1、作作 業(yè)業(yè) 知道知道軸的功用和分類，軸的功用和分類， 影響軸強(qiáng)度、剛度的因素，影響軸強(qiáng)度、剛度的因素， 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則；能夠能夠正確選擇軸的材料及熱處理，正確選擇軸的材料及熱處理， 正確進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，正確進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 對(duì)軸進(jìn)行必要的工作能力計(jì)算；對(duì)軸進(jìn)行必要的工作能力計(jì)算；了解了解軸的臨界轉(zhuǎn)速的概念。軸的臨界轉(zhuǎn)速的概念。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的強(qiáng)度計(jì)算 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 支承旋轉(zhuǎn)零件；支承旋轉(zhuǎn)零件； 傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 根據(jù)軸上零件的根據(jù)軸上零件的以及軸的以及軸的等要求，等要求， 軸的軸的和和等等 方面的驗(yàn)算。方面的驗(yàn)算。 軸的材料

2、主要采用碳素鋼和合金鋼。軸的材料主要采用碳素鋼和合金鋼。碳素鋼比合金鋼價(jià)廉，應(yīng)力集中的敏感性小，可通過(guò)碳素鋼比合金鋼價(jià)廉，應(yīng)力集中的敏感性小，可通過(guò)熱處理提高其耐磨性及疲勞強(qiáng)度，因此應(yīng)用廣泛。熱處理提高其耐磨性及疲勞強(qiáng)度，因此應(yīng)用廣泛。常用的碳素鋼常用的碳素鋼：3535、4040和和5050等優(yōu)質(zhì)碳素鋼，等優(yōu)質(zhì)碳素鋼，不重要的軸也可以采用普通碳素鋼如不重要的軸也可以采用普通碳素鋼如: :疲勞斷裂、過(guò)載斷裂、彈性變形過(guò)大等。疲勞斷裂、過(guò)載斷裂、彈性變形過(guò)大等。 有良好的綜合機(jī)械性能有良好的綜合機(jī)械性能合金鋼具有更高的機(jī)械性能和更好的淬火性能，但合金鋼具有更高的機(jī)械性能和更好的淬火性能，但對(duì)應(yīng)力集

3、中較敏感。另外價(jià)格較貴。對(duì)應(yīng)力集中較敏感。另外價(jià)格較貴。對(duì)強(qiáng)度、耐磨性要求高且結(jié)構(gòu)尺寸受限制及在高溫對(duì)強(qiáng)度、耐磨性要求高且結(jié)構(gòu)尺寸受限制及在高溫或低溫條件下工作的軸，可采用合金鋼?；虻蜏貤l件下工作的軸，可采用合金鋼。常用材料為常用材料為等。等。采用合金鋼制造的軸須進(jìn)行熱處理和化學(xué)熱處理。采用合金鋼制造的軸須進(jìn)行熱處理和化學(xué)熱處理。合金鋼對(duì)應(yīng)力集中較敏感合金鋼對(duì)應(yīng)力集中較敏感,因此設(shè)計(jì)軸時(shí)，應(yīng)從結(jié)構(gòu)因此設(shè)計(jì)軸時(shí)，應(yīng)從結(jié)構(gòu)上避免或減小應(yīng)力集中，并減小表面粗糙度。上避免或減小應(yīng)力集中，并減小表面粗糙度。 各種碳鋼和合金鋼的彈性模量數(shù)值差不多，因各種碳鋼和合金鋼的彈性模量數(shù)值差不多，因此熱處理，只能提

4、高其疲勞強(qiáng)度和耐磨性，對(duì)提高此熱處理，只能提高其疲勞強(qiáng)度和耐磨性，對(duì)提高軸的剛度并無(wú)實(shí)效。軸的剛度并無(wú)實(shí)效。軸的毛坯一般用軋制的圓鋼或鍛制毛坯，對(duì)于形軸的毛坯一般用軋制的圓鋼或鍛制毛坯，對(duì)于形狀復(fù)雜的軸，可采用鑄鋼或球墨鑄鐵制造。狀復(fù)雜的軸，可采用鑄鋼或球墨鑄鐵制造。軸的常用材料及其主要力學(xué)性能見(jiàn)表軸的常用材料及其主要力學(xué)性能見(jiàn)表141。確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。 受力合理，減小應(yīng)力集中。受力合理，減小應(yīng)力集中。 軸要便于加工，軸上零件要易于裝拆。軸要便于加工，軸上零件要易于裝拆。 軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置。軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置。 各零件要

5、牢固而可靠地相對(duì)固定。各零件要牢固而可靠地相對(duì)固定。便于軸上零件的裝拆，便于軸上零件的裝拆，軸結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，工藝性越好。軸結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，工藝性越好。 防止工作時(shí)，出現(xiàn)軸向竄動(dòng)；防止工作時(shí)，出現(xiàn)軸向竄動(dòng)；防止工作時(shí)，出現(xiàn)周向轉(zhuǎn)動(dòng)。防止工作時(shí)，出現(xiàn)周向轉(zhuǎn)動(dòng)。軸肩（環(huán)）、軸肩（環(huán)）、套筒、套筒、螺母、螺母、或軸端擋圈、或軸端擋圈、彈性擋圈或緊定螺釘彈性擋圈或緊定螺釘軸向力較小時(shí)。軸向力較小時(shí)。 采用采用：方便可靠；但使直徑加大，截面突變而引起方便可靠；但使直徑加大，截面突變而引起應(yīng)力集中。應(yīng)力集中。軸向力較大處。軸向力較大處。 要求軸肩高度要求軸肩高度 滾動(dòng)軸承內(nèi)圈高度滾動(dòng)軸承內(nèi)圈高度為保證軸上零件緊靠

6、軸肩，應(yīng)使：為保證軸上零件緊靠軸肩，應(yīng)使：軸肩圓角半徑軸肩圓角半徑相配零件的圓角半徑相配零件的圓角半徑 或倒角或倒角軸肩高軸肩高或或 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；不影結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；不影響軸的強(qiáng)度。響軸的強(qiáng)度。近距離的兩個(gè)零件間的固定，但不適合高速。近距離的兩個(gè)零件間的固定，但不適合高速?？沙惺茌^大軸向力，但因切制螺紋，軸強(qiáng)度可承受較大軸向力，但因切制螺紋，軸強(qiáng)度軸端或軸上兩零件距離較遠(yuǎn)無(wú)法使用套筒時(shí)。軸端或軸上兩零件距離較遠(yuǎn)無(wú)法使用套筒時(shí)。 能承受較能承受較 大軸向力。大軸向力。軸端。軸端。 采用上述四法固定軸上零件采用上述四法固定軸上零件應(yīng)使應(yīng)使即：即：軸向力較小處。軸向力較小處。軸向力較小處軸向力較小處平平 鍵

7、鍵花花 鍵鍵過(guò)盈配合過(guò)盈配合緊定螺釘、銷(xiāo)緊定螺釘、銷(xiāo)適當(dāng)增大過(guò)渡圓角半徑適當(dāng)增大過(guò)渡圓角半徑 盡量避免形狀突變盡量避免形狀突變盡量避免在軸上開(kāi)口切槽盡量避免在軸上開(kāi)口切槽減少局部應(yīng)力集中減少局部應(yīng)力集中例例1:四處錯(cuò)誤四處錯(cuò)誤正確答案正確答案例例2、軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)、軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算：根據(jù)軸承載情況，采用相應(yīng)計(jì)算辦法。根據(jù)軸承載情況，采用相應(yīng)計(jì)算辦法。FT 彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力b 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力；對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力； 扭剪應(yīng)力扭剪應(yīng)力T 循環(huán)特征根據(jù)實(shí)際情況而定。循環(huán)特征根據(jù)實(shí)際情況而定。 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算；按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算； 按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算；按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算； 安全系數(shù)法計(jì)算。安全

8、系數(shù)法計(jì)算。（應(yīng)力分類與描述）（應(yīng)力分類與描述） 令其為系數(shù)令其為系數(shù) C用于傳動(dòng)用于傳動(dòng)軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算 用于轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)于用于轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)于軸徑軸徑TTWT ndPdnP36362 . 01055. 916/1055. 9 軸的抗扭軸的抗扭剖面系數(shù)剖面系數(shù) 3362 . 01055. 9nPd m mm mn nP PC C3 3扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度公式一般用來(lái)初估轉(zhuǎn)軸軸徑，計(jì)算扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度公式一般用來(lái)初估轉(zhuǎn)軸軸徑，計(jì)算出的出的 d 作為軸作為軸彎矩相對(duì)轉(zhuǎn)矩較小或只受轉(zhuǎn)矩時(shí)，彎矩相對(duì)轉(zhuǎn)矩較小或只受轉(zhuǎn)矩時(shí)，C 取小值。取小值?？紤]到鍵槽對(duì)軸的削弱，軸徑應(yīng)考慮到鍵槽對(duì)軸的削弱，軸徑應(yīng)軸徑增大軸徑增

9、大5%左右左右彎矩較大時(shí)，彎矩較大時(shí)，C 取大值。取大值。既考慮彎矩又考慮轉(zhuǎn)矩，比前法精確。既考慮彎矩又考慮轉(zhuǎn)矩，比前法精確。軸的支反力作用點(diǎn)、外載荷的大小及位置。軸的支反力作用點(diǎn)、外載荷的大小及位置。(因彎、扭聯(lián)合作用時(shí)，采用第三強(qiáng)度理論得：因彎、扭聯(lián)合作用時(shí)，采用第三強(qiáng)度理論得：)22be4WMb/16d TWT3T/32d M330.1dM30.2dT2WTb許用彎曲許用彎曲應(yīng)力應(yīng)力22be4222WT4WMWTM22WT) (M22e由于由于 b 與與 的的，需引進(jìn)需引進(jìn)將將1b3e0.1dM22eT) (MM對(duì)稱循環(huán)變對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力下的許應(yīng)力下的許用應(yīng)力用應(yīng)力 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力靜

10、靜 應(yīng)應(yīng) 力力: :( (不變的轉(zhuǎn)矩不變的轉(zhuǎn)矩) )脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力( (頻繁啟動(dòng)、振動(dòng)頻繁啟動(dòng)、振動(dòng) 或情況不明或情況不明) )對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力( (經(jīng)常雙向運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)常雙向運(yùn)轉(zhuǎn)) )彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力環(huán)變應(yīng)力mm0.1Md31be（+1b、0b 、-1bWT) (M22e1b3e0.1dM1、根據(jù)、根據(jù)傳遞功率為傳遞功率為P P，高速軸，高速軸轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為 n1 ，用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度公式初算軸的最小直徑用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度公式初算軸的最小直徑dmin 。2、根據(jù)初算軸徑，進(jìn)行、根據(jù)初算軸徑，進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3、按彎扭合成強(qiáng)度、按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的危險(xiǎn)

11、截面校核軸的危險(xiǎn)截面。將將 dmin 圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑（查圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑（查“機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)”）畫(huà)出空間受力圖，求出支反力；畫(huà)出空間受力圖，求出支反力；分別作出水平面受力圖和垂直面受力圖；分別作出水平面受力圖和垂直面受力圖；分別作出水平面彎矩圖分別作出水平面彎矩圖MH和垂直面彎矩圖和垂直面彎矩圖MV ；求合成彎矩：求合成彎矩：求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩：求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩：求扭矩圖求扭矩圖危險(xiǎn)截面直徑危險(xiǎn)截面直徑 若強(qiáng)度不足，應(yīng)適當(dāng)增大軸徑。若強(qiáng)度不足，應(yīng)適當(dāng)增大軸徑。 一般軸一般軸:設(shè)計(jì)計(jì)算到此即可。設(shè)計(jì)計(jì)算到此即可。 若該截面有鍵槽，將計(jì)算出的軸徑加大若該截面有鍵槽，將計(jì)算出的

12、軸徑加大5%。 重要軸重要軸:須進(jìn)行危險(xiǎn)剖面安全系數(shù)校核須進(jìn)行危險(xiǎn)剖面安全系數(shù)校核.（疲勞強(qiáng)度和靜強(qiáng)度）（疲勞強(qiáng)度和靜強(qiáng)度） 應(yīng)滿足：應(yīng)滿足：如圖已知作用在齒輪上的圓周力如圖已知作用在齒輪上的圓周力Ft=17400N，徑向力，徑向力Fr=6410N，軸向力，軸向力Fa=2860，齒輪分度圓直徑，齒輪分度圓直徑d2=146mm，作用在軸右端帶輪上的外力作用在軸右端帶輪上的外力F=4500N，L=193mm，K=206mm，試計(jì)算危險(xiǎn)截面的軸徑，試計(jì)算危險(xiǎn)截面的軸徑例題例題: :VrRF1V2R V21RVRLdFLFRarV2221 N21231932146286021936410 N42872

13、1236410 N930348034500R1F2 FRFHHRR21 2tF N8700217400 LKFRF 1N48031932064500 21LRMVaV FaFrR2VR1VLL/222LRMVaV mN4142193. 04287 mN2052193. 02123 FaFtR2HR1HLL/221LRMHaH mN8402193. 08700 KFMF 2mN927206. 04500 21LRMFaFmN8402193. 08700 mNMMmNM)M()M(MmNMMMMFaFaHaVaaFaHaVa9271328463840205140046384041422222222

14、2222)( TMMae mN 1600)12706 . 0(140022TFt d22174000.14621570Nm mmMdbe4 .64601 . 01016001 . 03331 b1 ：軸的材料選用：軸的材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，鋼，調(diào)質(zhì)處理， 查表查表141得得 B=650MPa, 查表查表143得得 1b=60MPad1.04 64.467mm撓撓 度度yy 偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角 y和和分別為軸的許用撓度及許用偏轉(zhuǎn)角。分別為軸的許用撓度及許用偏轉(zhuǎn)角。 按撓度曲線的近似微分方程式積分求解。按撓度曲線的近似微分方程式積分求解。變形能法。變形能法。受彎矩受彎矩產(chǎn)生彎曲變形，產(chǎn)生彎曲變形，受

15、轉(zhuǎn)矩受轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。 表表14-4 扭角扭角 式中：式中：T轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩(Nmm)；l軸受轉(zhuǎn)矩作用的長(zhǎng)度軸受轉(zhuǎn)矩作用的長(zhǎng)度(mm)； G 材料的切變模量材料的切變模量(MPa)；d軸徑軸徑(mm)；Ip軸截面的極慣性矩。軸截面的極慣性矩。 軸是彈性體，旋轉(zhuǎn)時(shí)軸是彈性體，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生彎曲振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)及縱向振動(dòng)產(chǎn)生彎曲振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)及縱向振動(dòng) 當(dāng)軸的當(dāng)軸的產(chǎn)生產(chǎn)生。 共振時(shí)軸的轉(zhuǎn)速共振時(shí)軸的轉(zhuǎn)速稱為稱為。 臨界轉(zhuǎn)速可有多個(gè)，其中一階臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)最激烈，最危險(xiǎn)臨界轉(zhuǎn)速可有多個(gè)，其中一階臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)最激烈，最危險(xiǎn) 一般機(jī)械中的軸很少發(fā)生共振。若發(fā)生共振，多為彎曲共振。一般機(jī)械中的軸很

16、少發(fā)生共振。若發(fā)生共振，多為彎曲共振。工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速的軸；工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速的軸； 應(yīng)使軸的工作轉(zhuǎn)速：應(yīng)使軸的工作轉(zhuǎn)速：工作轉(zhuǎn)速超過(guò)一階臨界轉(zhuǎn)速的軸；工作轉(zhuǎn)速超過(guò)一階臨界轉(zhuǎn)速的軸； 應(yīng)使工作轉(zhuǎn)速：應(yīng)使工作轉(zhuǎn)速： v14-6v14-9前叉前叉前輪軸前輪軸前輪輪轂前輪輪轂由多層緊貼在一起的鋼絲構(gòu)成，由多層緊貼在一起的鋼絲構(gòu)成，常用于振搗器等設(shè)備。常用于振搗器等設(shè)備?？梢园鸦剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳到不開(kāi)敞地空間位置。到不開(kāi)敞地空間位置。材料及熱處理毛坯直徑mm硬度HBSBS-1/MPa應(yīng)用說(shuō)明Q235440240200用于不重要或載荷不大的軸35正火1001491875

17、20270250有好的塑性和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，可做一般曲軸、轉(zhuǎn)軸等45正火100170217600300275用于較重要的軸，應(yīng)用最為廣泛45調(diào)質(zhì)20021725565036030040Cr調(diào)質(zhì)251000800500用于載荷較大，而無(wú)很大沖擊的重要軸10024128675055035040MnB調(diào)質(zhì)251000800485性能接近于40Cr，用于重要的軸200 24128675050033535CrMo調(diào)質(zhì)100207269750550390用于重載荷的軸20Cr滲碳淬火回火15表面5662HRC850550375用于要求強(qiáng)度、韌性及耐磨性均較高的軸60650400280軸頸軸頸 軸身軸身 軸頭軸頭 軸肩軸肩 軸的