轴的功用和类型教案

教案 授课时间年月日星期第节 授课 内容 概要 14-1 轴的功用和类型 14-2 轴的材料 14-4 轴的强度计算 目的 要求 1．掌握轴的结构及设计方法； 2．掌握轴的受力分析及强度计算； 掌握轴的强度计算和结构设计； 重点 轴的结构设计 难点 14-1、14-2、14-9 作业 布置 本 章 （节） 参考 书 教学方法 主要教具 多媒体和演示柜教学 备注 授 课 过 程 及 内 容备 注 14-114-1 轴的功用和类型轴的功用和类型 轴是组成机器的重要零件之一，各种作回转（或摆动）运动的零件（如齿轮、带轮等） 都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此，轴的主要功用是支撑回转零件及传轴的主要功用是支撑回转零件及传 递运动和动力。递运动和动力。 轴有不同的分类方法，也有不同类型的轴。常用的分类方法有两类 1）根据轴线的 形状不同分类；2）根据承受载荷不同分类。 光轴 根据需要可制成空心轴 直轴  阶梯轴    按轴线形状分类旋转运动变为直线运动 曲轴通过连杆可以把 可以穿过钢丝软轴具有挠性，  曲路传递运动或动力   1 1、直轴、直轴 直轴按外形可以 分为光轴和阶梯轴， 如图所示。阶梯轴便 于轴上零件的拆装和图 14－1 定位。 轴 一 般 做成实心的， 但为了减轻 重量或满足 某种功能， 则 可以做成空图 14－3 图 14－2 心轴。 所以按 轴的结构可以分为实心轴和空心轴，如图 所示。 2 2、曲轴、曲轴 常用于往复式机械中，例如内燃机、 空气压缩机等。可以实现直线运动与旋转 图 14－4 运动的转换。 3 3、钢丝软轴（挠性轴）、钢丝软轴（挠性轴） 它不受任何空间的限制，可以将扭转或旋转运动灵 活地传到任何所需的位置，常用于医疗设备、操纵机构、 仪表等机械中。 图 14－5 转轴既承受扭矩又承受弯矩（常见）  转动 根据承受载荷不同分类 心轴只承受扭矩不承受弯矩  固定 无弯矩 传动轴只承受扭矩而 1 1、转轴、转轴 同时承受扭矩和弯曲载荷的作用，例如齿轮减速器中 图 14－6 的轴，如图所示。 2 2、心轴、心轴 心轴只需承受弯矩而不传递转距，例如铁路车辆的 轴、自行车的前轴等。按轴旋转与否分为转动心轴和固 定心轴两种，如图所示。 3 3、传动轴、传动轴 只承受扭矩而不承受弯矩或承受弯矩较小的轴。例 如图所示的汽车传动轴。 图 14－7 图 14－8 14-214-2 轴的材料轴的材料 由于轴工作时产生的应力多为变应力，所以轴的失效多为疲劳损坏，因此轴的材料应 具有足够的疲劳强度、较小的应力集中敏感性和良好的加工性能等。 轴的主要材料是碳钢和合金钢。 碳钢价格低廉，对应力集中的敏感性较低，可以利用热处理提高其耐磨性和抗疲劳 强度。常用的有 35、40、45、50 钢，其中以 45 钢使用最广。对于受力较小的或不太重要 的轴，可以使用 Q235、Q275 等普通碳素钢。 合金钢对于要求强度较高、尺寸较小或有其它特殊要求的轴， 可以采用合金钢材料。 耐磨性要求较高的可以采用 20Cr、20CrMnTi 等低碳合金钢；要求较高的轴可以使用 40Cr （或用 35SiMn、40MnB 代替） 、40CrNi或用 38SiMnMo 代替等进行热处理。 合金钢比碳素钢机械强度高，热处理性能好。但对应力集中敏感性高，价格也较高。 设计时应特别注意从结构上避免和降低应力集中，提高表面质量等。 对于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等，也采用球墨铸铁或高强度铸造材料来进行铸 造加工，易于得到所需形状，而且具有较好的吸振性能和好的耐磨性，对应力集中的敏感 性也较低。 同时应该知道，在一般工作温度下，各种碳钢和合金钢的弹性模量相差不大，故在选 择钢的种类和热处理方法时，所依据的主要是强度和耐磨性，而不是轴的弯曲刚度和扭转 刚度等。 轴的常用材料见教材。 14-314-3 轴的结构设计轴的结构设计 轴上与轴承配合的部分称为轴颈。与传动零件（带轮、齿轮、联轴器等）配额和的部 分称为轴头，联接轴颈与轴头的非配合部分通称为轴身。 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸，主要要求有 1）轴上零件的定 位、固定；2）轴上零件的拆装、调整；3）轴的制造工艺性；4）轴上零件的结构和位置的 安排。 轴的结构没有标准形式， 在进行轴的结构设计时， 必须针对不同的情况进行具体分析。 要合理考虑机器的总体布局，轴上零件的类型及其定位方式，轴上载荷的大小、性质、方 向和分布情况等，同时要考虑轴的加工和装配工艺等，合理地确定轴的结构形状和尺寸。 总体来说，轴的结构应该满足轴的结构应该满足轴和装配在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上零件应 便于拆装和调整；轴应该具有良好的制造工艺性等。下面我们就来讨论轴的结构设计中的 几个主要问题。 一、拟订轴上零件的装配方案一、拟订轴上零件的装配方案 在进行结构设计时，首先应按传动简图上所给出的各主要零件的相互位置关系拟订轴 上零件的装配方案。 轴上零件的装配方案不同，轴的结构形状也不同。在实际设计过程中，往往拟订几种 不同的装配方案进行比较，从中选出一种最佳方案。 如图所示为一单级圆柱齿轮内减速器简图。 其输出轴上装有齿轮、 联轴器和滚动轴承。 可以采用如下的装配方案装配方案将齿轮、左端轴承和联轴器从轴的左端装配，右端轴承从轴的 右端装配。在考虑了轴的加工及轴和轴上零件的定位、装配与调整要求后，确定轴的结构 形式如图所示。 二、轴上零件的轴向定位二、轴上零件的轴向定位 轴上零件的定位和固定是两个不同的 概念。定位是针对装配而言的，为了保证 准确的安装位置； 固定是针对工作而言的， 为了使运转中保持原位不变。但二者之间 又有联系，通常作为结构措施，既起固定 作用尤其定位作用。 为了传递运动和动力，保证机械的工 作精度和使用可靠，零件必须可靠地安装 在轴上， 不允许零件沿轴向发生相对运动。 因此，轴上零件都必须有可靠的轴向定位措施。 轴上零件的轴向定位方法取决于零件所承受 的轴向载荷大小。 图 14－9 三、轴上零件的周向定位三、轴上零件的周向定位 轴上零件的周向定位方法主要有键（平键、半 圆键、楔键等） 、花键、型面、过盈等等 工作条件不同， 对零件在轴上的定位方式和配 合性质也不相同，而轴上零件的定位方法又直接影 响到轴的结构形状。 因此， 在进行轴的结构设计时， 必须综合考虑轴上载荷的大小及性质、轴的转速、 轴上零件的类型及其使用要求等，合理作出定位选 择。 1 1）平键联接）平键联接 制造简单、装拆方便。用于传递转矩较大，对 中性要求一般的场合，应用最为广泛。 2 2）花键联接）花键联接 承载能力高，定心好、导向性好，但制造较困难， 成本较高。 适用于传递转矩较大，对中性要求较高或零件在轴 上移动时要求导向性良好的场合。 3 3）过盈配合）过盈配合 结构简单、定心好、承载能力高和在振动下能可靠 图 12－12 图 12－19 图 14－10 的工作。但装配困难，且对配合尺寸的精度要求较高。 常与平键联合使用，以承受大的交变、振动和冲击载 荷。 4 4）销联接）销联接 用于固定不太