.2 按彎扭合成強度計算14.3 軸的強度計算7、校核 危險截面軸的強度bebdTMWM1 . 0)(1322強度校核： 31 . 0beMd設計公式：撓 度： yy 偏轉角： cmrey22)3(xzxyMMM作出合成彎矩：22)()5(TMM作出當量彎矩：bebdTMWM1 . 0)()