第15章轴.ppt

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1、第第1515章章 轴轴概概 述述15.1轴的结构设计轴的结构设计 15.2轴的强度校核轴的强度校核15.3轴的使用与维护轴的使用与维护15.4精品资料免费下载 好域安机械论坛 15.1 15.1 概概 述述15.1.1 轴的功用与分类轴的功用与分类 轴主要是用来支承作旋转运动的零件，轴主要是用来支承作旋转运动的零件，如齿轮、带轮等，以传递运动和动力。如齿轮、带轮等，以传递运动和动力。精品资料免费下载 好域安机械论坛 分分类类转转 轴轴心心 轴轴传传 动动 轴轴回回 转转 心心 轴轴静静 止止 心心 轴轴同时承受弯同时承受弯矩矩M和转矩和转矩T 只承受弯矩只承受弯矩M只承受弯矩只承受弯矩M只承受

2、只承受转转矩矩T应应力力弯曲弯曲应应力力为对为对称循称循环应环应力，力，扭扭转应转应力一般力一般为变应为变应力力弯曲弯曲应应力力为对为对称循称循环环应应力力弯曲弯曲应应力在力在静静载载荷下荷下为为静静应应力力扭扭转应转应力通常按力通常按变应变应力考力考虑虑表表15-1 轴的分类（按所承受载荷）轴的分类（按所承受载荷）精品资料免费下载 好域安机械论坛 图图15-1 曲轴曲轴精品资料免费下载 好域安机械论坛 轴的常用材料是碳素钢和合金钢。轴的常用材料是碳素钢和合金钢。常用碳素钢为常用碳素钢为30、35、40、45、50号号钢，其中最常用的是钢，其中最常用的是45号钢。为了提高轴号钢。为了提高轴的机

3、械性能，应进行调质或正火处理。对的机械性能，应进行调质或正火处理。对受力小或不重要的轴，可用受力小或不重要的轴，可用Q235、Q275等等普通碳素钢。普通碳素钢。15.1.2 轴的材料轴的材料精品资料免费下载 好域安机械论坛 合金钢比碳素钢具有更高的机械强度合金钢比碳素钢具有更高的机械强度和更好的淬火性能，但对应力集中比较敏和更好的淬火性能，但对应力集中比较敏感，价格也较贵，因此多用于强度和耐磨感，价格也较贵，因此多用于强度和耐磨性要求较高、要求重量和尺寸较小或非常性要求较高、要求重量和尺寸较小或非常湿、有腐蚀性介质的场合。常用的中碳合湿、有腐蚀性介质的场合。常用的中碳合金钢有金钢有40Cr、

4、35SiMn、40MnB等。低碳合等。低碳合金钢金钢20Cr、20CrMnTi经渗碳淬火后，表经渗碳淬火后，表面耐磨性和心部韧性都比较好，适于制造面耐磨性和心部韧性都比较好，适于制造耐磨和承受冲击载荷的轴。耐磨和承受冲击载荷的轴。精品资料免费下载 好域安机械论坛 图图15-2 钢丝软轴钢丝软轴精品资料免费下载 好域安机械论坛 材料牌号及热处理材料牌号及热处理毛坯直径毛坯直径mm硬度硬度HBS强度极限强度极限MPa屈服极屈服极限限MPa弯曲疲劳极弯曲疲劳极限限MPa应应 用用 说说 明明Q235440240200用于不重要或用于不重要或载载荷不大的荷不大的轴轴35正火正火100149187520

5、270250有好的塑性和适当的有好的塑性和适当的强强度，可做一般度，可做一般的曲的曲轴轴和和转轴转轴45正火正火100170217600300275用于用于较较重要的重要的轴轴，应应用最用最为为广泛广泛45调质调质20021725565036030040Cr调质调质251000800500用于用于载载荷荷较较大且无很大冲大且无很大冲击击的重要的重要轴轴10024128675055035010030024126670055034040MnB调质调质251000800485性能接近于性能接近于40Cr，用于重要的，用于重要的轴轴20024128675050033535CrMo调质调质1002072

6、69750550390用于重用于重载载荷的荷的轴轴20Cr渗碳淬火回火渗碳淬火回火15表面表面HRC5662850550375用于要求用于要求强强度、度、韧韧性及耐磨性均性及耐磨性均较较高高的的轴轴60650400280表表15-2 轴的常用材料牌号、机械性能及应用举例轴的常用材料牌号、机械性能及应用举例精品资料免费下载 好域安机械论坛 15.2.1 影响轴结构的因素影响轴结构的因素 轴的结构主要与下列因素有关：轴的结构主要与下列因素有关：载载荷的性质、大小、方向及分布情况；荷的性质、大小、方向及分布情况；轴轴上零件的数目和布置情况；上零件的数目和布置情况；零件在轴上零件在轴上的定位及固定方法

7、；的定位及固定方法；轴承的类型及尺寸；轴承的类型及尺寸；轴的加工工艺及装配方法等。轴的加工工艺及装配方法等。15.2 15.2 轴的结构设计轴的结构设计精品资料免费下载 好域安机械论坛 1轴颈、轴头和轴身轴颈、轴头和轴身 轴的典型结构如图轴的典型结构如图15-3所示，轴和轴所示，轴和轴承配合的部分称为轴颈，其直径应符合轴承配合的部分称为轴颈，其直径应符合轴承内径标准；轴上安装轮毂的部分称为轴承内径标准；轴上安装轮毂的部分称为轴头，其直径应与相配零件的轮毂内径一致，头，其直径应与相配零件的轮毂内径一致，并采用标准直径（见表并采用标准直径（见表15-6）。）。15.2.3 轴的结构设计轴的结构设计

8、精品资料免费下载 好域安机械论坛 图图15-3 轴的结构轴的结构精品资料免费下载 好域安机械论坛 轴上零件的轴向定位和固定方式常用轴上零件的轴向定位和固定方式常用的有轴肩、轴环、锁紧挡圈、套筒、圆螺的有轴肩、轴环、锁紧挡圈、套筒、圆螺母和止动垫圈、弹性挡圈、轴端挡圈及圆母和止动垫圈、弹性挡圈、轴端挡圈及圆锥面等。其特点和应用见表锥面等。其特点和应用见表15-3。2轴上零件的轴向定位及固定轴上零件的轴向定位及固定精品资料免费下载 好域安机械论坛 图图15-4 套筒固定套筒固定精品资料免费下载 好域安机械论坛 轴上零件周向固定的目的是为了传递轴上零件周向固定的目的是为了传递转矩和防止零件与轴产生相

9、对转动。转矩和防止零件与轴产生相对转动。3轴上零件的周向固定轴上零件的周向固定精品资料免费下载 好域安机械论坛 轴向固定方法及结构简图轴向固定方法及结构简图特点和应用特点和应用设计注意要点设计注意要点轴轴肩肩与与轴轴环环简单简单可靠，不需附加可靠，不需附加零件，能承受零件，能承受较较大的大的轴轴向力；向力；广泛广泛应应用于各种用于各种轴轴上上零件固定；零件固定；该该方法会使方法会使轴轴径增大，径增大，阶阶梯梯处处形成形成应应力集中，力集中，且且阶阶梯梯过过多将不利于加多将不利于加工工为为保保证证零件与定位零件与定位面靠面靠紧紧，轴轴上上过过渡渡圆圆角半径角半径应应小于小于零件零件圆圆角半径角半

10、径或或倒角倒角，即，即rCa，rRa。一般取定位高度一般取定位高度a=(0.070.1)d，轴轴环宽环宽度度b=1.4a套套筒筒简单简单可靠，可靠，简简化了化了轴轴的的结结构且不削弱构且不削弱轴轴的的强强度；度；常用于常用于轴轴上两个近距上两个近距离零件离零件间间的相的相对对固定；固定；不宜用于高度不宜用于高度转轴转轴套筒内径与套筒内径与轴轴的配的配合合较较松，套筒松，套筒结结构、构、尺寸可尺寸可视视需要灵活需要灵活设计设计轴轴端端挡挡圈圈工作可靠，能承受工作可靠，能承受较较大大轴轴向力，向力，应应用广泛用广泛只用于只用于轴轴端；端；常与常与轴轴端端挡挡圈圈联联合合使用，使用，实现实现零件的零

11、件的双向固定双向固定表表15-3 轴上零件的轴向固定方法及应用轴上零件的轴向固定方法及应用精品资料免费下载 好域安机械论坛 轴向固定方法及结构简图轴向固定方法及结构简图特点和应用特点和应用设计注意要点设计注意要点锥锥面面拆装方便，且可兼作周向固拆装方便，且可兼作周向固定；定；宜用于高速、冲宜用于高速、冲击击及及对对中性中性要求高的要求高的场场合合只用于只用于轴轴端；端；常与常与轴轴端端挡挡圈圈联联合使用，合使用，实现实现零件的双向固定零件的双向固定圆圆螺螺母母固定可靠，可承受固定可靠，可承受较较大大轴轴向向力，能力，能实现轴实现轴上零件的上零件的间间隙隙调调整；整；常用于常用于轴轴上两零件上两

12、零件间间距距较较大大处处如如图图(a)所示，亦可用所示，亦可用于于轴轴端如端如图图(b)所示所示为为减小减小对轴对轴强强度的削弱，度的削弱，常用常用细细牙螺牙螺纹纹；为为防松，防松，须须加止加止动垫动垫圈圈或使用双螺母或使用双螺母弹弹性性挡挡圈圈结结构构紧紧凑、凑、简单简单，装拆方便，装拆方便，但受力但受力较较小，且小，且轴轴上切槽将引上切槽将引起起应应力集中；力集中；常用于常用于轴轴承的固定承的固定轴轴上上车车槽尺寸槽尺寸见见GB894.186紧紧定定螺螺钉钉与与锁锁紧紧挡挡圈圈结结构构简单简单，但受力，但受力较较小，且不小，且不适于高速适于高速场场合合续表续表精品资料免费下载 好域安机械论

13、坛 轴的结构形状和尺寸在尽量满足加工、轴的结构形状和尺寸在尽量满足加工、装配和维修要求的前提下，应力求简单，装配和维修要求的前提下，应力求简单，阶梯数尽可能少。阶梯数尽可能少。4轴的结构工艺性轴的结构工艺性精品资料免费下载 好域安机械论坛 轴轴径径d101818303050508080120120180R或或CR1或或C1国国0.8国国国国1.6国国国国1.0国国国国2.0国国国国1.6国国国国3.0国国国国2.0国国国国4.0国国国国2.5国国国国5.0国国国国3.0国国国国6.0国国表表15-4 零件倒圆与倒角（摘自零件倒圆与倒角（摘自GB6403.886）精品资料免费下载 好域安机械论坛

14、 图图15-5 导向圆锥面导向圆锥面精品资料免费下载 好域安机械论坛 图图15-6 砂轮越程槽砂轮越程槽 图图15-7 螺纹退刀槽螺纹退刀槽精品资料免费下载 好域安机械论坛 （1）改善轴的受载情况）改善轴的受载情况 为了减小轴所承受的弯矩，传动件应为了减小轴所承受的弯矩，传动件应尽量靠近轴承，并尽可能不采用悬臂的支尽量靠近轴承，并尽可能不采用悬臂的支撑形式，力求缩短支撑跨距及悬臂长度。撑形式，力求缩短支撑跨距及悬臂长度。5提高轴的强度的措施提高轴的强度的措施精品资料免费下载 好域安机械论坛 图图15-8 轴上零件的合理布置轴上零件的合理布置精品资料免费下载 好域安机械论坛 图图15-9 轴上零

15、件的合理设计轴上零件的合理设计精品资料免费下载 好域安机械论坛 （2）减少应力集中的措施）减少应力集中的措施 为了减少直径突变处的应力集中，提为了减少直径突变处的应力集中，提高轴的疲劳强度，应适当增大轴肩处的圆高轴的疲劳强度，应适当增大轴肩处的圆角半径。角半径。精品资料免费下载 好域安机械论坛 图图15-10 减小轴肩应力集中的措施减小轴肩应力集中的措施精品资料免费下载 好域安机械论坛 图图15-11 减小过盈配合处应力集中的措施减小过盈配合处应力集中的措施精品资料免费下载 好域安机械论坛 图图15-12 键槽加工键槽加工精品资料免费下载 好域安机械论坛 1计算法计算法 按转矩初步计算轴端直径

16、的强度条件按转矩初步计算轴端直径的强度条件是是15.2.4 最小轴径的确定最小轴径的确定精品资料免费下载 好域安机械论坛 1022.4459011.223.647.59512.5255010013.226.5531061428561121530601181631.5631251733.5671321835.5711401937.57515020408016021.242.585170表表15-6 标准直径系列（摘自标准直径系列（摘自GB282281）精品资料免费下载 好域安机械论坛 对于与电机轴联接的轴，可取轴径对于与电机轴联接的轴，可取轴径 ，d电电为电机伸出轴的轴端直径。为电机伸出轴的轴端

17、直径。2经验法经验法精品资料免费下载 好域安机械论坛 弯扭组合强度计算一般用第三强度理弯扭组合强度计算一般用第三强度理论，其强度条件为论，其强度条件为15.3 15.3 轴的强度校核轴的强度校核精品资料免费下载 好域安机械论坛 材材 料料 b+1b 0b 1b碳素碳素钢钢40013070405001707545600200955570023011065合金合金钢钢80027013075100033015090铸钢铸钢40010050305001207040表表15-7 轴的许用弯曲应力轴的许用弯曲应力精品资料免费下载 好域安机械论坛 （2）按扭转强度，初估轴的最小直）按扭转强度，初估轴的最小直

18、径径（3）确定齿轮和轴承的润滑）确定齿轮和轴承的润滑（4）轴系的初步设计）轴系的初步设计（5）轴的结构设计）轴的结构设计精品资料免费下载 好域安机械论坛 15.4.1 轴的使用和检查轴的使用和检查 轴在使用前，应注意轴和轴上零件固联轴在使用前，应注意轴和轴上零件固联要可靠；轴和轴上有相对移动和转动的零要可靠；轴和轴上有相对移动和转动的零件的间隙应适当；轴颈润滑应符合要求，件的间隙应适当；轴颈润滑应符合要求，润滑不当，是使轴颈非正常磨损的重要原润滑不当，是使轴颈非正常磨损的重要原因。因。15.4 15.4 轴的使用与维护轴的使用与维护精品资料免费下载 好域安机械论坛 轴在使用中，应避免突加、突减

19、负载或轴在使用中，应避免突加、突减负载或超载，尤其是对新配滑动轴瓦的轴和使用超载，尤其是对新配滑动轴瓦的轴和使用已久的轴更应注意，以防疲劳断裂和弯扭已久的轴更应注意，以防疲劳断裂和弯扭变形。变形。精品资料免费下载 好域安机械论坛 在机器大修或中修时，通常应检查轴有在机器大修或中修时，通常应检查轴有无裂纹、弯曲、扭曲及轴颈磨损等，如不无裂纹、弯曲、扭曲及轴颈磨损等，如不合要求应进行修复和更换。裂纹常发生在合要求应进行修复和更换。裂纹常发生在应力集中处，由此导致轴的疲劳断裂，应应力集中处，由此导致轴的疲劳断裂，应予以注意。轴上的裂纹可用放大镜和磁力予以注意。轴上的裂纹可用放大镜和磁力探伤器等检查。

20、轴颈的最大磨损量为测得探伤器等检查。轴颈的最大磨损量为测得的最小直径同公称径之差，当超过规定值的最小直径同公称径之差，当超过规定值时应进行修磨。时应进行修磨。精品资料免费下载 好域安机械论坛 对于液体润滑轴承中的轴颈，应检查对于液体润滑轴承中的轴颈，应检查其圆度和圆柱度，因为失圆的轴颈运转时，其圆度和圆柱度，因为失圆的轴颈运转时，会使油膜压力波动，不仅加速轴瓦材料的会使油膜压力波动，不仅加速轴瓦材料的疲劳损坏，也增加了轴瓦和轴颈的直接接疲劳损坏，也增加了轴瓦和轴颈的直接接触，使磨损加剧。轴上花键的磨损，可通触，使磨损加剧。轴上花键的磨损，可通过检查配合的齿侧间隙或用标准花键套在过检查配合的齿侧间隙或用标准花键套在花键轴上检查。花键轴上检查。精品资料免费下载 好域安机械论坛 1轴弯曲变形的校正轴弯曲变形的校正2轴颈磨损的修复轴颈磨损的修复3花键、键槽、螺纹的修复花键、键槽、螺纹的修复15.4.2 轴的维修轴的维修精品资料免费下载 好域安机械论坛 图图15-17 轴弯曲变形的校正轴弯曲变形的校正 精品资料免费下载 好域安机械论坛 图图15-18 轴颈磨损的镶套修复轴颈磨损的镶套修复精品资料免费下载 好域安机械论坛 图图15-19 花键键槽的修复花键键槽的修复精品资料免费下载 好域安机械论坛