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1、16.1 概述 16.2 轴的结构设计 16.3 轴的强度计算 16.4 轴的刚度计算 16.5 轴的临界转速,第16章 轴,16.1 概述,功用：轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。,16.1.1 轴的分类,按照承受载荷的不同，轴可分为：,1. 转轴同时承受弯矩和转矩的轴，如减速器的轴。,2. 心轴只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。,转动心轴,固定心轴,如：齿轮轴,火车轮轴,3. 传动轴主要承受转矩的轴，不受弯矩或弯矩很小，如汽车的传动轴。,除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传,直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。,按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。,轴一般
2、是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴。,16.1 概述,到不开敞地空间位置。,桥式起重机,大车行走机,构车轮轴,16.1.2 轴的材料,16.1 概述,轴的材料主要是碳钢和合金钢。,轴的常用材料及其部分机械性能（见下页）,16.1 概述,16.1 概述,16.1.3 轴设计的主要问题,2.结构：轴向、周向定位；工艺要求；安装和维修,3.工作能力：强度、刚度、耐磨性和振动的稳定性等；,重型轴还要考虑毛坯制造、探伤、起重。,1.材料：见前述,16.2 轴的结构设计,16.2.1 轴的毛坯,尺寸较小的轴可以用圆钢车制，尺寸较大的轴则应用锻造毛坯。铸造毛坯应用较少。,16.2.2 轴的组成,轴主要由轴
3、头、轴身、轴颈三部分组成。,轴端,轴头,轴颈,轴头,轴身,轴的结构和形状取决于：,轴的毛坯种类 轴上作用力的大小及分布情况 轴上零件的位置、配合性质以及联结固定的方法 轴承的类型、尺寸和位置 轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求,16.2 轴的结构设计,要求：,受载合理,轴及轴上零、部件定位及固定可靠,良好的制造、拆装工艺性,减小应力集中,1. 受载合理,(1)减小轴上扭矩。,改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。,(2)减小轴上弯矩。,(3)改变零件的结构可以改变轴的类型,a)T由卷筒传递，轴仅受M(心轴),b)T由轴传递，轴受M、T(转轴),16.2 轴的结构设计,改进轴上零件的结
4、构也可以减小轴上的最大载荷。,16.2 轴的结构设计,2.轴在轴上零件定位、固定可靠、装拆方便,见16.2.3,3.良好的工艺性,（1）退刀槽,需磨削处,需车螺纹处,(2）倒角,易对中安装（紧配合处），安全,倒角、圆角一致。,(3) 键槽：在同一母线上,16.2 轴的结构设计,(4) 非定位轴肩的设置：便于紧配合处的安装,4.尽量避免应力集中,(1)减小不必要的尺寸变化和减小尺寸变化的幅度；,(2)采用大过渡圆角；,(3)紧配合处采用卸载槽；,(4)减少表面粗糙度；,(5)采用輾压、喷丸工艺。,16.2.3 零件在轴上的固定,轴上零件常以其毂和轴联接在一起。轴和毂的固定可分为轴向固定和周向固定
5、两类。,16.2 轴的结构设计,1.轴上零件的轴向固定,轴上零件轴向固定的方法有：轴肩（或挡环）、弹性挡圈、套筒、锁紧挡圈（加紧定螺钉）、锥形轴头、紧定螺钉、圆螺母、紧配合、轴端挡圈等结构。,详见 P311 图16.3,轴肩由定位面和内圆角组成,轴肩处,16.2 轴的结构设计,16.2 轴的结构设计,2.轴上零件的周向固定,常用的周向固定方法有键、花键、成形、弹性环、销和过盈配合等联接。,16.3 轴的强度计算,轴的强度计算主要由三种方法（据轴受载及对安全要求）,设计思路：,（1）按许用切应力计算,（2）许用弯曲应力计算；,（3）安全系数校核计算。,16.3.1 按许用切应力计算,1.应用（仅
6、与T有关）,(1)传动轴计算（主要T）,(2)需初步结构化的转轴（只知T）,(3)不重要转轴的计算（将M影响折算进行 内）,16.3 轴的强度计算,2.算式,强度条件：,(16.1),设计式：,(16.2),式中：,16.3 轴的强度计算,16.3.2 按许用弯曲应力计算（弯扭组合计算）,1.应用,(1)（初步结构化）已知跨度的转轴（支点确定）,(2)一般为重要的转轴,2.算式,弯曲应力 一般计算顺序如下：,(1)画空间受力简图；,(2)作水平、垂直平面受力图；,(3)作 ；作 ；,(4)作合成 ；,由第三强度理论,M、T载荷性质相同：,(5)作T图 ；,M、T载荷性质不同时：,将 修正成与
7、性质相同的应力（引入 ）,16.3 轴的强度计算,16.3 轴的强度计算,(16.3),(8)设计式,(16.4),对于不变T：,对于脉动循环的T：,对于对称循环的T：,式中 应力修正系数；,(6)作当量 ；,(7) ；,16.3 轴的强度计算,3.计算步骤,（1）作空间受力简图（图a）；,（2）作垂直平面（V面）受力图，计算支反力（图b）；,（3）作,(a),(b),(c),16.3 轴的强度计算,（4）作水平平面（H面）受力图，计算支反力（图d）,（5）作,(d),(e),16.3 轴的强度计算,（6）作合成弯曲图M（图f）,逐点合成,（7）作T图（图g）,（8）作当量弯矩图 (图h),逐
8、点合成,(f),(g),(h),16.3 轴的强度计算,（9）计算d作等强度轴,（10）进一步结构化（尺寸细化，加工、配合得知）,16.3.3 安全系数校核计算,1.应用：(1)结构细化的重要轴（改善薄弱环节）,(2)只限危险截面处,2.算式,(1)疲劳强度安全系数的校核计算（防疲劳破坏）,确定危险截面,16.3 轴的强度计算,弯曲作用下的安全系数,扭转作用下的安全系数,(16.5),式中：,16.3 轴的强度计算,16.3 轴的强度计算,(16.6),(2)静强度安全系数校核计算,（防止尖峰载荷出现时轴塑性变形）,16.3 轴的强度计算,(16.7),16.3 轴的强度计算,例题16.2见P316,16.3 轴的强度计算,16.3 轴的强度计算,16.4 轴的刚度计算,1.目的：防止弯曲、扭转变形过大而影响机器正常运转，这是工程上布允许的,例：,2.计算,刚度：指轴所载荷与受载后产生的弹性变形比值,16.4 轴的刚度计算,16.5 轴的临界转速,1.目的：防止共振的破坏。,2.轴的振动与临界转速,轴的振动,横向振动,扭转振动,纵向振动,