1、5.1 概述 5.2 轴的结构设计 5.3 轴的强度计算 5.4 轴的材料及选择 5.5 轴的设计 5.6 轴毂联接,第5章 轴,轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。,5.1 概述,1. 按照承受载荷的不同，轴可分为：,心 轴只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。,传动轴只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。,转 轴同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。,2.按照轴线形状的不同，轴可分为两大类:,曲轴,直轴,挠性轴,3.直轴根据外形的不同，可分为:,光轴,阶梯轴,轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。,5.2 轴的结构设计,轴端,轴头,轴颈,轴头,轴身,轴通常由轴头、轴颈、
2、轴肩、轴环、轴端及不装任何零件的轴段等部分组成。,轴的结构和形状取决于：,1. 轴的毛坯种类 2. 轴上作用力的大小及分布情况 3. 轴上零件的位置、配合性质以及联结固定的方法 4. 轴承的类型、尺寸和位置 5. 轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求,一、 轴的强度、刚度,轴的强度与工作应力的大小和性质有关。 因此在选择轴的结构和形状时应注意以下几个方面：,1. 使轴的形状接近于等强度条件，以充分利用材料的承载能力。,2. 尽量避免各轴段剖面突然改变以降低局部应力集中，提高轴的疲劳强度。,3. 改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。,4. 改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。,二、
3、零件在轴上的固定,1. 轴向固定,零件在轴上的轴向定位要准确而可靠，以使其安装位置确定，能承受轴向力而不产生轴向位移方法取决于轴向力大小。,1）轴向力大：轴肩、轴环定位、螺母定位、套筒定位及轴端挡圈定位；,2）中等轴向力：套筒、圆螺母、轴端挡圈、圆锥销钉；,3）轴向力小：弹簧挡圈、挡环、紧定螺钉,2. 周向固定,为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，轴上零件的周向固定必须可靠。常用的周向固定方法有键、花键、销和过盈配合等联接。,三、轴的加工和装配工艺性,轴的形状要力求简单，阶梯轴的级数应尽可能少，轴上各段的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸应尽可能统一，以利于加工和检验,轴上需磨削的
4、轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退刀槽,当轴上有多处键槽时，应使各键槽位于轴的同一母线上,4. 为使轴便于装配，轴端应有倒角,对于阶梯轴常设计成两端小中间大的形状，以便于零件从两端装拆,轴的结构设计应使各零件在装配时尽量不接触其他零件的配合表面，轴肩高度不能妨碍零件的拆卸,5.3 轴的强度计算,这种方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计算。在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。,轴的扭转强度条件为：,实心轴的直径为：,为了减少键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径,二、轴的弯扭合成强度计算, 危险截面需要强度校核, 建立力学模型, 具体计算步骤,（1）画出轴的空
5、间力系图。将轴上作用力分解为水平面分力和垂直面分力，并求出水平面和垂直面的支点反力。,（2）分别作出水平免的弯矩图和垂直免上的弯矩图,（3）计算出合成弯矩 绘出合成弯矩图,（4）作出转矩（T）图,（5）计算当量弯矩 ，绘出当量弯矩图,（6）校核危险截面的强度。,三、轴的刚度计算,1. 轴的弯曲刚度校核计算,轴的弯曲刚度以挠度y和偏转角来度量。,挠 度 yy,偏转角 ,2. 轴的扭转刚度校核计算,轴的扭转刚度以扭转角来度量。,5.4 轴的材料及选择,轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件，各种热处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。,碳钢用于载荷较小或不重要场合，一般进行
6、调质或正火处理；,合金钢用于传递大功率、要求减轻轴的重量和提高轴劲耐磨性时，一般进行淬火处理。,5.5 轴的设计,一、 类比法,二、设计计算法,1）根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力。 2）按扭转强度估算出轴的最小直径。 3）设计轴的结构，绘制出轴的结构草图。包括 （1）根据工作要求确定轴上零件的位置和固定方式； （2）确定各轴段的直径； （3）确定各轴段的长度 （4）根据有关设计手册确定轴的结构细节，如圆角、倒角等尺寸 4）按弯扭合成进行轴的强度校核。 5）修改轴的结构后再进行校核计算。 6）绘制轴的零件图,5.6 轴毂联接,常用的轴毂联接有键联接、花键联接等。,轴毂联接主要是用来实现轴
7、和轮毂之间的周向固定并用来传递运动和扭矩,一、键联接,1平键联接,平键的两侧面是工作面，工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩，故定心性较好。,分为普通平键、导向平键和滑键,1）普通平键：常用于静连接,普通平键按端部形状的不同可分为圆头（A型）、方头（B型）、半圆头（C型）三种,2）导向平键和滑键,导向平键和滑键用于动联接。当轮毂需要在轴上沿轴向移动时可采用这种键联接。,导向平键,滑 键, 平键的失效,平键联接工作时的主要失效形式为组成联接的键、轴和轮毂中强度较弱材料表面的压溃，极个别情况下也会出现键被剪断的现象。通常只须按工作面上的挤压强度进行计算。, 平键联接的挤压强度条件为, 导向平键强度
8、条件为,2半圆键联接,键呈半圆形，其侧面为工作面，键能在轴上的键槽中绕其圆心摆动， 以适应轮毂上键槽的斜度，安装方便。常用与锥形轴端与轮毂的联接。,3.楔键联接,楔键的上、下表面为工作面，键的上表面与键槽底面均有1:100 的斜度。靠摩擦力和挤压传递扭矩。,4切向键,由两个斜度为1:100的楔键组成。一个切向键只能传递一个方向的转矩，传递双向转矩时，须用互成120135角的两个键。,5花键联接,由轴和轮毂孔沿四周方向均部的多个键齿构成的联接称谓花键联接。,花键的标记为： N（键数）d（小径）D（大径）B（键槽宽）,END,返回,传动轴,心轴,返回,曲轴,返回,挠性曲轴,返回,轴肩、轴环、套筒,
9、轴肩,轴环,轴肩、轴环：结构简单、可靠，能承受较大轴向力，应用广泛,套筒：一般用于轴上两零件间距离不大时，不宜用于高速轴,返回,螺母定位,圆螺母,圆螺母,止动垫圈,定位可靠、能承受较大的轴向力。但对轴的疲劳强度削弱较大，因此多用于轴端,返回,结构简单、紧凑，只承受较小的轴向力，常用于固定滚动轴承。,弹性档圈,返回,圆锥面定位；能承受冲击载荷，用于同心度要求较高的轴端零件,轴端挡圈：定位可知、装拆方便，能承受冲击载荷，用于固定轴端零件。,返回,锁紧挡圈：结构简单，不能承受大的轴向力，常用于光轴上零件的固定。,紧定螺钉：结构简单，轴上零件位置可调，轴向承载能力较小,返回,返回,返回,返回,返回,返回,
