第06章轴和轴毂联接设计.ppt

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1、机械设计第第第第6 6 6 6章章章章 轴设计轴设计轴设计轴设计 轴：轴：shaft 6-16-16-16-1概概概概 述述述述 6-1轴概述一一轴的功用轴的功用轴的功用轴的功用传递运动和动力传递运动和动力传递运动和动力传递运动和动力支承回转零件支承回转零件支承回转零件支承回转零件二二轴的类型轴的类型轴的类型轴的类型按按按按轴线分：轴线分：轴线分：轴线分：挠性钢丝轴挠性钢丝轴挠性钢丝轴挠性钢丝轴直轴直轴直轴直轴曲轴曲轴曲轴曲轴光轴光轴光轴光轴阶梯轴阶梯轴阶梯轴阶梯轴可以弯曲且不影响传递扭矩。比如汽车、可以弯曲且不影响传递扭矩。比如汽车、可以弯曲且不影响传递扭矩。比如汽车、可以弯曲且不影响传递扭

2、矩。比如汽车、摩托车和轮船里程表、转速表，计数器，摩托车和轮船里程表、转速表，计数器，摩托车和轮船里程表、转速表，计数器，摩托车和轮船里程表、转速表，计数器，割草机及各种机械转动仪表中的、通下割草机及各种机械转动仪表中的、通下割草机及各种机械转动仪表中的、通下割草机及各种机械转动仪表中的、通下水的、还有振捣用的等等水的、还有振捣用的等等水的、还有振捣用的等等水的、还有振捣用的等等机械设计转转转转 轴轴轴轴 心心心心 轴轴轴轴 传动轴传动轴传动轴传动轴 按受按受按受按受载性质分：载性质分：载性质分：载性质分：只受弯矩只受弯矩只受弯矩只受弯矩MM只受扭矩只受扭矩只受扭矩只受扭矩T T 既受弯矩既受

3、弯矩既受弯矩既受弯矩MM，又受扭矩，又受扭矩，又受扭矩，又受扭矩T T转动心轴转动心轴转动心轴转动心轴 固定心轴固定心轴固定心轴固定心轴 6-1轴概述减速器中的转轴，弯曲应力、扭剪应力的循环特征减速器中的转轴，弯曲应力、扭剪应力的循环特征减速器中的转轴，弯曲应力、扭剪应力的循环特征减速器中的转轴，弯曲应力、扭剪应力的循环特征r r为多少？为多少？为多少？为多少？机械设计6-1轴概述三三轴设计的主要内容轴设计的主要内容轴设计的主要内容轴设计的主要内容设计任务设计任务设计任务设计任务 选材、结构设计、校核工作能力选材、结构设计、校核工作能力选材、结构设计、校核工作能力选材、结构设计、校核工作能力

4、结构设计结构设计结构设计结构设计根据轴上零件的定位、固定、安装以及根据轴上零件的定位、固定、安装以及根据轴上零件的定位、固定、安装以及根据轴上零件的定位、固定、安装以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确轴的制造工艺等方面的要求，合理地确轴的制造工艺等方面的要求，合理地确轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的形状和尺寸定轴的形状和尺寸定轴的形状和尺寸定轴的形状和尺寸校核工作能力校核工作能力校核工作能力校核工作能力 强度强度强度强度 防止轴发生疲劳断裂防止轴发生疲劳断裂防止轴发生疲劳断裂防止轴发生疲劳断裂刚度刚度 防止轴发生过大的弹性变形防止轴发生过大的弹性变形防止轴发生过大的弹性变形防止轴发生

5、过大的弹性变形振动稳定性振动稳定性振动稳定性振动稳定性 防止高速时轴发生共振防止高速时轴发生共振防止高速时轴发生共振防止高速时轴发生共振机械设计6-1轴概述轴的设计过程轴的设计过程轴的设计过程轴的设计过程 N选择材料选择材料选择材料选择材料 结构设计结构设计结构设计结构设计 轴的工作能力验算轴的工作能力验算轴的工作能力验算轴的工作能力验算 验算合格验算合格验算合格验算合格?Y Y结结结结 束束束束 强度问题强度问题强度问题强度问题 结构问题结构问题结构问题结构问题 重点本章讨论：重点本章讨论：重点本章讨论：重点本章讨论：机械设计6-1轴概述四四轴的材料轴的材料轴的材料轴的材料碳素钢、碳素钢、碳

6、素钢、碳素钢、合金钢合金钢合金钢合金钢和和铸铁铸铁铸铁铸铁在其它条件相同时，把在其它条件相同时，把在其它条件相同时，把在其它条件相同时，把轴材料由碳素钢改为合金钢轴材料由碳素钢改为合金钢轴材料由碳素钢改为合金钢轴材料由碳素钢改为合金钢能提高轴能提高轴能提高轴能提高轴的刚度吗？的刚度吗？的刚度吗？的刚度吗？不能。不能。不能。不能。因为这两种材料的弹性模量因为这两种材料的弹性模量因为这两种材料的弹性模量因为这两种材料的弹性模量E E相差无几相差无几相差无几相差无几碳素钢碳素钢碳素钢碳素钢 具有较好的综合力学性能，应用较多，尤其具有较好的综合力学性能，应用较多，尤其具有较好的综合力学性能，应用较多，

7、尤其具有较好的综合力学性能，应用较多，尤其是是是是4545钢应用最广钢应用最广钢应用最广钢应用最广合金钢合金钢合金钢合金钢 具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴有特殊要求的轴有特殊要求的轴有特殊要求的轴铸铁：用来制造形状复杂的轴，具有成本低廉、吸振性铸铁：用来制造形状复杂的轴，具有成本低廉、吸振性铸铁：用来制造形状复杂的轴，具有成本低廉、吸振性铸铁：用来制造形状复杂的轴，具有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感较低等优点。较好、对应力集中的敏感较低等优点。较好、对

8、应力集中的敏感较低等优点。较好、对应力集中的敏感较低等优点。机械设计 6-26-26-26-2轴的结构设计轴的结构设计轴的结构设计轴的结构设计 6-2轴的结构设计加工工艺性要好加工工艺性要好加工工艺性要好加工工艺性要好便于轴上零件装拆便于轴上零件装拆便于轴上零件装拆便于轴上零件装拆轴上零件要有准确的定位轴上零件要有准确的定位轴上零件要有准确的定位轴上零件要有准确的定位轴上零件要有可靠的固定轴上零件要有可靠的固定轴上零件要有可靠的固定轴上零件要有可靠的固定尽量减少应力集中尽量减少应力集中尽量减少应力集中尽量减少应力集中需考虑的问题：需考虑的问题：需考虑的问题：需考虑的问题：轴颈轴颈轴颈轴颈轴头轴

9、头轴头轴头轴身轴身轴身轴身 与轴承相配的部分与轴承相配的部分与轴承相配的部分与轴承相配的部分 与轮毂相配的与轮毂相配的与轮毂相配的与轮毂相配的部分部分部分部分 连接轴颈与轴头连接轴颈与轴头连接轴颈与轴头连接轴颈与轴头部分部分部分部分 轴颈轴颈轴颈轴颈 轴身轴身轴身轴身 轴头轴头轴头轴头 轴的常用术语：轴的常用术语：轴的常用术语：轴的常用术语：轮毂：齿轮中心的圆柱部分轮毂：齿轮中心的圆柱部分轮毂：齿轮中心的圆柱部分轮毂：齿轮中心的圆柱部分,常带有一孔常带有一孔常带有一孔常带有一孔,其作其作其作其作用是安装在轴上使其在轴上转动或与轴一起转用是安装在轴上使其在轴上转动或与轴一起转用是安装在轴上使其在

10、轴上转动或与轴一起转用是安装在轴上使其在轴上转动或与轴一起转动动动动 机械设计6-2轴的结构设计一一轴上零件的轴向定位和固定轴上零件的轴向定位和固定轴上零件的轴向定位和固定轴上零件的轴向定位和固定轴肩或轴环轴肩或轴环轴肩或轴环轴肩或轴环 r r简单可靠，能受较大轴向力简单可靠，能受较大轴向力简单可靠，能受较大轴向力简单可靠，能受较大轴向力 定位轴肩：定位轴肩：定位轴肩：定位轴肩：非定位轴肩：非定位轴肩：非定位轴肩：非定位轴肩：滚动轴承的定位轴肩或轴环高度滚动轴承的定位轴肩或轴环高度滚动轴承的定位轴肩或轴环高度滚动轴承的定位轴肩或轴环高度查轴承标准查轴承标准查轴承标准查轴承标准为保证定位准确，为

11、保证定位准确，为保证定位准确，为保证定位准确，R R 或或或或 C C r r h h=(0.070.1)=(0.070.1)d d，一般为，一般为，一般为，一般为2.55mm2.55mm便于轴上零件装拆便于轴上零件装拆便于轴上零件装拆便于轴上零件装拆 h h112 mm2 mm，甚至更小，甚至更小，甚至更小，甚至更小 轴环宽度：轴环宽度：轴环宽度：轴环宽度：b b 1.4 1.4 h h 孔倒角孔倒角孔倒角孔倒角C CC Ch h 阶梯轴上截面变化之处阶梯轴上截面变化之处阶梯轴上截面变化之处阶梯轴上截面变化之处 机械设计6-2轴的结构设计套筒套筒套筒套筒 间距较大、间距较大、间距较大、间距较

12、大、转速较高时转速较高时转速较高时转速较高时不宜采用不宜采用不宜采用不宜采用用于两个用于两个用于两个用于两个近距离近距离近距离近距离零件间零件间零件间零件间需切制螺纹，削弱了轴的强度需切制螺纹，削弱了轴的强度需切制螺纹，削弱了轴的强度需切制螺纹，削弱了轴的强度用于两零件距离较远时，或轴端用于两零件距离较远时，或轴端用于两零件距离较远时，或轴端用于两零件距离较远时，或轴端圆螺母和止动垫圈圆螺母和止动垫圈圆螺母和止动垫圈圆螺母和止动垫圈对顶螺母（两个细牙螺母）对顶螺母（两个细牙螺母）对顶螺母（两个细牙螺母）对顶螺母（两个细牙螺母）螺母螺母螺母螺母 需切环槽，削弱了轴的强度需切环槽，削弱了轴的强度需

13、切环槽，削弱了轴的强度需切环槽，削弱了轴的强度弹性挡圈弹性挡圈弹性挡圈弹性挡圈 只能受较小轴向力、常用于滚动轴只能受较小轴向力、常用于滚动轴只能受较小轴向力、常用于滚动轴只能受较小轴向力、常用于滚动轴承的固定承的固定承的固定承的固定机械设计6-2轴的结构设计能承受较大的轴向力能承受较大的轴向力能承受较大的轴向力能承受较大的轴向力轴端挡圈轴端挡圈轴端挡圈轴端挡圈 圆锥面圆锥面圆锥面圆锥面 用来固定轴端零件用来固定轴端零件用来固定轴端零件用来固定轴端零件常与轴端挡圈配合使用常与轴端挡圈配合使用常与轴端挡圈配合使用常与轴端挡圈配合使用与轮毂相配的轴与轮毂相配的轴与轮毂相配的轴与轮毂相配的轴段长度应比

14、轮毂段长度应比轮毂段长度应比轮毂段长度应比轮毂宽度短宽度短宽度短宽度短2 23 mm!3 mm!固定固定固定固定可靠可靠可靠可靠紧定螺钉紧定螺钉紧定螺钉紧定螺钉 B BL LB=L B=L (2(23)3)机械设计6-2轴的结构设计目的：防止零件与轴发生相对转动，并传递转矩目的：防止零件与轴发生相对转动，并传递转矩目的：防止零件与轴发生相对转动，并传递转矩目的：防止零件与轴发生相对转动，并传递转矩二二轴上零件的周向固定轴上零件的周向固定轴上零件的周向固定轴上零件的周向固定平键连接平键连接平键连接平键连接 花键连接花键连接花键连接花键连接 紧定螺钉紧定螺钉紧定螺钉紧定螺钉 过盈配合过盈配合过盈配

15、合过盈配合 销销销销 连连连连 接接接接 如：滚动轴承内圈如：滚动轴承内圈如：滚动轴承内圈如：滚动轴承内圈与轴之间的配合与轴之间的配合与轴之间的配合与轴之间的配合成型连接成型连接成型连接成型连接 机械设计6-2轴的结构设计例：试分析下图中轴上零件的定位和固定情况。例：试分析下图中轴上零件的定位和固定情况。例：试分析下图中轴上零件的定位和固定情况。例：试分析下图中轴上零件的定位和固定情况。机械设计6-2轴的结构设计结构设计之前，要先拟定好轴上零件的装配方案结构设计之前，要先拟定好轴上零件的装配方案结构设计之前，要先拟定好轴上零件的装配方案结构设计之前，要先拟定好轴上零件的装配方案 确定轴上零件的

16、装配方向、顺序、和相互关系确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互关系确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互关系确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互关系 机械设计 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。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。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。图示图示图示图示圆锥圆柱齿轮圆锥圆柱齿轮圆锥圆柱齿轮圆锥圆柱齿轮减速器输出轴就有两

17、种装配方案减速器输出轴就有两种装配方案减速器输出轴就有两种装配方案减速器输出轴就有两种装配方案 机械设计 方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一合理加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一合理加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一合理加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一合理 机械设计6-2轴的结构设计轴应便于加工、测量，工作量少、生产效率高轴应便于加工、测量，工作量少、生产效率高轴应便于加工、测量

18、，工作量少、生产效率高轴应便于加工、测量，工作量少、生产效率高 三三轴的加工和装配工艺性轴的加工和装配工艺性轴的加工和装配工艺性轴的加工和装配工艺性通常情况下轴应设计成阶梯直轴通常情况下轴应设计成阶梯直轴通常情况下轴应设计成阶梯直轴通常情况下轴应设计成阶梯直轴轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽等轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽等轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽等轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽等尺寸一致尺寸一致尺寸一致尺寸一致不同轴段的各键槽应布置在同一直线上不同轴段的各键槽应布置在同一直线上不同轴段的各键槽应布置在同一直线上不同轴段的各键槽应布置在同一直线上轴端要倒角轴端要倒角轴端要倒角轴端要

19、倒角(45(45(45(45)，过盈配合要有导向锥面，过盈配合要有导向锥面，过盈配合要有导向锥面，过盈配合要有导向锥面磨削或车螺纹应留有越程槽或退刀槽磨削或车螺纹应留有越程槽或退刀槽磨削或车螺纹应留有越程槽或退刀槽磨削或车螺纹应留有越程槽或退刀槽越程槽越程槽 轴上零件应装拆方便轴上零件应装拆方便轴上零件应装拆方便轴上零件应装拆方便 轴的配合直径应尽量按标准值选取轴的配合直径应尽量按标准值选取轴的配合直径应尽量按标准值选取轴的配合直径应尽量按标准值选取机械设计6-2轴的结构设计轴结构设计时，各轴段直径确定的基本原则：轴结构设计时，各轴段直径确定的基本原则：轴结构设计时，各轴段直径确定的基本原则：

20、轴结构设计时，各轴段直径确定的基本原则：按一定的方法确定出轴的最细处直径按一定的方法确定出轴的最细处直径按一定的方法确定出轴的最细处直径按一定的方法确定出轴的最细处直径d dminmin 有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径 安装标准件的轴径，应满足标准件装配尺寸要求安装标准件的轴径，应满足标准件装配尺寸要求安装标准件的轴径，应满足标准件装配尺寸要求安装标准件的轴径，应满足标准件装配尺寸要求 机械设计6-2轴的结构设计1)1)装配轴承装配轴承装配轴承装配轴承 与滚动轴承配合段轴径一般为与

21、滚动轴承配合段轴径一般为与滚动轴承配合段轴径一般为与滚动轴承配合段轴径一般为5 5的倍数；的倍数；的倍数；的倍数；(20495 mm)(20495 mm)与滑动轴承配合段轴径应采用标准直径系列轴套：与滑动轴承配合段轴径应采用标准直径系列轴套：与滑动轴承配合段轴径应采用标准直径系列轴套：与滑动轴承配合段轴径应采用标准直径系列轴套：32 32、3535、3838、4040、4545、4848、5050、5555、6060、6565、70.70.2)2)装配联轴器装配联轴器装配联轴器装配联轴器 配合段直径应符合联轴器的尺寸系列：配合段直径应符合联轴器的尺寸系列：配合段直径应符合联轴器的尺寸系列：配合

22、段直径应符合联轴器的尺寸系列：联轴器的孔径与长度系列联轴器的孔径与长度系列联轴器的孔径与长度系列联轴器的孔径与长度系列 孔径孔径孔径孔径d d 30 32 35 3830 32 35 38 40 42 45 48 50 55 65 40 42 45 48 50 55 65 60 63 6560 63 65长系列长系列长系列长系列 82 112 142 82 112 142 短系列短系列短系列短系列 60 84 107 60 84 107 长度长度长度长度L L 常用的与轴相配的标准件有常用的与轴相配的标准件有常用的与轴相配的标准件有常用的与轴相配的标准件有滚动轴承滚动轴承滚动轴承滚动轴承、联轴

23、器联轴器联轴器联轴器等。等。等。等。配合轴段的直径应由标准件和配合性质确定配合轴段的直径应由标准件和配合性质确定配合轴段的直径应由标准件和配合性质确定配合轴段的直径应由标准件和配合性质确定机械设计6-2轴的结构设计有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径：有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径：有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径：有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径：标准直径应按标准直径应按标准直径应按标准直径应按优先数优先数优先数优先数选取：选取：选取：选取：R5 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00 R10 1.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.15 4

24、.00 5.00 6.30 8.00 10.00 1.00 1.12 1.25 1.40 1.60 1.80 2.00 2.24 2.50 2.80 3.15 3.55 4.00 4.50 5.00 5.60 6.30 7.10 8.00 9.00 10.00 1.00 1.06 1.12 1.18 1.25 1.32 1.40 1.50 1.60 1.70 1.801.90 2.00 2.12 2.24 2.36 2.50 2.65 2.80 3.00 3.15 3.353.55 3.75 4.00 4.25 4.50 4.75 5.00 5.30 5.60 6.00 6.306.70 7.

25、10 7.50 8.00 8.50 9.00 9.50 10.00R40 R20 此表参见此表参见此表参见此表参见机械设计课机械设计课机械设计课机械设计课程设计程设计程设计程设计P73P73页表页表页表页表9-7 9-7 优先数优先数优先数优先数-表中任意一个数值表中任意一个数值表中任意一个数值表中任意一个数值 机械设计6-2轴的结构设计什么是优先数系和优先数优先数系和优先数优先数是由公比分别为优先数是由公比分别为，且项值中含有10的整数幂的理论等比数列导出的一组近似等比的数列。各数列分别用符号R5，R10，R20，R40和R80表示。称为R5数系、R10数系、数系、R20数系、R40数系和R

26、80数系。即：R5数系：以1.60为公比形成的数系；R10数系：以数系：以1.25为公比形成的数系；R20数系：以1.12为公比形成的数系；R40数系：以1.06为公比形成的数系；以上称为基本系列。R80数系：以1.03为公比形成的数系；它称为补充系列。仅在参数分级很细，基本系列不能适应实际情况时，才可靠考虑采用。优先数系中有任一个项值均称为优先数。优先数系中有任一个项值均称为优先数。根据GB 321的规定，优先数和优先数系适用于各种量值的分级，特别是在优先数和优先数系适用于各种量值的分级，特别是在确定产品的参数或参数系列时，必须按该标准的规定最大限度地采用，这就是确定产品的参数或参数系列时，

27、必须按该标准的规定最大限度地采用，这就是“优先优先”的含义。的含义。机械设计四四 提高轴的强度、刚度提高轴的强度、刚度提高轴的强度、刚度提高轴的强度、刚度1 1 1 1、改变轴上零件结构、改变轴上零件结构、改变轴上零件结构、改变轴上零件结构 QQ方案方案方案方案b b 图示为起重机卷筒两种布置方案图示为起重机卷筒两种布置方案图示为起重机卷筒两种布置方案图示为起重机卷筒两种布置方案 TQQ方案方案方案方案 a a轴径大轴径大轴径大轴径大 轴径小轴径小轴径小轴径小 a a图中大齿轮和卷筒联成一体，故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩。图中大齿轮和卷筒联成一体，故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩。图中大齿轮和卷筒

28、联成一体，故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩。图中大齿轮和卷筒联成一体，故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩。b b图中轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷相同时，图图中轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷相同时，图图中轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷相同时，图图中轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷相同时，图a a结构轴的结构轴的结构轴的结构轴的直径要小。直径要小。直径要小。直径要小。机械设计6-2轴的结构设计改变轴上零件的结构，可使轴受载减小改变轴上零件的结构，可使轴受载减小改变轴上零件的结构，可使轴受载减小改变轴上零件的结构，可使轴受载减小例：例：例：例：机械设计6-2轴的结构设计2 2、合理布置轴上零件、合理布置轴上零

29、件、合理布置轴上零件、合理布置轴上零件 输出输出输出输出 输出输出输出输出 输入输入输入输入 输出输出输出输出 输出输出输出输出 输入输入输入输入 T Tmaxmax=T=T1 1+T+T2 2T Tmaxmax=T=T1 1T T2 2T T1 1T T1 1+T+T2 2T T1 1T T1 1+T+T2 2T T2 2合理合理合理合理 不合理不合理不合理不合理 当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的载荷，应当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的载荷，应当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的载荷，应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。将输入轮布置在中间。将输入

30、轮布置在中间。将输入轮布置在中间。机械设计6-2轴的结构设计2 2、减小应力集中、减小应力集中、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。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或过盈配合边缘处。应力集中出现在截面突然发生变化或过盈配合边缘处。应力集中出现在截面突然发生变化或过盈配合边缘处。应力集中出现在截面突然发生变化或过盈配合边缘处。应力集中处应力集中处应力集中处应力集中处 措施：措施：措施：措施：1)1)用圆角过渡；用圆角过渡；用圆角过渡；用圆角过渡；2)2)尽

31、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;R R3)3)重要结构可增加卸载槽重要结构可增加卸载槽重要结构可增加卸载槽重要结构可增加卸载槽、过渡肩环、凹切圆角、过渡肩环、凹切圆角、过渡肩环、凹切圆角、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增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。力。力。力。机械设计6-2轴的结构设计主要措施：主要措施：主要措施：主要措施：轴轴轴轴的剖面尺寸变化不能太急剧的剖面尺寸变化

32、不能太急剧的剖面尺寸变化不能太急剧的剖面尺寸变化不能太急剧 若圆角半径增大受限时，可采用下列方法：若圆角半径增大受限时，可采用下列方法：若圆角半径增大受限时，可采用下列方法：若圆角半径增大受限时，可采用下列方法：凹切凹切凹切凹切圆角圆角圆角圆角过渡肩环过渡肩环过渡肩环过渡肩环 适当加大过渡圆角半径适当加大过渡圆角半径适当加大过渡圆角半径适当加大过渡圆角半径减载槽减载槽减载槽减载槽机械设计6-2轴的结构设计五五 轴的结构设计示例轴的结构设计示例轴的结构设计示例轴的结构设计示例套筒外径如何确定？套筒外径如何确定？套筒外径如何确定？套筒外径如何确定？假设最细处直径为假设最细处直径为假设最细处直径为假

33、设最细处直径为28mm28mm，如何确定其它轴段直径？，如何确定其它轴段直径？，如何确定其它轴段直径？，如何确定其它轴段直径？带轮带轮带轮带轮小端外径查滚动轴承的内圈安装尺寸确定，大端外径等于齿小端外径查滚动轴承的内圈安装尺寸确定，大端外径等于齿小端外径查滚动轴承的内圈安装尺寸确定，大端外径等于齿小端外径查滚动轴承的内圈安装尺寸确定，大端外径等于齿轮右侧轴环外径！轮右侧轴环外径！轮右侧轴环外径！轮右侧轴环外径！机械设计6-3轴的强度计算 6-36-36-36-3轴的强度计算轴的强度计算轴的强度计算轴的强度计算 一一 按扭转强度计算按扭转强度计算按扭转强度计算按扭转强度计算如果如果如果如果轴是传

34、动轴轴是传动轴轴是传动轴轴是传动轴，则强度条件为：，则强度条件为：，则强度条件为：，则强度条件为：设计式：设计式：设计式：设计式：C C：与轴的材料：与轴的材料：与轴的材料：与轴的材料 有关，查表有关，查表有关，查表有关，查表6-36-3只受转矩或弯矩相对转矩较小时，只受转矩或弯矩相对转矩较小时，只受转矩或弯矩相对转矩较小时，只受转矩或弯矩相对转矩较小时，C C 取小值；反之取较大值取小值；反之取较大值取小值；反之取较大值取小值；反之取较大值 若最细轴段有一个键槽，若最细轴段有一个键槽，若最细轴段有一个键槽，若最细轴段有一个键槽，d d 值增大值增大值增大值增大5%5%；有两个键槽，增大有两个

35、键槽，增大有两个键槽，增大有两个键槽，增大10%10%、承载情况、承载情况、承载情况、承载情况如果如果如果如果轴是转轴轴是转轴轴是转轴轴是转轴：也可用设计式来估算受扭轴段的最细处直径也可用设计式来估算受扭轴段的最细处直径也可用设计式来估算受扭轴段的最细处直径也可用设计式来估算受扭轴段的最细处直径4545：C C=118107=118107 机械设计例题例题例题例题1 1：在初算轴传递转矩段的最小直径公式在初算轴传递转矩段的最小直径公式在初算轴传递转矩段的最小直径公式在初算轴传递转矩段的最小直径公式 中，中，中，中，系数系数系数系数C C与什么有关？与什么有关？与什么有关？与什么有关？当材料已确

36、定时，当材料已确定时，当材料已确定时，当材料已确定时，C C 值应如何选取？值应如何选取？值应如何选取？值应如何选取？计算出的计算出的计算出的计算出的d d 值应经如何处理才能定出最细段直径？值应经如何处理才能定出最细段直径？值应经如何处理才能定出最细段直径？值应经如何处理才能定出最细段直径？此轴径应放在轴的哪一部分？此轴径应放在轴的哪一部分？此轴径应放在轴的哪一部分？此轴径应放在轴的哪一部分？请问：请问：请问：请问：与轴的材料和轴的承载情况有关与轴的材料和轴的承载情况有关与轴的材料和轴的承载情况有关与轴的材料和轴的承载情况有关 当轴上弯矩相对转矩较大时，当轴上弯矩相对转矩较大时，当轴上弯矩相

37、对转矩较大时，当轴上弯矩相对转矩较大时，C C 值应取大些值应取大些值应取大些值应取大些 根据最细轴段处键槽数目的个数适当增大该处根据最细轴段处键槽数目的个数适当增大该处根据最细轴段处键槽数目的个数适当增大该处根据最细轴段处键槽数目的个数适当增大该处直径，然后将所得直径向标准化数值靠拢直径，然后将所得直径向标准化数值靠拢直径，然后将所得直径向标准化数值靠拢直径，然后将所得直径向标准化数值靠拢 轴的最末端，一般是外伸端轴的最末端，一般是外伸端轴的最末端，一般是外伸端轴的最末端，一般是外伸端机械设计例题例题例题例题2 2：试分析如下方案图中双级斜齿圆柱齿轮减速器的三根轴的试分析如下方案图中双级斜齿

38、圆柱齿轮减速器的三根轴的试分析如下方案图中双级斜齿圆柱齿轮减速器的三根轴的试分析如下方案图中双级斜齿圆柱齿轮减速器的三根轴的类型是什么？最细轴径估算公式中类型是什么？最细轴径估算公式中类型是什么？最细轴径估算公式中类型是什么？最细轴径估算公式中C C值如何选取？最细轴值如何选取？最细轴值如何选取？最细轴值如何选取？最细轴径是哪一段？径是哪一段？径是哪一段？径是哪一段？机械设计6-3轴的强度计算二二 按弯扭合成强度计算按弯扭合成强度计算按弯扭合成强度计算按弯扭合成强度计算 此方法针对转轴此方法针对转轴此方法针对转轴此方法针对转轴 强度计算时需由轴的结构设计确定：强度计算时需由轴的结构设计确定：强

39、度计算时需由轴的结构设计确定：强度计算时需由轴的结构设计确定：危险截面上的当量应力危险截面上的当量应力危险截面上的当量应力危险截面上的当量应力(第三强度理论第三强度理论第三强度理论第三强度理论)：支反力作用点支反力作用点支反力作用点支反力作用点、外载荷的大小及跨距、外载荷的大小及跨距、外载荷的大小及跨距、外载荷的大小及跨距机械设计注：近似计算时，单、双键槽一般可忽略，花键轴截面可视为直径等于注：近似计算时，单、双键槽一般可忽略，花键轴截面可视为直径等于注：近似计算时，单、双键槽一般可忽略，花键轴截面可视为直径等于注：近似计算时，单、双键槽一般可忽略，花键轴截面可视为直径等于平均直径的圆截面平均

40、直径的圆截面平均直径的圆截面平均直径的圆截面 轴的抗弯和抗扭截面系数轴的抗弯和抗扭截面系数轴的抗弯和抗扭截面系数轴的抗弯和抗扭截面系数 机械设计6-3轴的强度计算实际上弯曲应力实际上弯曲应力实际上弯曲应力实际上弯曲应力s s s sb b和扭转应力和扭转应力和扭转应力和扭转应力t t t tT T的性质的性质的性质的性质r r可能不同可能不同可能不同可能不同n nF F对于转轴和转动的心轴：对于转轴和转动的心轴：对于转轴和转动的心轴：对于转轴和转动的心轴：弯曲应力弯曲应力弯曲应力弯曲应力s s s sb br r=-1=-1扭剪应力扭剪应力扭剪应力扭剪应力T T 大小和方向不变大小和方向不变大

41、小和方向不变大小和方向不变T T 大小经常变化，方向不变大小经常变化，方向不变大小经常变化，方向不变大小经常变化，方向不变T T 大小和方向经常变化大小和方向经常变化大小和方向经常变化大小和方向经常变化r r=+1=+1r r=0=0r r=-1=-1a a a a=0.3=0.3a a a a=0.6=0.6a a a a=1=1不同的不同的不同的不同的r r，对轴疲劳强度的影响程度也不同对轴疲劳强度的影响程度也不同对轴疲劳强度的影响程度也不同对轴疲劳强度的影响程度也不同n n需将不是对称循环的扭剪应力折算为对称循环变应力需将不是对称循环的扭剪应力折算为对称循环变应力需将不是对称循环的扭剪应

42、力折算为对称循环变应力需将不是对称循环的扭剪应力折算为对称循环变应力a a a a：折算系数：折算系数：折算系数：折算系数当量弯矩：当量弯矩：当量弯矩：当量弯矩：若若若若T T 的变化规律不清楚，的变化规律不清楚，的变化规律不清楚，的变化规律不清楚，一般按脉动循环处理一般按脉动循环处理一般按脉动循环处理一般按脉动循环处理！机械设计6-3轴的强度计算设计式：设计式：设计式：设计式：校核式：校核式：校核式：校核式：危险截面危险截面危险截面危险截面 MMcaca最大处最大处最大处最大处MMcaca较大且较大且较大且较大且d d 较小处较小处较小处较小处算出的算出的算出的算出的d d 应考虑危险截面上

43、键槽的影响，适当的加大应考虑危险截面上键槽的影响，适当的加大应考虑危险截面上键槽的影响，适当的加大应考虑危险截面上键槽的影响，适当的加大 s s s s-1-1 b b：对称循环变应力作用下的许用弯曲应力，：对称循环变应力作用下的许用弯曲应力，：对称循环变应力作用下的许用弯曲应力，：对称循环变应力作用下的许用弯曲应力，查表查表查表查表6-46-4 机械设计材材 料料 b +1 b 0 b -1 b 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75 900 300 140 80 1000 330 150

44、 90 500 120 70 40 400 100 5 0 30表表6-4 轴的许用弯曲应力轴的许用弯曲应力 碳素钢碳素钢合金钢合金钢铸钢铸钢静应力时静应力时的许用弯的许用弯曲应力曲应力脉动循环脉动循环时的许用时的许用弯曲应力弯曲应力对称循环对称循环时的许用时的许用弯曲应力弯曲应力静应力时静应力时的强度极的强度极限限机械设计6-3轴的强度计算弯扭合成法计算流程：弯扭合成法计算流程：弯扭合成法计算流程：弯扭合成法计算流程：垂直垂直垂直垂直面受力面受力面受力面受力垂直垂直垂直垂直面弯矩面弯矩面弯矩面弯矩扭矩扭矩扭矩扭矩轴的当量弯矩轴的当量弯矩轴的当量弯矩轴的当量弯矩水平水平水平水平面受力面受力面受

45、力面受力水平水平水平水平面弯矩面弯矩面弯矩面弯矩合成弯矩合成弯矩合成弯矩合成弯矩强度不满足强度不满足强度不满足强度不满足要求要求要求要求轴的简化受力图轴的简化受力图轴的简化受力图轴的简化受力图重新设计重新设计重新设计重新设计机械设计三三 按安全系数法计算按安全系数法计算按安全系数法计算按安全系数法计算一般用途的轴，用一般用途的轴，用一般用途的轴，用一般用途的轴，用“弯扭合成法弯扭合成法弯扭合成法弯扭合成法”进行强度计算即可进行强度计算即可进行强度计算即可进行强度计算即可 重要场合的轴，用基于疲劳强度的重要场合的轴，用基于疲劳强度的重要场合的轴，用基于疲劳强度的重要场合的轴，用基于疲劳强度的“安

46、全系数法安全系数法安全系数法安全系数法”进行强度计算进行强度计算进行强度计算进行强度计算 需考虑轴上的需考虑轴上的需考虑轴上的需考虑轴上的应力集中应力集中应力集中应力集中、轴径尺寸轴径尺寸轴径尺寸轴径尺寸和和和和表面质量表面质量表面质量表面质量的影响的影响的影响的影响转轴危险截面用安全系数表达的强度条件为：转轴危险截面用安全系数表达的强度条件为：转轴危险截面用安全系数表达的强度条件为：转轴危险截面用安全系数表达的强度条件为：S Scaca计算安全系数计算安全系数计算安全系数计算安全系数 S Ss s s s受弯矩作用的安全系数受弯矩作用的安全系数受弯矩作用的安全系数受弯矩作用的安全系数 S S

47、t t t t受扭矩作用的安全系数受扭矩作用的安全系数受扭矩作用的安全系数受扭矩作用的安全系数 S S 许用安全系数，见表许用安全系数，见表许用安全系数，见表许用安全系数，见表6-5 6-5 机械设计应力集中系数应力集中系数应力集中系数应力集中系数 绝对尺寸系数绝对尺寸系数绝对尺寸系数绝对尺寸系数 表面质量系数表面质量系数表面质量系数表面质量系数 受弯曲时受弯曲时受弯曲时受弯曲时K Ks s s se e e es s s sb b b b受扭转时受扭转时受扭转时受扭转时K Kt t t te e e et t t t附表附表附表附表6-16-36-16-3附表附表附表附表6-46-4附表附表

48、附表附表6-56-76-56-7对称循环应力时对称循环应力时对称循环应力时对称循环应力时材料的疲劳极限材料的疲劳极限材料的疲劳极限材料的疲劳极限工作应工作应工作应工作应力幅力幅力幅力幅工作应力工作应力工作应力工作应力平均值平均值平均值平均值 等效系数等效系数等效系数等效系数受弯曲时受弯曲时受弯曲时受弯曲时s s s s-1-1s s s sa as s s smm受扭转时受扭转时受扭转时受扭转时t t t t-1-1t t t ta at t t tmm表表表表6-16-1需计算需计算需计算需计算需计算需计算需计算需计算应力集中系数：若同一危险截面处有多种应力集中源，则取其中最大值应力集中系数

49、：若同一危险截面处有多种应力集中源，则取其中最大值应力集中系数：若同一危险截面处有多种应力集中源，则取其中最大值应力集中系数：若同一危险截面处有多种应力集中源，则取其中最大值 机械设计一般转轴：一般转轴：一般转轴：一般转轴：固定轴或载固定轴或载固定轴或载固定轴或载荷随轴转：荷随轴转：荷随轴转：荷随轴转：r r=-1 =-1 轴单向转动：轴单向转动：轴单向转动：轴单向转动：如何计算危险截面上工作应力的平均值和应力幅？如何计算危险截面上工作应力的平均值和应力幅？如何计算危险截面上工作应力的平均值和应力幅？如何计算危险截面上工作应力的平均值和应力幅？r r=0=0 r r=0=0 轴经常正反转：轴经

50、常正反转：轴经常正反转：轴经常正反转：r r=-1=-1 弯曲应力弯曲应力弯曲应力弯曲应力 扭剪应力扭剪应力扭剪应力扭剪应力 MM：危险截面上的弯矩：危险截面上的弯矩：危险截面上的弯矩：危险截面上的弯矩 T T：危险截面上的扭矩：危险截面上的扭矩：危险截面上的扭矩：危险截面上的扭矩 机械设计短时严重过载的轴可能会发生较大的塑性变形短时严重过载的轴可能会发生较大的塑性变形短时严重过载的轴可能会发生较大的塑性变形短时严重过载的轴可能会发生较大的塑性变形弯矩作用时的静强度安全系数弯矩作用时的静强度安全系数弯矩作用时的静强度安全系数弯矩作用时的静强度安全系数扭矩作用时的静强度安全系数扭矩作用时的静强度