機械基礎 課件 項目十 軸的結構設計

項目十軸的結構設計學習導航知識目標：能力目標：了解軸的類型及應用。掌握軸的結構設計方法，能夠進行軸的工作能力驗算。會分析軸的類型。能夠合理進行軸的結構設計。能夠進行軸的受力分析，驗算軸的工作能力。項目十軸的結構設計任務一

軸的功用與材料

任務二

軸的結構設計過程

任務三

軸的強度計算任務一軸的功用與材料10.1.1軸的功用10.1.2軸的類型學習要點了解軸的類型及分類方法。10.1.3軸設計的要求和步驟10.1.4軸的材料10.1.1軸的功用做回轉(zhuǎn)運動的傳動零件，如圖中的齒輪、聯(lián)軸器等，都是安裝在軸上，并通過軸實現(xiàn)傳動的。因此，軸的主要功用就是支承零件并傳遞運動和動力。減速器示意圖動畫10.1.2軸的類型按受載情況分1同時承受彎矩和轉(zhuǎn)矩作用的軸稱為轉(zhuǎn)軸，如圖所示的輸入軸Ⅰ和輸出軸Ⅱ只承受轉(zhuǎn)矩作用的軸稱為傳動軸，如圖的電動機軸只承受彎矩作用的軸稱為心軸，如圖所示的火車輪軸?；疖囕嗇S減速器示意圖10.1.2軸的類型按結構形狀分2軸有實心軸、空心軸（車床的主軸）、曲軸、撓性鋼絲軸和直軸。直軸又可分為截面相等的光軸和截面分段變化的階梯軸。工程中最常見的是同時承受彎矩和轉(zhuǎn)矩作用的階梯軸。曲軸階梯軸撓性鋼絲軸光軸10.1.3軸設計的要求和步驟軸的設計要求1

(1)結構設計要求軸應具有合理的結構形狀和尺寸。

(2)工作能力要求軸應具有足夠的疲勞強度，對于某些特殊用途的軸，還應有剛度、振動穩(wěn)定性等方面的要求。軸的設計步驟2為轉(zhuǎn)軸設計程序框圖，其他類型軸的設計步驟與此類似，其中結構設計與驗算工作能力往往是交叉進行的，也是最重要的兩步。轉(zhuǎn)軸設計程序框圖10.1.4軸的材料學習要點了解軸的常用材料及機械性能。長期承受交變應力作用下的疲勞破壞是軸的主要失效形式因此，軸的材料要求具有較好的強度、韌性，與軸上零件有相對滑動的部位還應具有較好的耐磨性

(1)碳素鋼工程中廣泛采用35、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素鋼。對于輕載和不重要的軸也可采用Q235、Q275等普通碳素鋼。

(2)合金鋼常用于高溫、高速、重載以及結構要求緊湊的軸，有較高的力學性能，但價格較貴，對應力集中敏感，所以在結構設計時必須盡量減少應力集中。

(3)球墨鑄鐵耐磨、價格低，但可靠性較差，一般用于形狀復雜的軸。任務二軸的結構設計過程10.2.1軸的結構及各部分名稱10.2.2軸的結構設計中需重點解決的問題學習要點掌握軸的結構名稱及設計中的軸向、周向和固定方法。10.2.1軸的結構及各部分名稱軸的結構設計主要取決于軸在機器中的安裝位置及形式，軸上零件的定位、固定以及聯(lián)接方法，軸所承受的載荷，軸的加工工藝以及裝配工藝要求等。如果軸的結構設計不合理，可能會影響軸的工作能力，增加軸的制造成本或軸上零件裝配的困難。因此軸的結構設計是軸設計中的重要內(nèi)容。10.2.1軸的結構及各部分名稱如圖所示為階梯軸的常見結構，軸上與軸承配合的部分稱為軸頸，與輪轂配合的部分稱為軸頭，連接軸頸和軸頭的非配合部分統(tǒng)稱為軸身，直徑大且呈環(huán)狀的短軸段稱為軸環(huán)，截面尺寸變化的臺階處稱為軸肩。階梯軸的結構及各部分名稱10.2.2軸的結構設計中需重點解決的問題軸上零件的軸向定位、固定和周向固定1軸上零件的軸向定位主要靠軸肩和軸環(huán)來完成。齒輪靠右側軸環(huán)的聯(lián)軸器靠右側軸肩定位。為了保證軸上零件靠緊定位面，軸肩處的圓角半徑R必須小于零件內(nèi)孔的圓角R1

或倒角C1軸肩高度一般取h=(0.07～0.1)d，軸環(huán)寬度b≈1.4h

軸肩和軸環(huán)10.2.2軸的結構設計中需重點解決的問題軸上零件的軸向定位、固定和周向固定1

軸上零件的軸向固定就是不允許軸上零件沿軸向竄動。軸向緊固措施常用的軸向固定措施還有：軸的一端可采用軸端擋圈，如圖(a)、套筒過長可采用圓螺母，如圖(b)、受載較小時可采用彈性擋圈，如圖(c)、緊定螺釘如圖(d)所示和銷釘?shù)裙潭ā?0.2.2軸的結構設計中需重點解決的問題制造工藝和裝配工藝要求2

制造工藝要求是指軸的結構應盡可能便于加工，節(jié)約加工成本。為此，軸端倒角的尺寸。砂輪越程槽和螺紋退刀槽寸應盡量一樣，軸肩的圓角半徑也要盡可能相同。若軸上采用多個單鍵聯(lián)接時，鍵寬應盡可能統(tǒng)一，并在同一加工直線上。在磨削和車螺紋的軸段應有砂輪越程槽和螺紋退刀槽。砂輪越程槽和螺紋退刀槽10.2.2軸的結構設計中需重點解決的問題標準尺寸要求3

軸上的零件多數(shù)都是標準零件，如滾動軸承、聯(lián)軸器、圓螺母等，因此與標準零件配合處的軸段尺寸必須符合標準零件的標準尺寸系列。提高軸的疲勞強度4

加大軸肩處的過渡圓角半徑和減小軸肩高度，就可以減少應力集中，從而提高軸的疲勞強度。提高軸的表面質(zhì)量、合理分布載荷等也可以提高軸的疲勞強度。任務三軸的強度計算10.3.1按抗扭強度計算10.3.2按抗彎扭合成強度計算學習要點掌握軸的扭轉(zhuǎn)強度和彎扭合成強度的計算方法，能夠繪制受力分析簡圖。10.3.1按抗扭強度計算

軸的強度驗算方法有：按抗扭強度條件估算轉(zhuǎn)軸的最小直徑和驗算傳動軸的強度按抗彎扭合成強度條件驗算轉(zhuǎn)軸的強度。必要時，還要進行安全系數(shù)的驗算