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机械设计(第八版)第15章 轴 PPT

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机械设计全套课件 ppt课件

机械设计全套课件 ppt课件

凡具备上述（1）、（2）两个特征的实物组合体称为机构。 机器能实现能量的转换或代替人的劳动去做有用的机械功，而 机构则没有这种功能。
仅从结构和运动的观点看，机器与机构并无区别，它们 都是构件的组合，各构件之间具有确定的相对运动。因此，通 常人们把机器与机构统称为机械。
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机械设计基础
绪论
如图1-1所示的内燃机，
图1-5（a）闭式运动链
机械设计基础
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图1-5（a）开式运动链
16
• 将运动链中的一个构件固定，并且它的一个 或几个构件作给定的独立运动时，其余构件 便随之作确定的运动，此时，运动链便成为 机构。
• 机构的组成:
• 机 架：固定不动的构件
• 原动件：输入运动的构件
• 从动件：其余的活动构件
1)运动副：两构件之间直接接触并能产生一定的相对
运动的连接称为运动副。
运动副元素：两构件上直接参与接触而构成运动副的部分— —点、线或面。
2) 运动副的分类
平面
运 运动副 动 副
空间 运动副
机械设计基础
高副：点、线接触 低副：面接触
球面副 螺旋副
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运动副 转动副
13
图1-2 转动副
图1-3 移动副
是由汽缸体1、活塞2、连杆3、曲轴4、 小齿轮5、大齿轮6、凸轮7、推杆8等系列 构件组成，其各构件之间的运动是确定的。
0.1.2 构件与零件
机构是由具有确定运动的单元体组成的，这 些运动单元体称为构件。
组成构件的制造单元体称为零件。 零件则是指机器中不可拆的一个最基本的 制造单元体。构件可以由一个或多个零件组成。
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机械设计基础

《机械设计基础》第15章 滑动轴承

《机械设计基础》第15章 滑动轴承

τ
P＋dp τ＋dτ
雷诺耳实验（1883年）——层流与湍流的现象
雷诺方程：
h0 - h dp = 6ηv dx h3
其中：p——油膜压力 η——润滑油粘度 V——速度 h——间隙厚度（油膜厚度） h0——油膜压力为极限值时的间隙厚度
分析雷诺方程：
（1）当相对运动的两表面 形成收敛油楔时。即能保 证移动件带着油从大口走 u 向小口。 o
形成动压润滑的条件： （1）相对运动的两表面形成收敛油楔时。 （2）两表面必须有一定的相对速度。
（3）润滑油必须有一定的粘度，并供油充分。
（4）油膜的最小厚度应大于两表面不平度之和。
例：试判断下列图形能否建立动压润滑油膜？
v v v v
向心滑动轴承形成动压油膜的过程：
F F FF F
o
o1 o1 o o1 1 o1
润滑脂 （黄油） 固体润滑剂
钙基、钠基、铅基、锂基等。
石墨、二流化钼、聚氟乙烯树脂等 （用于高温下的轴承）。
空气、氢气等（只用于高速、高 温以及原子能工业等特殊场合）
气体润滑剂
●润滑剂的主要指标：
（1） 粘度——是润滑油最重要的物理性能指标，是选择润滑 油的主要依据，它标志着流体流动时内摩擦阻 力的大小。粘度越大，内摩擦阻力越大，即流 动性越差。 （2）凝点——是润滑油冷却到不能流动时的温度。凝点越低越好。 （3） 闪点——是润滑油在靠近试验火焰发生闪燃时的温度。 闪点是鉴定润滑油耐火性能的指标。在工作温度 较高和易燃环境中，应选用闪点高于工作温度 20°~30°C的润滑油。 （4） 油性——是指润滑油湿润或吸附在表面的能力。吸附能力 越强，油性越好。 （5） 滴点——是指润滑脂受热后开始滴落时的温度。润滑脂使 用工作温度应低于滴点20°~30°C，低于40°~ 60°更好。 （6）针入度（稠度）——是表征指润脂稀稠度的指标。针入度越 小，表示润滑脂越稠；反之，流动性越大。

机械设计CH15

机械设计CH15

2、轴上零件的定位（续） 2）套筒
§15-2轴的结构设计
-15轴的结构设计1
结构简单，定位可靠，不影响轴的疲劳强度。
2、轴上零件的定位（续）
§15-2轴的结构设计
-16轴的结构设计1
3）圆螺母
也可用于轴上两零件相距较远的场合。
2、轴上零件的定位（续）
§15-2轴的结构设计
-17轴的结构设计1
4）弹性挡圈
轴的计算4
§15-3轴的计算
4．按静强度条件进行校核 对于瞬时过载很大，或应力循环的不对称性较为严重的 轴，应当进行静强度条件校核。轴的静强度条件为： S S S S S Sca SS 2 2 S S S S Ssca——危险截面静强度计算安全系数； Ss——按屈服强度的设计安全系数，其值见下表；
§15-2轴的结构设计
-13-
详细介绍
可演示
轴的结构设计1
注意点： ①要求定位准确：h>C>r 或 h>r’>r (例： r’<r 时) r’<r
§15-2轴的结构设计
-14-
②用于滚动轴承内圈定位时： D≤D1—滚动轴承内圈最大安装尺寸(设计手册) ③h、b取值： h≈(0.07～0.1) d 定位 或h≈(2～3)C——倒角尺寸查”标准和规范” b=1.4h 非定位 h=1～2mm或更小
2 2
式中[ 1 ] 为对称循环变应力时轴的许用弯曲应力(可查表15-1)；
为考虑弯曲应力和扭转切应力循环特性不同时的折合系数。
静应力 弯曲应力为对 称循环变应力
扭转切应力 脉动循环变应力 对称循环变应力
≈0.3
≈0.６
=1
§15-3轴的计算
2．按弯扭合成进行强度条件验算（续） 注意：对于心轴只承受M，所以取T=0；

机械设计第八版(高等教育出版社)PPT课件

机械设计第八版(高等教育出版社)PPT课件

直线型特性线弹簧具有不变的刚 度；非直线性特性线弹簧具有变刚度， 称为变刚度弹簧。
弹簧特性线有：直线型、刚度渐 增型、刚度渐减型或几种的组合。
主讲：胡昌军
概述2
概述
三、弹簧变性能 弹簧变性能：是指弹簧变形后所储存的能量。 如加载曲线与卸载曲线不重合，则两者围成的面积，表示在弹簧变形 过程中，因摩擦消耗的能量。 摩擦消耗的能量越大，则弹簧的吸振能力越强。
荷性质等有关，见表15－2。
三、圆柱螺旋弹簧的制造
许用应力
螺旋弹簧的制造工艺包括：
卷制→挂钩的制作或端面圈的精加工→热处理→工艺试验及强压处理。
冷卷：用于簧丝直径 d＜8～10mm的弹簧。 卷制分为：
热卷：卷成后必须进行淬火、中温回火等处理。
强压处理可以提高弹簧的承载能力。
详细介绍
主讲：胡昌军
§15-3 圆柱螺旋弹簧的设计计算 §15-3圆柱螺旋弹簧的设计计算1
8G FD d243n8FGC3dn
最大工作载荷 Fmax 作用下的变形量λmax：
压缩弹簧和无初应力的拉簧：
m
a
x
8Fm a xC3n Gd
主讲：胡昌军
详细介绍
圆柱螺旋弹簧计算6
圆柱螺旋弹簧的设计计算
有初应力的拉簧：
max8(FmaG xFd0)C3n
弹簧的有效圈数 n：
压缩弹簧和无初应力的拉簧：
第十五章 弹簧
§15-1 概述 §15-2 圆柱螺旋弹簧的结构、材料、许用应力及制造 §15-3 圆柱螺旋弹簧的设计计算 §15-4 受变载荷圆柱螺旋弹簧的强度计算
主讲：胡昌军
§15-1概述
§15-1 概 述
1．弹簧的功用
弹簧是一种弹性的元件，它具有刚度小、变形大、在载荷作用下易产 生较大弹性变形等特点，在各类机械中应用十分广泛。

机械设计(第八版)课后习题答案(最新_参考答案)

机械设计(第八版)课后习题答案(最新_参考答案)

3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数60105⨯=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。

[解] MPa 6.373107105180936910111=⨯⨯⨯==--N N σσN M P a 3.324105.2105180946920112=⨯⨯⨯==--N N σσN M P a 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。

[解] )170,0('A )0,260(C 012σσσΦσ-=- σΦσσ+=∴-121M P a33.2832.0117021210=+⨯=+=∴-σΦσσ 得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D '根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。

如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。

[解] 因2.14554==d D ，067.0453==d r ，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即()()69.1188.178.0111k =-⨯+=-α+=σσσq查附图3-2，得75.0=σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则35.211191.0175.069.1111k =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=q σσσσββεK ()()()35.267.141,67.141,0,260,35.2170,0D C A ∴根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =②C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。

机械设计基础PPT课件(共15章)第十五章回转体的平衡和机器的调速

机械设计基础PPT课件(共15章)第十五章回转体的平衡和机器的调速

动平衡试验需在特殊的动平衡试验机上进 行，采用电子检测、激光去质量等方法，可大 大提高平衡精度与动平衡试验过程的自动化。
任务三 机械速度波动的调节
一、机械速度波动的原因及类型
各类机械都是在外力（驱动力和阻力）作用下运转的，机械从启动到停止一般经历三 个阶段，如图15-6所示。
启动阶段 稳定运转阶段
这种非周期性速度波动不能用飞轮来进行 调节，只能用特殊的调速装置使驱动力与阻力 趋于平衡。
图15-8 机械式离心调速器
知识总结
（1）如果发生不平衡，则是由于质心不在回转体轴线上，由此产生的不平衡状态在回转体静 止时即可显示出来，故称为静不平衡，相应的平衡方法则称为静平衡。
（2）对于轴向尺寸较大的回转体，其质量不能视为分布于同一平面内，即使回转体的质心在 回转体轴线上，也可能发生不平衡，这是由于各偏心质量所产生的离心惯性力不在同一回转平面 内，因而形成了惯性力偶。这种不平衡状态只有在回转体运动时才显示出来，故称为动不平衡， 相应的平衡方法则称为动平衡。
（c）
任务一 回转体的静平衡
二、回转体的静平衡试验
如图15-3所示，当对回转体作静平衡试验时，应将其放置在静平衡架上的两相互平行 的刀口形导轨上。若回转体不平衡，则回转体将在重力矩的作用下发生滚动，当停止滚动 时质心必在正下方。
图15-3 回转体的静平衡试验
任务二 回转体的动平衡
一、回转体的动平衡计算
（3）各类机械都是在外力作用下运转的，机械从启动到停止一般经历启动阶段、稳定运转阶 段、停止阶段三个阶段。
谢谢观看
回转体的平衡和机器的调速
项目十五
主1
回转体的静平衡
目
2
回转体的动平衡
录
3

机械设计第八版课件(高等教育出版社)

机械设计第八版课件(高等教育出版社)

花键联接
渐开线花键：
主讲：胡昌军
花键联接2
花键联接
矩形花键：键齿形状简单，加工方便，可通过磨削获得高精度。 分为：轻、中两个系列。 有：大径、小径和齿宽三种定心方式。 国家标准采用小径定心（定心精度高）。 渐开线花键：强度高，承载能力大，寿命长；
工艺性好，加工精度高；
有自动定心作用。 渐开线花键 压力角＝30°
详细说明
压力角＝45°：齿数多，模数小。多用于轴与薄壁零件 （三角形花键） 之间的联接。
主讲：胡昌军
花键联接
二、花键联接强度计算 其主要失效形式是工作面被压溃（静联接） 或工作面过度磨损（动联接）。 静联接： 动联接：
花键联接3
2T 103 p p zhld m 2T 103 p p zhld m
第五章 键、花键、销和形面联接
§5-1 键联接 §5-2 花键联接 §5-3销联接
§5-4形面联接
键和花键联接是最常用的轴毂联接方式，属于可拆联接。主要用于 轴和轮毂之间的周向固定，并传递转矩。 销联接也常用于轴毂联接，此外，还常用来确定零件之间的相对位 置（定位销），或用作安全保护装置（安全销）。
主讲：胡昌军
§5-2花键联接1
§5-2 花键联接
一、花键联接的特点 花键联接由具有纵向键齿的外花键（花键轴）和内花键（花键孔）组 成。键齿侧面是工作面。可用于静联接，也可用于动联接。 特点：承载能力高，对中性和导向性 好，对轴的削弱小。 但结构复杂，成本较高。 用于定心精度要求高、载荷较大的场合。 矩形花键：
详细说明
导向平键联接和滑键联接（动联接）
其主要失效形式：工作面的过度磨损。 静联接的挤压强度条件为:
主讲：胡昌军
2T p [ p ] kld

机械工程 完整的ppt课件

机械工程 完整的ppt课件

机械零件的疲劳大多发生在 －N曲线D点以前，可用下式描
述：
m rN NC (N ND)
D点以后的疲劳曲线呈一水 平线，代表着无限寿命区， 其方程为：
σγ
σγN1 σγN2 σγN
σγ
有限寿命区
无限寿命区
D
rN r N（ N D )
0
N1 N2 N
N0
N
由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个
2）典型变应力及应力循环特征γ
.
σ
σ =常数 t
a）静应力：γ= +1 变应力特例
σ
一．载荷和应力的类型
σ
σa
σa σmin
σm σmax t
b）非对称循环变应力γ 在（+1～-1）间变化
σ
σa
σmax
t σmin
c）对称循环变应力γ= -1
.
应力类型
σa
σa
σm
σmax t
d）脉动循环变应力γ= 0
二．机械零件的失效形式及强度条件式
一）零件的失效形式 静应力作用下——过载断裂、塑性变形 变应力作用下——疲劳破坏约占零件损坏事故中的80% 。
二）零件强度条件式：σ ≤ [σ] = σlim / S
材料的极限应力
安全系数
1．静应力作用下 脆性材料制造的零件：σlim =σb 零件极限应力 塑性材料制造的零件：σlim =σS
用表面状态系数 来考虑
综合影响系数
(K )D
K
或
(K )D
K
考虑各因素影响
.
四.机械零件的疲劳强度计算
一）零件的极限应力线图
机械零件的疲劳强度计算1
由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的 影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。

化工机械基础第十五章

化工机械基础第十五章

鞍式支座的选用，其步骤如下： 1、已知容器的重量，算出作用在每个鞍座上的实际负荷Q； 2、根据容器的公称直径和支座的高度，从JB/T4712.1中查出 轻型（A）和重型（B）两个允许负荷值[Q]； 3、按[Q] ≥Q（略大），选取相应的鞍座。 鞍式支座的标记：
（1）耳式支座 （悬挂式支座）
1-垫板； 2-筋板； 3-支脚板 耳式支座
任意式法兰
任意式法兰
2、密封面形式
（a）全平面
（b）突面
（c）凹凸面
（d）榫槽面
（e）环连接面（T型槽）
凹凸面法兰连接
榫槽面法兰连接
3、垫片的选择
根据： 介质的压力、温度、腐蚀性和 选择：
压紧面的形状，兼顾价格、
制造、更换是否方便等因素来 选择 基本要求：
垫片的结构形式、
材料、尺寸
垫片的材料不污染工作介质、耐腐蚀、具有良好 的变形能力和回弹能力，在工作温度下不易变质 硬化或软化、能重复使用等。 （表15-3 垫片选用表）
支承式支座的选用，其步骤如下： 1、已知容器的重量，算出作用在每个鞍座上的实际负荷Q； 2、根据容器的公称直径，从JB/T4712.4中查出A型或B型支座 的允许负荷值[Q] ； 3、按[Q] ≥Q（略大），选取相应的支承式座。 支承式支座的标记：
㈡ 公称压力
为了设计、制造、使用的方便，制定系列标准 时规定了若干压力等级，这些规定的标准压力 等级即为公称压力，以PN表示，单位MPa。 国际上通用的压力等级有两大体系： 欧洲体系和美洲体系 欧洲体系和美洲体系：0.25、0.6、1.0、1.6、 2.5、4.0、6.3、10.0、16.0、25.0等等。 欧洲体系和美洲体系：2.0、5.0、11.0、15.0、 26.0、42.0等等。

机械设计(第八版)课后习题答案(最新,参考答案)

机械设计(第八版)课后习题答案(最新,参考答案)

3到13章答案 免费下载 0财富值西北工业大学机械原理及机械零件教研室 编著第三章 机械零件的强度习题答案3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-ζ，取循环基数60105⨯=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。

[解] MPa 6.373107105180936910111=⨯⨯⨯==--N N ζζNM P a 3.324105.2105180946920112=⨯⨯⨯==--N N ζζNM P a 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--N N ζζN3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s ζ，MPa 1701=-ζ，2.0=ζΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。

[解] )170,0('A )0,260(C 0012ζζζΦζ-=-ζΦζζ+=∴-1210M P a 33.2832.0117021210=+⨯=+=∴-ζΦζζ得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D '根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。

如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。

[解] 因2.14554==d D ，067.0453==d r ，查附表3-2，插值得88.1=αζ，查附图3-1得78.0≈ζq ，将所查值代入公式，即()()69.1188.178.0111k =-⨯+=-α+=ζζζq查附图3-2，得75.0=ζε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=ζβ，已知1=q β，则 35.211191.0175.069.1111k =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=q ζζζζββεK ()()()35.267.141,67.141,0,260,35.2170,0D C A ∴根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =ζ，应力幅MPa 20a =ζ，试分别按①C r =②C ζ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。

机械设计基础第十五章轴

机械设计基础第十五章轴

弹性挡圈定位
圆螺母定位
轴的结构设计
5）圆锥形轴端与压板定位。定位可靠，装拆方便，适用于 经常装拆或有冲击的场合。
6）圆柱形轴端与轴端挡圈定位。定位可靠，方便，常用。 7）紧定螺钉定位。承受的轴向力较小，不适用于高速。
圆锥形轴端与压板定位 圆柱形轴端与轴端挡圈定
紧定螺钉定位
轴的结构设计
三、确定各轴段的直径和长度
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。阶梯轴便于轴 上零件的装拆和定位，省材料重量轻，应用普遍。
曲轴是专用零件，主要用在内燃机一类的活塞式机械中。 轴一般是实心轴，有特殊要求时可制成空心轴，如车床主轴。
除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到 不开敞地空间位置，常用于医疗器械和小型机具中。
带式输送机传动简图
轴的结构设计
方 案
一
齿轮与轴分开制造，齿轮与带轮均从轴的左端装入，轴段⑤ 最粗。该方案较常采用。
轴的结构设计
方 案 二
齿轮与轴分开制造，齿轮从轴的右端装入，带轮从轴的左端 装入，轴段⑤最粗。该方案也有采用。
轴的结构设计
方 案 三
齿轮与轴一体，结构简单，强度和刚度高，但工艺性较差， 轴与齿轮同时失效。适用于轴的直径接近齿根圆直径的情况。
轴的常用材料及其力学性能表
第三节 轴的结构设计
轴的结构设计目标：确定轴的结构形状和尺寸。
轴的结构设计应满足： 轴上零件相对于轴、轴相对于机座的定位应准确可靠； 轴应具有良好的制造工艺性，轴上零件应便于装拆和调整； 轴的结构应有利于提高轴的强度和刚度 。
一、拟定轴上零件的装配方案 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计 时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。在满足设计要求的情 况下，轴的结构应力求简单。 以下是带式输送机减速器中高速轴的三个装配方案及分析。

第十五章 轴

第十五章 轴

2、装配工艺
为便于轴上零件的装配，使零件到达确定位置，常采用直径从两端向 中间逐渐增大的阶梯轴。除了用于固定零件的轴肩高度外，其余仅为便 于安装而设置的轴肩，其轴肩高度常取0.5～3mm。
轴肩应倒角，并去掉毛刺 便于安装
固定滚动轴承的轴肩高度应小于轴承内圈厚度，以便拆卸。
轴上有螺纹时，应有退刀槽，以便于螺纹车刀退出。退刀槽宽度b≥2p(螺距) 需要磨削的阶梯轴，应留有越程槽，以使磨削用砂轮越过工作表面。越程槽 宽度b=2-4㎜，深度为0.5-1 ㎜，轴有多个退刀槽和越程槽时，尽可能取相 同尺寸，以便加工。
其中：a为同级齿轮的中心距
经估算后的轴径还需再按使用要求圆整到标准值。
例题：有一减速器，两啮合齿轮其中心距为125mm，试 估算其低速轴的轴颈。 解：按经验公式低速轴的轴径：
d = 0.3 ～ 0.4 a d = 0.3 ×125 = 37.5mm d = 0.4 ×125 = 50mm
因此，低速轴的轴颈可在37.5 ～50mm范围内按表选取标 准直径。一般取整数。
注：1、轴上零件均应双 向固定。
2、与轴上零件相配 合的轴段长度应比轮毂 宽度略短（套筒） L = B - 1～3mm
③轴端挡圈：只用于轴端零件的固定，应用止动垫圈，抗震动和冲击载荷。
止动垫圈
④圆螺母：当无法采用套筒或套筒太长时，可考虑使用圆螺母作轴向 固定（图11-11）此时要在轴上加工螺纹（一般为细牙螺纹），而且螺纹 大径要比套装零件的孔径小。为放松可加双螺母或止动垫圈。拆装方便， 可靠，能承受较大的轴向力，一般用在轴端或轴的中部。
桥之间的轴AB。
轴还可按结构形状的不同分为直轴（图11-1、图11-2）和曲轴（图 11-4）；光轴（图11-5）和阶梯轴（图11-6）；实心轴和空心轴等。另 外，还有一种轴线能按使用要求随意变化的轴，称软轴或挠性轴（图 11-7）。

15轴2005

15轴2005

加
加
凹
装
园
隔
角
离
环
4、改善加工工艺性 1）键槽布置在同一母线上，且宽度尽可能相同；
2）圆角、倒角等应尽可能采用相同的尺寸；
3）螺纹应有退刀槽 4）磨削表面应有砂轮越程槽
宽度应相等。
确定各轴段直径和长度：(充分考虑上述各因素) 结构简图
I
注意事项：
h
II
III
2~3mm
轴的结构设计实例 已知：二级减速器输出轴，两对
用 方
轴端挡圈：固定轴端零件，可承受较大轴向力
法 弹性挡圈：
方便，承载能力小
紧定螺钉：
锥面定位：定心精度高，加工要求高
选择定位方法时应注意的问题： ①轴上圆角小于零件圆角 ②轴段长小于零件长 ③轴肩 h≥（1.5～2）C ④轴、轴上零件均需固定
3、减少轴的应力集中
措施：过渡圆角、内凹圆角、隔离环、卸载槽 降低粗糙度、表面强化处理
τT为对称循环(r＝－1)： α＝1
校核步骤： 受力简图
判断危 险剖面
弯矩图 (MH,MV→M)
扭矩图(T)
强度校核
当量弯 矩图(Mca)
2、按疲劳强度进行精确校核
目的 ： 确定轴的安全程度 方法 ： 校核危险剖面处的安全系数
校核步骤：
含有应力集 中源！！！
已知载荷、轴的尺寸 判断危险截面
分别计算只有正应力和剪应力时的 Sσ、Sτ
32
0.1d 3
— 抗弯模量
WT
d 3
16
0.2d 3 2Wb
— 抗扭模量
代入：
ca
1 Wb
M2
T
2
Mca Wb
1
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其它直径
长度： 长度： 毂的长度和相邻零件间必要的间隙决定
轴
装配方案的比较： 装配方案的比较：
轴
四．提高轴的强度的措施： 提高轴的强度的措施：
30˚ B R d/4 d 卸载槽 也可以在轮毂上增加卸载槽 轴 过渡肩环 凹切圆角 B位置d/4 r
三、确定轴的基本直径和各段长度
1.按扭转强度计算(初算轴径) 1.按扭转强度计算(初算轴径) 按扭转强度计算
仅考虑 T 的强度条件 τ T = T ≤ [τ T ] WT
955 × 10 4 P n τT = ≤ [τ T ] 3 0.2d
性，而不是轴的弯曲和扭转刚度。 而不是轴的弯曲和扭转刚度。
注意： ）各种钢材、热处理前后其弹性模量差别不大， 注意：1）各种钢材、热处理前后其弹性模量差别不大， 因此要提 的方法获得。 高刚度不能用合金钢或通过热处理 的方法获得。 2）合金钢对应力集中敏感性高，设计时必须从结构上采取措施，减轻应 ）合金钢对应力集中敏感性高，设计时必须从结构上采取措施， 力集中，并降低表面粗糙度。 力集中，并降低表面粗糙度。 轴
当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的载荷， 应将输入轮布置在中间。
Ft
T 方案 a 输出 T
Q
方案b 方案 输出 输入 T T2 T T T1+T2
Q
输出
输入 T T
输出
T1
合理
T2
T1+T2轴源自T1Tmax = T1
不合理
Tmax= T1+T2
2.减小应力集中 减小应力集中 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 应力集中出现在截面突然发生变化的。 应力集中出现在截面突然发生变化的。 措施： 措施： 1. 用圆角过渡； 用圆角过渡； 2. 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽; 3. 重要结构可增加卸载槽 、过渡肩环、凹切圆角、 重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力
轴
只承受 按传递载荷分 弯矩不 主要受 受扭矩 心轴（ 心轴（mandrel） ） 扭矩或 的轴 传动轴(transmission shaft) 传动轴 弯矩很 小的轴 转轴 既受弯 矩又受 扭矩的 轴
轴
根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？ 问：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？
0 轴： 传动轴 Ⅰ轴： 转轴 Ⅱ轴： 心轴 Ⅲ轴： 转轴 Ⅳ轴： 转轴 Ⅴ轴： 心轴 如何判断轴是否传递转矩： 如何判断轴是否传递转矩： 从原动机向工作机画传动路线，若传动路线沿 从原动机向工作机画传动路线，若传动路线沿 该轴轴线走过一段距离 则该轴传递转矩。 走过一段距离， 该轴轴线走过一段距离，则该轴传递转矩。 如何判断轴是否承受弯矩： 如何判断轴是否承受弯矩： 该轴上除联轴器外是否还有其它传动零件 该轴上除联轴器外是否还有其它传动零件，若有 除联轴器外是否还有其它传动零件， 则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。 则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。 轴
重点和难点： 重点和难点：
重点：轴的强度设计及结构设计。 重点：轴的强度设计及结构设计。 轴 难点：轴的结构设计。 难点：轴的结构设计。
第十五章 轴
一、概述
轴是用来支撑回转零 几何轴线不 件、传递运动和动力 1、分类 在同一条直 、 的,所有回转零件都必 所有回转零件都必 线上的轴 几何轴线在 由多组钢 按轴心线形状分 同一条直线 须支撑在轴上。 须支撑在轴上。 丝分层卷 曲轴（ 曲轴（crank shaft） ） 上的轴 绕而成， 绕而成， 直轴 有良好的 挠性 钢丝软轴（ 钢丝软轴（flexible shaft） ）
典型 轴系 结构
一、制造安装要求 为便于轴上零件的装拆， 为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐 向中间增大的阶梯状。 向中间增大的阶梯状。零件的安装次序 装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽， 装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽， 车螺纹的轴端应有退刀槽。 车螺纹的轴端应有退刀槽。 倒角
转轴： 转轴： T + M 传动轴：扭矩 传动轴：扭矩T
×
心轴: 弯矩M 心轴 弯矩
轴
按轴的外形分 光轴（ 光轴（plain shaft） ） 阶梯轴（ 阶梯轴（stepped shaft） ） 形状简单， 形状简单， 空心轴（ 加工方便， 空心轴（hollow shaft） ） 加工方便， 能满足定位 实心轴（solid shaft） 实心轴和装配方便 ） （ 轴上零件装 配定位困难 的需要 从加工工艺上考虑，最好做成直轴， 从加工工艺上考虑，最好做成直轴，但 轴上零件不好固定； 轴上零件不好固定； 从受力角度考虑， 从受力角度考虑，最好是等强度的抛物 线回转体，但不好加工，零件也不好固定； 线回转体，但不好加工，零件也不好固定； 所以，轴都做成阶梯轴 阶梯轴。 所以，轴都做成阶梯轴。
齿轮受轴向力时，向右是通过 、 间的轴肩 并由6、 间的轴肩顶在滚动轴承的内圈 间的轴肩， 齿轮受轴向力时，向右是通过4、5间的轴肩，并由 、7间的轴肩顶在滚动轴承的内圈 向左则通过套筒顶在滚动轴承的内圈上。带轮的轴向固定是靠1、 间的轴肩和轴 上；向左则通过套筒顶在滚动轴承的内圈上。带轮的轴向固定是靠 、2间的轴肩和轴 端挡圈。 端挡圈。
轴
价格便宜， 价格便宜，对应 2、轴的材料 、 力集中敏感性小， 力集中敏感性小， ① 碳素钢 具有较高的机械强度， 具有较高的机械强度，更 为了保证机械性 常用30、 、 号钢 常用 、40、45号钢 好的淬火性能，所以， 好的淬火性能，所以，在 能，应进行调质 ② 合金钢 传递大功率、减轻重量、 传递大功率、减轻重量、 或正火处理。 或正火处理。 提高轴颈耐磨性时采用。 提高轴颈耐磨性时采用价 易做成复杂的外形， 易做成复杂的外形， 。 40Cr、40CrNi、20Cr、38SiMnMo 、 、 、 廉，具有良好的吸振性 ③ 铸铁 和耐磨性， 和耐磨性，对应力集中 QT600—3、QT800—2 敏感性较低， 、 敏感性较低，但铸造品 质难控制， 质难控制 选择轴的材料和热处理方式时， ，可靠性较差 选择轴的材料和热处理方式时，主要考虑强度和耐磨
轴
2、轴的结构应满足的条件 、
装在轴上的零件有准确的工作位置； 装在轴上的零件有准确的工作位置； 便于零件的拆装和调整； 便于零件的拆装和调整； 具有良好的加工工艺性。 具有良好的加工工艺性。
3、轴各段的名称 、 轴颈（ 轴颈（neck of shaft） 轴头（axle-neck） ） ） 联接轴颈和 轴头（ 轴的直径变化所 非定位轴肩 轴头的部分轴与轴承配合的部分 形成的阶梯处 轴肩（ 轴肩（shaft ） 轴和回转零件shoulder） 轴身 的配合部分 定位轴肩
轴
15-2轴的结构设计 轴的结构设计
设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。 设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。 设计要求： 轴应便于制造，轴上零件要易于装拆； 制造安装 设计要求： 轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装 1.轴应便于制造 制造安装)
2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位 轴和轴上零件要有准确的工作位置； 定位 轴和轴上零件要有准确的工作位置 定位) 3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定 各零件要牢固而可靠地相对固定； 固定 各零件要牢固而可靠地相对固定 固定) 4.改善应力状况，减小应力集中。 改善应力状况，减小应力集中。 改善应力状况 轴端挡圈 带轮 轴承盖 套筒 齿轮 滚动轴承
设计：潘存云
设计：潘存云
①
②
③
④
⑤⑥ ⑦
二、轴上零件的定位 轴肩----阶梯轴上截面变化之处。起轴向定位作用。 轴肩----阶梯轴上截面变化之处。起轴向定位作用。 ----阶梯轴上截面变化之处 套筒
轴肩
1~2
1~2
三、轴向固定 由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。 由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。
0
d＞100mm时： ＞ 时 单键槽增大3%，双键槽增大7%； 单键槽增大 ，双键槽增大 ； d≤100mm时： 时 单键槽增大5～ ，双键槽增大10～ 单键槽增大 ～7%，双键槽增大 ～15%
求出直径作为轴的最小直径d 求出直径作为轴的最小直径dmin
轴
2、确定其余各段直径和长度 、
轴肩的变化
直径：dmin 直径：
键槽应设计成同一加工直线
四、改善轴的受力状况，减小应力集中 改善轴的受力状况， 1.改善受力状况 改善受力状况 Ft
图示为起重机卷筒两种布置方 案。A图中大齿轮和卷筒联成 图中大齿轮和卷筒联成 一体， 一体，转矩经大齿轮直接传递 给卷筒， 给卷筒，故卷筒轴只受弯矩而 不传递扭矩。 不传递扭矩。图b中轴同时受 中轴同时受 弯矩和扭矩作用。 弯矩和扭矩作用。故载荷相同 结构轴的直径要小。 时，图a结构轴的直径要小。 结构轴的直径要小
3、轴设计的主要内容 、 强度和刚度计算； 强度和刚度计算； 振动稳定性计算 ； 结构设计。 结构设计。
轴
二、轴的结构设计
1、影响轴的结构的因素 、 轴在机器中的安装位置及形式； 轴在机器中的安装位置及形式； 轴上零件的类型、尺寸、数量； 轴上零件的类型、尺寸、数量； 轴上载荷的性质、大小、方向及分布； 轴上载荷的性质、大小、方向及分布； 轴承的类型、尺寸和布置； 轴承的类型、尺寸和布置； 轴的毛坯和加工工艺； 轴的毛坯和加工工艺； 轴上零件的装配方案。 轴上零件的装配方案。
h C C11 D r
设计：潘存云
轴端挡圈
b
h d D
r R R
设计：潘存云
d
h≈(0.07~0.1 ) d b≈1.4h(与滚动轴承相配合处的 和b值,见轴承标准) 与滚动轴承相配合处的h和 值 见轴承标准