§14-1軸的功用和類型§14-2軸的材料§14-3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)§14-4軸的強(qiáng)度計(jì)算§14-5軸的剛度計(jì)算§14-6軸的臨界轉(zhuǎn)速的概念第14章軸14-1軸的功用和類型一、軸的功用用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分

二、軸的分類按軸的形狀分傳動(dòng)軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸曲軸撓性鋼絲軸1.轉(zhuǎn)軸組成：軸頸、軸頭、軸身；特點(diǎn)：傳遞扭矩又承受彎矩。帶式運(yùn)輸機(jī)減速器電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸14-1軸的功用和類型14-1軸的功用和類型2.傳動(dòng)軸組成：軸頸、軸頭、軸身；特點(diǎn)：只傳遞扭矩，不承受彎矩或彎矩很小。發(fā)動(dòng)機(jī)后橋傳動(dòng)軸14-1軸的功用和類型3.心軸分類：固定心軸、轉(zhuǎn)動(dòng)心軸；特點(diǎn)：只承受彎矩，不傳遞扭矩。14-1軸的功用和類型1.直軸分類：階梯軸、光軸；2.曲軸14-1軸的功用和類型3.撓性鋼絲軸由幾層緊貼在一起的鋼絲層構(gòu)成，可以把轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳到任何位置，常用于振搗器等設(shè)備中。14-1軸的功用和類型三、軸設(shè)計(jì)中的主要問題

1)合理選擇材料2)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3)軸的工作能力設(shè)計(jì)（強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)）必須先進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后才能進(jìn)行工作能力的核算。

4)軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸確定14-1軸的功用和類型一、軸的失效：多為疲勞損壞二、軸的材料要求：足夠的疲勞強(qiáng)度、對(duì)應(yīng)力集中的敏感性小、以及良好的加工性能等。碳素鋼：35、45、50鋼（優(yōu)質(zhì)碳素鋼：一般正火）；Q235、Q275（普通碳素鋼：不重要或者受力較小）合金鋼：40CrNi、38CrMoAlA；20Cr、20CrMnTi；（重載、要求減輕重量時(shí)、要求提高耐磨性；淬火、調(diào)質(zhì)）球墨鑄鐵：鑄鐵QT、合金鑄鐵、形狀復(fù)雜軸

14-2軸的材料鋼種和熱處理對(duì)彈性模量影響很小，對(duì)增大軸剛度無效（增大軸徑、減小跨距）合金鋼強(qiáng)度高，但對(duì)應(yīng)力集中敏感，如果結(jié)構(gòu)上和表面上不注意，軸強(qiáng)度得不到改善14-3軸軸的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)任任務(wù)務(wù)：：使軸軸的的各各部部分分具具有有合合理理的的形形狀狀和和尺尺寸寸。。設(shè)計(jì)計(jì)要要求求：：1.軸軸應(yīng)應(yīng)便便于于制制造造，，軸軸上上零零件件要要易易于于裝裝拆拆；；(制造造安安裝裝)2.軸軸和和軸軸上上零零件件要要有有準(zhǔn)準(zhǔn)確確的的工工作作位位置置；；(定位位)3.各各零零件件要要牢牢固固而而可可靠靠地地相相對(duì)對(duì)固固定定；；(固定)4.改改善善應(yīng)力力狀況況，減減小應(yīng)應(yīng)力集集中。。軸端擋圈帶輪軸承蓋套筒齒輪滾動(dòng)軸承典型軸系結(jié)構(gòu)④為便于于軸上上零件件的裝裝拆，，一般般軸都都做成成從軸軸端逐逐漸向向中間間增大大的階階梯狀狀。零件的的安裝裝次序序一、制制造安安裝要要求裝零件件的軸軸端應(yīng)應(yīng)有倒倒角，，需要要磨削削的軸軸端有有砂輪輪越程程槽，，車螺螺紋的的軸端端應(yīng)有有退刀刀槽。。②③⑥⑦①⑤①倒角14-3軸軸的結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)零件的的軸向向定位位由軸軸肩或或套筒筒來實(shí)實(shí)現(xiàn)。。二、軸軸上零零件的的定位位軸肩----階階梯軸軸上截截面變變化之之處。。起軸向向定位位作用用。軸肩套筒14-3軸軸的結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)軸向固固定由由軸肩肩、套套筒、、螺母母或軸軸端擋擋圈來來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。三、軸上零零件的固定定齒輪受軸向向力時(shí)，向向右是通過過4、5間間的軸肩，，并由6、、7間的軸軸肩頂在滾滾動(dòng)軸承的的內(nèi)圈上；；向左則通通過套筒頂頂在滾動(dòng)軸軸承的內(nèi)圈圈上。帶輪輪的軸向固固定是靠1、2間的的軸肩和軸軸端當(dāng)圈。。雙向固定14-3軸軸的結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無法采用套套筒或套筒筒太長(zhǎng)時(shí)，，可采用雙雙圓螺母加加以固定。。軸肩的尺寸寸要求:r<C1或r<Rb≈1.4h(與滾動(dòng)軸承承相配合處處的h和b值,見軸承承標(biāo)準(zhǔn))DdrR軸端擋圈雙圓螺母DdC1rh≈(0.07d+3)~(0.1d+5)mm裝在軸端上上的零件往往往采用軸軸端擋圈固固定。hhC1DdrDdrRb14-3軸軸的結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)hh軸向力較小小時(shí)，可采采彈性擋圈圈或緊定螺螺釘來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。周向固定大大多采用鍵鍵、花鍵、、或過盈配配合等聯(lián)接接形式來實(shí)實(shí)現(xiàn)鍵槽應(yīng)設(shè)計(jì)計(jì)成同一加加工直線14-3軸軸的結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)四、改善軸軸的受力狀狀況，減小小應(yīng)力集中中圖示為起重重機(jī)卷筒兩兩種布置方方案。A圖圖中大齒輪輪和卷筒聯(lián)聯(lián)成一體，，轉(zhuǎn)距經(jīng)大大齒輪直接接傳遞給卷卷筒，故卷卷筒軸只受受彎矩而不不傳遞扭矩矩。圖b中中軸同時(shí)受受彎矩和扭扭矩作用。。故載荷相相同時(shí)，圖圖a結(jié)構(gòu)軸軸的直徑要要小。Q方案aQ方案b

輸出輸出輸入輸出輸出輸入Tmax=T1+T2Tmax=T11.改善善受力狀況況當(dāng)軸上有兩兩處動(dòng)力輸輸出時(shí)，為為了減小軸軸上的載荷荷，應(yīng)將輸輸入輪布置置在中間。。T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理T14-3軸軸的結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Rdd/430?

2.減小小應(yīng)力集中中合金鋼對(duì)應(yīng)應(yīng)力集中比比較敏感，，應(yīng)加以注注意。應(yīng)力集中出出現(xiàn)在截面面突然發(fā)生生變化的。。措施：1.用圓圓角過渡；；2.盡量量避免在軸軸上開橫孔孔、切口或或凹槽;3.重要要結(jié)構(gòu)可增增加卸載槽槽B、過渡渡肩環(huán)、凹凹切圓角、、增大圓角半半徑。也可可以減小過過盈配合處處的局部應(yīng)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/414-3軸軸的結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、按扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算算軸的強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)據(jù)軸的承載載情況，采采用相應(yīng)的的計(jì)算方法法，常用方方法有兩種種。對(duì)于只傳遞遞扭轉(zhuǎn)的圓圓截面軸，，強(qiáng)度條件件為：設(shè)計(jì)公式為為：對(duì)于既傳遞遞扭轉(zhuǎn)又傳傳遞彎矩的的軸，可按按上式初步步估算軸的的直徑。計(jì)算結(jié)果為為：最小直徑！！解釋各符號(hào)號(hào)的意義及及單位軸的材料A3，20354540Cr,35SiMn[τ](N/mm)12~2020~3030~4040~52C160~135135~118118~107107~92表14-2常用材料的[τ]值和C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(shí),C取較小值；否則取較大值14-4軸軸的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)算因σb和τ的循環(huán)特性性不同，折合后得：：二、按彎扭扭合成強(qiáng)度度計(jì)算強(qiáng)度條件為為：l1l彎曲應(yīng)力：：扭切應(yīng)力：：代入得：W------抗彎彎截面系數(shù)數(shù)；WT----抗抗扭截面系系數(shù)；α----折折合系數(shù)Me---當(dāng)量量彎矩；14-4軸軸的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)算材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]40013070405001707545600200955570023011065800270130759003001408010003301509050012070404001005030表14-3軸的許用彎曲應(yīng)力

碳素鋼合金鋼鑄鋼折合系數(shù)取取值：0.3----轉(zhuǎn)矩不不變；0.6----脈動(dòng)變變化；1----頻繁繁正反轉(zhuǎn)。。靜應(yīng)力狀態(tài)態(tài)下的許用用彎曲應(yīng)力力設(shè)計(jì)公式：：α=14-4軸軸的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)算折合系數(shù)取取值：0.3----轉(zhuǎn)矩不不變；0.6----脈動(dòng)變變化；1----頻繁繁正反轉(zhuǎn)。。設(shè)計(jì)公式：：α=材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]40013070405001707545600200955570023011065800270130759003001408010003301509050012070404001005030表14-3軸的許用彎曲應(yīng)力

碳素鋼合金鋼鑄鋼脈動(dòng)循環(huán)狀狀態(tài)下的許許用彎曲應(yīng)應(yīng)力14-4軸軸的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)算折合系數(shù)取取值：0.3----轉(zhuǎn)矩不不變；0.6----脈動(dòng)變變化；1----頻繁繁正反轉(zhuǎn)。。設(shè)計(jì)公式：：α=材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]40013070405001707545600200955570023011065800270130759003001408010003301509050012070404001005030表14-3軸的許用彎曲應(yīng)力

碳素鋼合金鋼鑄鋼對(duì)稱循環(huán)狀狀態(tài)下的許許用彎曲應(yīng)應(yīng)力14-4軸軸的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)算對(duì)2點(diǎn)取矩矩舉例：計(jì)算某減速速器輸出軸軸危險(xiǎn)截面面的直徑。。已知作用用在齒輪上上的圓周力力Ft=17400N,徑向向力，F(xiàn)r=6140N,軸軸向力力Fa=2860N，齒輪輪分度圓直直徑d2=146mm,作用用在軸右端端帶輪上外外力F=4500N（（方向未定定）,L=193mm,K=206mm。L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12解：1)求垂垂直面的支支反力和軸軸向力=Fad2aadP24714-4軸軸的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)算14-4軸軸的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)算MavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2F2)求水水平面的支支反力F3)求F力在支點(diǎn)點(diǎn)產(chǎn)生的反反力4)繪制制垂直面的的彎矩圖5)繪制制水平面的的彎矩圖L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP24714-4軸軸的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)算MaF2FM2F6)求F力產(chǎn)生的的彎矩圖7)繪制制合成彎矩矩圖考慮F可能能與H、V內(nèi)合力共共面a-a截截面F力產(chǎn)產(chǎn)生的彎矩矩為：MaFM’aMavM’avFtF1HF2HMaHF1FFL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP247MaMavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F8)求軸軸傳遞的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩F9)求危危險(xiǎn)截面的的當(dāng)量彎矩矩MaFM2M’aT扭切應(yīng)力為為脈動(dòng)循環(huán)環(huán)變應(yīng)力，，取折合系系數(shù):α=0.6L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadP24714-4軸軸的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)算求考慮到鍵鍵槽對(duì)軸的的削弱，將將d值增大4%，故得：：10)計(jì)計(jì)算危險(xiǎn)截截面處軸的的直徑選45鋼，，調(diào)質(zhì)，σb=650MPa,[σ-1b]=60MPa符合直徑系系列。14-4軸軸的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)算按彎扭合成成強(qiáng)度計(jì)算算軸徑的一一般步驟：：將外載荷分分解到水平平面和垂直直面。求垂垂直面支撐撐反力FV和水平面支撐撐反力FH；2.作作垂直彎彎矩MV圖和彎矩MH圖;3.作作合成彎彎矩M圖；；4.作作轉(zhuǎn)矩T圖；5.彎彎扭合成成，作當(dāng)量量彎矩Me圖；6.計(jì)計(jì)算危險(xiǎn)險(xiǎn)截面軸徑徑:1.若若危危險(xiǎn)截面面上有鍵鍵槽，則則應(yīng)加大大4%2.若若計(jì)計(jì)算結(jié)果果大于結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)初步估估計(jì)的軸軸徑，則則強(qiáng)度不不夠，應(yīng)應(yīng)修改設(shè)設(shè)計(jì)；3.若若計(jì)計(jì)算結(jié)果果小于結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)初步估估計(jì)的軸軸徑，且且相差不不大，一一般以結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)的軸徑徑為準(zhǔn)。。對(duì)于一般般剛軸，，按上述述方法設(shè)設(shè)計(jì)即可可。對(duì)于于重要的的軸，還還必須用用安全系系數(shù)法作作精確校校核計(jì)算算。說明：14-4軸軸的強(qiáng)度度計(jì)算14-5軸軸的剛度度計(jì)算lFF’F”θ1θ2彎矩→→彎曲變形形扭矩→→扭轉(zhuǎn)變形形若剛度不不夠?qū)е轮螺S的變變形過大大，就會(huì)會(huì)影響其其正常工工作。變形量的的描述：：撓度y、轉(zhuǎn)角θ、扭角φ設(shè)計(jì)要求求：y≤[y]θ≤[θ]φ≤[φ]一、彎曲曲變形計(jì)計(jì)算方法有：：1.按微微分方程程求解2.變形形能法→適用于等等直徑軸軸。→適用于階階梯軸。。復(fù)習(xí)材料料力學(xué)相相關(guān)內(nèi)容容。yTTφ表14-4軸的許用變形量變形種類許用值適用場(chǎng)合變形種類許用值適用場(chǎng)合(0.0003~0.0005)