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1、第16章 轴 v16.1 概述 轴的功用：支撑回转零件、传递运动和转矩 轴大多是直的，但也有曲轴（实现往复运动） v16.1.1 轴的分类（按照载荷分类） 转轴：弯矩扭矩，最常见 心轴：只受弯矩，如机车的轴 传动轴：只受扭矩：如汽车传动轴 v16.1.2 轴的材料 要求良好的综合性能（强度、刚度、塑性和韧性等） 一般常用碳素钢、合金钢等（45#） 热处理常用调质或正火 v16.1.3 轴设计的主要问题 结构设计：轴上零件的固定方式（轴向与周向）、轴的支撑形式、 轴制造与装配工艺 强度与刚度：保证有足够的强度和刚度 v16.2 轴的结构设计 设计原则： v满足强度、刚度、防振的要求，并通过结构设
2、计提高这些方面的性能 v保证轴上零件定位且固定可靠 v便于轴上零件装拆和调整 v轴的加工工艺性好 v一般设计成中间大、两端小的阶梯形状 v16.2.1 轴的毛坯 圆钢或锻造毛坯、一般不用铸造毛坯 v16.2.2 轴各部分名称 轴颈：被支撑部分，一般指安装轴承处（尺寸根据轴承） 轴头：安装轮毂部分（尺寸考虑轮毂） 轴身：联结轴头和轴颈部分 作成阶梯轴的原因：综合考虑等强度、加工工艺和装配工艺的结果 v16.2.3 零件在轴上的固定 轴向固定：轴肩、档圈、圆螺母、套筒、锥形轴头等见P311图16.3 (1) 轴肩与轴环 轴的过渡圆角半径 r C或R (2)套筒 不宜用于较高转速的轴 不能有“过定位
3、” L B B L (3) 紧定螺钉 兼作周向固定 受力较小、不宜于高速轴 (4) 圆螺母和弹性档圈 螺纹应力集中严重、不宜 在轴的中间部位 用于轴向力较小的场合 圆螺母 弹性档圈 (5) 轴端档圈 用螺钉将档圈固定在轴的端面 要与轴肩或锥面配合、固定轴端零件 周向固定：键、花键、销、过盈联结等，见P312图16.5 v16.2.4 结构草图画法 考虑要素：固定方法、支撑点位置、装配工艺、制造工艺 例题16.1 v16.3 轴的强度计算 三种计算方法：许用切应力法、许用弯曲应力法、安全 系数校核法 v许用切应力法：只需要知道转矩大小，主要用来计算转矩为主 的传动轴及轴的初步估算 v许用弯曲应力
4、法：需要知道力及作用位置，一般在结构设计后 进行校核 v安全系数校核法：要求在结构设计后，并且知道圆角、轮毂配 合等后进行，一般用于重要轴的校核 v一般计算时先根据许用切应力法估算，然后结构设计后用许用 弯曲应力法校核 v16.3.1 按许用切应力计算 vC见P314表16.2 v16.3.2 按许用弯曲应力计算内 此种方法用于受弯扭复合作用的转轴。 （1）求出支点反力； （2）作出轴在水平面内弯矩Mxy图 ，在垂直面内弯矩Mxz图； ：考虑扭矩和弯矩产生应力的循环特性差异的系数。 扭转切应力为静应力、脉动循环应力、对称循环应力 时，分别取 =0.3、0.6、1。 （4）作出扭矩 T图. 轴结
5、构 水平面 受力简图 水平弯矩图 转矩图 当量弯矩图 垂直面 受力简图 垂直弯矩图 合成弯矩图 v16.3.3 安全系数校核计算（重要轴） 疲劳强度校核（各系数含义见P315） 静强度校核(P316) v 例题16.2 16.3 v16.4 轴的刚度计算 v16.4.1 轴的弯曲刚度计算 当量轴径法：把阶梯轴简化为一当量等径光轴，然后再利用材力公 式计算y及。 轴的一般设计过程： 估算轴径 初步结构设计 按弯扭合成强度计算 修正结构设计 按疲劳强度精确核算 绘制工作图。 dM、T 其中： li 、di轴上第i段的长度和直径；mm v16.4.2 轴的扭转刚度 轴在扭矩作用时 v16.6 提高轴
6、的强度、刚度和减轻重量的措施 提高轴承载能力的途径：结构和工艺 合理安排轴上载荷的传递路线 T1 T2 输入 T1 +T2 T1 T1 +T2 扭矩图 T1 T2 输入 T1 +T2 T1 T2 扭矩图 改善轴上零件结构 采用载荷分担方法减少轴的载荷（P327图16.7,16.8） 采用力平衡抵消部分载荷，如斜齿轮 改变支点位置，图16.20 改进轴的结构，减少应力集中 减小过盈处应力集中开减载槽 凹切圆角 过渡肩环 改善表面质量，提高疲劳强度 v降低粗糙度、采用表面强化等 减速器传动比i=9，传动效率0.9，输入轴直径d=18mm，若输出轴与 输入轴同材料，试估算输出轴直径d。 用扭转强度估算轴直径的公式为： ，两轴材料相同，A0取同样的值。 vEnd