1、第一節第一節 概述概述第二節第二節 軸的結構設計軸的結構設計第三節第三節 軸的強度計算軸的強度計算第四節第四節 軸的剛度計算軸的剛度計算第五節第五節 軸的振動與臨界轉速軸的振動與臨界轉速第十一章第十一章 軸軸第一節第一節 概述概述一、主要功用一、主要功用二、分類二、分類1. 按按承載承載分分：1. 支承支承軸上回轉零件軸上回轉零件：軸轉動：軸固定2. 傳遞傳遞運動和動力運動和動力問：火車輪軸問：火車輪軸屬于什么類型？屬于什么類型？問：問：自行車軸自行車軸屬于什么類型？屬于什么類型？： 如：如：減速器中的軸減速器中的軸。：如：汽車下的傳動軸。如：汽車下的傳動軸。下列各軸分別為哪種類型？下列各軸分

2、別為哪種類型？0 軸：軸：軸：軸：軸：軸：傳動軸轉軸轉動心軸轉軸轉軸轉動心軸如何判斷軸是否傳遞轉矩？如何判斷軸是否傳遞轉矩？如何判斷軸是否承受彎矩？如何判斷軸是否承受彎矩？ ：發動機專用零件：發動機專用零件2、按軸線形狀分、按軸線形狀分又可分為實心、空心（加工困難）又可分為實心、空心（加工困難）：軸線可任意彎曲，傳動靈活。：軸線可任意彎曲，傳動靈活。動力源被驅動裝置接頭接頭三、軸設計的主要內容三、軸設計的主要內容失效形式失效形式：1、疲勞破壞疲勞破壞 疲勞強度校核。疲勞強度校核。2、變形過大變形過大 剛度驗算（如機床主軸）剛度驗算（如機床主軸）。3、振動折斷振動折斷 高速軸，自振頻率與軸轉速接

3、近高速軸，自振頻率與軸轉速接近。4、塑性變形塑性變形 短期尖峰載荷短期尖峰載荷 驗算屈服強度驗算屈服強度。設計的主要內容設計的主要內容：1.合理的結構設計合理的結構設計零件定位、固定、裝拆及調整零件定位、固定、裝拆及調整a、有足夠的、有足夠的強度強度 疲勞強度、靜強度；疲勞強度、靜強度；b、有足夠的、有足夠的剛度剛度 防止產生大的變形；防止產生大的變形；c、有足夠的、有足夠的穩定性穩定性 防止共振防止共振 穩定性計算。穩定性計算。2.工作能力計算工作能力計算四、軸的材料四、軸的材料1. .材料要求材料要求1)足夠的疲勞強度足夠的疲勞強度2)較小的應力集中較小的應力集中3)良好的加工工藝性良好的

4、加工工藝性2. .常用材料常用材料優質中碳鋼優質中碳鋼: :45鋼鋼1) 一般情況一般情況調質處理調質處理2) 受力小或不重要受力小或不重要普通碳素鋼普通碳素鋼: :Q235,Q2753) 強度高、尺寸小或特殊要求強度高、尺寸小或特殊要求低碳合金鋼低碳合金鋼: :20Cr，20CrMnTi中碳合金鋼中碳合金鋼: :40Cr，40CrNi滲碳淬火滲碳淬火表面淬火表面淬火4) 結構形狀復雜結構形狀復雜高強度鑄鐵或球墨鑄鐵高強度鑄鐵或球墨鑄鐵注意：鋼材種類熱處理對鋼材彈性模量彈性模量E E影響很小，問：當軸的剛度不足時，如何問：當軸的剛度不足時，如何提高軸的剛度提高軸的剛度？用熱處理第二節第二節 軸

5、的結構設計軸的結構設計目的：目的：主要尺寸主要尺寸形狀形狀尺寸尺寸細節尺寸細節尺寸越程槽越程槽鍵槽鍵槽倒角倒角要求：要求： 1、軸與軸上零件要有、軸與軸上零件要有準確的相對位置準確的相對位置；2、受力合理受力合理軸結構有利于提高軸的強度和剛度軸結構有利于提高軸的強度和剛度；3、軸的、軸的加工、裝配有良好的工藝性加工、裝配有良好的工藝性、減少應力集中、減少應力集中；階梯軸的結構：階梯軸的結構：裝軸承裝軸承處處 ：裝輪轂裝輪轂處處：聯接：聯接和和部分部分一、制造、安裝和結構工藝性：一、制造、安裝和結構工藝性：1. 軸上零件的軸上零件的裝拆與固定裝拆與固定，且接近于，且接近于等強度梁等強度梁階梯軸階

6、梯軸2. 結構力求簡單，軸肩盡可能少，相鄰軸段直徑相差不宜過大，結構力求簡單，軸肩盡可能少，相鄰軸段直徑相差不宜過大，以選擇合適的圓鋼，減少切削用量。以選擇合適的圓鋼，減少切削用量。 定位定位軸肩：軸肩：510mm；非定位非定位：23mm3.固定不同零件的各固定不同零件的各鍵槽鍵槽應布置在應布置在同一母線同一母線上，以減少裝夾次數。上，以減少裝夾次數。4.圓角半徑、退刀槽寬度、倒角尺寸相同圓角半徑、退刀槽寬度、倒角尺寸相同5. 需磨削的軸段：砂輪越程槽；需磨削的軸段：砂輪越程槽；需切削螺紋的軸段，應留有退刀槽。需切削螺紋的軸段，應留有退刀槽。6. .為便于加工和檢驗，軸徑應圓整；軸頸應等于軸承

7、為便于加工和檢驗，軸徑應圓整；軸頸應等于軸承內徑；螺紋應符合螺紋標準。內徑；螺紋應符合螺紋標準。7.7.為便于裝配，軸端應倒角；過盈配合零件裝入端應為便于裝配，軸端應倒角；過盈配合零件裝入端應加工導向錐面。加工導向錐面。倒角倒角二、二、軸上零件的固定軸上零件的固定1. 軸向固定軸向固定1) 目的目的保證軸上零件工作位置的可靠。保證軸上零件工作位置的可靠。彈彈性性擋擋圈圈套套筒筒軸軸肩肩與與軸軸環環軸軸端端擋擋圈圈圓圓錐錐面面圓圓螺螺母母緊緊定定螺螺釘釘 分分 類類2) 方法方法(1) 軸肩與軸環軸肩與軸環RC軸肩軸肩軸環軸環rrd2d3特點特點簡單可靠；應用廣泛簡單可靠；應用廣泛應力集中；不利

8、加工應力集中；不利加工設計要點設計要點r R 或或 Ch=(0.070.1)db=1.4h(2) 套筒套筒特點特點簡化軸的結構，不削弱強度；簡化軸的結構，不削弱強度；近距離零件間的相對固定；近距離零件間的相對固定；不宜用于高速轉軸。不宜用于高速轉軸。注意注意間隙配合間隙配合(3) 軸端擋圈軸端擋圈特點特點工作可靠，承受較大軸向載荷。工作可靠，承受較大軸向載荷。注意注意只用于軸端，應采用止動墊圈。只用于軸端，應采用止動墊圈。2. 周周向固定向固定1)目的目的保證軸上零件與軸之間可靠傳動。保證軸上零件與軸之間可靠傳動。花鍵聯接花鍵聯接平鍵聯接平鍵聯接2)方法方法過盈配合聯接過盈配合聯接銷釘聯接銷釘

9、聯接三、三、提高軸的強度和剛度提高軸的強度和剛度1. 減小應力集中減小應力集中1)增大過渡圓角半徑增大過渡圓角半徑2)避免開設橫孔、切口和凹槽避免開設橫孔、切口和凹槽2. 改善軸的表面質量改善軸的表面質量1)合理選擇表面粗糙度合理選擇表面粗糙度2)采用表面強化處理采用表面強化處理3. 合理布置軸上零件以減少軸所受的載荷合理布置軸上零件以減少軸所受的載荷maxMmaxMFF心軸心軸4. 改善軸的受力狀況改善軸的受力狀況結構結構軸的載荷軸的載荷軸強度和剛度軸強度和剛度 軸轂配合軸轂配合兩處兩處轉動轉動不轉動不轉動注意：各軸段直徑d 和長度L的確定。第三節第三節 軸的強度計算軸的強度計算一、軸的力學

10、計算簡圖一、軸的力學計算簡圖1）將軸簡化成為一將軸簡化成為一簡支梁簡支梁2）確定確定支點位置支點位置（P248：圖：圖11-16）3）確定力的大小、方向和作用點）確定力的大小、方向和作用點4）確定轉矩（從輪轂寬度的中點）確定轉矩（從輪轂寬度的中點）二、軸的強度計算二、軸的強度計算 三種方法：轉矩法、三種方法：轉矩法、當量彎矩法當量彎矩法和安全系數校和安全系數校核法。核法。( (一一) )轉矩法轉矩法強度條件強度條件： aTTTTMPWnPWT61055. 9mmnPCnPdT3336 2 . 01055. 9式中：式中：WWT T 抗扭截面系數，抗扭截面系數，mmmm3 3 T T 許用切應力

11、許用切應力C C與材料有關的系數與材料有關的系數（二）當量彎矩法（二）當量彎矩法2. .彎矩圖和轉矩圖彎矩圖和轉矩圖4. . 危險剖面的強度驗算危險剖面的強度驗算軸上零件載荷軸上零件載荷軸的支點位置軸的支點位置1. .支反力支反力平衡方程平衡方程3. .當量應力當量應力第三強度理論第三強度理論步步驟驟第三強度理論第三強度理論22e)(TMM22e)(1TMW當量彎矩當量彎矩當量應力當量應力1 1）單向旋轉、載荷穩定）單向旋轉、載荷穩定：0.32 2）單向旋轉、載荷不穩定）單向旋轉、載荷不穩定：0.63 3）連續正反轉、載荷不穩定）連續正反轉、載荷不穩定：1（三）軸的安全系數校核計算（精確計算）（三）軸的安全系數校核計算（精確計算）1、疲勞強度校核、疲勞強度校核尺寸系數尺寸系數（、）表面狀態表面狀態應力集中應力集中（k、k） 當量彎矩法沒有精確計入影響疲勞強度的當量彎矩法沒有精確計入影響疲勞強度的其它重要因素。其它重要因素。1NamkSk單純受彎單純受彎：maNkkS1單純受