曲轴长14米、重237吨 柴油机功率：49760马力=36598KW
轴的功用
第10章 轴 10.1 概述
（1）支承轴上回转零件 （2）传递运动和动力
第10章 轴 10.1 概述
10.1.1 轴的分类
1、按受载荷分
转轴 工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。 转动心轴
心轴 用来支撑转动零件且只承受弯矩 而不传递转矩的轴称为心轴。 固定心轴
10.4.4 轴的结构设计
轴的径向尺寸确定
轴的轴向尺寸确定
1.箱体内壁位置的确定
H=10~15mm
A=b+2H A应圆整
2.轴承座端面位置的确定
C=δ+C1+C2+( 5~10)mm δ--箱体壁厚 C1、C2--螺栓 扳手空间
B=A+2C B应圆整
3.轴承在轴承座孔中位置的确定
Δ 值尽量小 减小支点距离
高速输入轴的直径d可按与其相联的电动机轴的直径 D估算
d=(0.8~1.2)D 各级低速轴的直径d可按同级齿轮传动中心a估算
d=(0.3~0.4)a
10.3.3 按扭转强度计算法
计算公式
T WT
9.55106 P
0.2d3 n []
或
d 3
9.55106
P n
C3
Pmm
0.2[]
n
当最小直径剖面上有一个键槽时增大5%，当 有两个键槽时增大10%，然后圆整为标准直径
简化成简支梁； 轴上的均布载荷，简化为集中力，并作用在中点； 转矩：从传动件轮毂宽度的中点算起； 支点：与轴承类型有关。
转轴设计程序框图 心轴和传动轴？？
10.2 轴的材料
轴的材料 具有足够高的强度和韧性 应力集中敏感性小 良好的工艺性
轴的常用材料： 碳钢，合金钢，球墨铸铁，高强度铸铁等。 热处理，化学处理，表面强化处理等 。
1.碳素钢：30、35、45、50，45应用最广。 价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。
10.4 轴的结构设计
轴的结构设计的主要要求是： （1）轴应便于加工，轴上零件应便于装拆。 （制造安装要求） （2）轴和轴上零件应有正确而可靠的工作位置。 （ 定位固定要求） （3）轴的受力合理，尽量减少应力集中等。
以下，以减速器的低速轴为例加以说明
减速器中有阶梯轴
10.4.1 制造安装要求
便于拆卸、便于 安装、便于制造
因为当每颗钢丸撞击金属零件上，宛如一个微 型棒捶敲打表面，捶出小压痕或凹陷。为形成凹陷， 金属表层必定会产生拉伸。表层下，压缩的晶粒试 图将表面恢复到原来形状，从而产生一个高度压缩 力作用下的半球。无数凹陷重叠形成均匀的残余压 应力层。最终，零件在压应力层保护下，极大程度 地改善了抗疲劳强度，延长了安全工作寿命。
1.合理布置轴上传动零件的位置 分析两种方案的最大转矩(a)小于(b)
2.合理设计轴上零件的结构 轮毂配合面分成两段 减小弯矩、改善配合
3.减小应力集中 过渡肩环
内凹圆角
轴肩过渡结构
配合轴段上的卸载槽
轮毂上的卸载槽
4.提高轴的表面质量
提高轴的疲劳强度:表面强化—如碾压、喷丸、 表面淬火等
喷丸强化，是在一个完全控制的状态下，将无 数小圆形称为钢丸的介质高速且连续喷射，捶打到 零件表面，从而在表面产生一个残余压应力层。
弯矩M，又作用有转矩T，因此，即
有弯曲应力 b ，又有扭转剪应力
而在CD之间的任意截面上，只作用
有转矩T，因此只有扭转剪应力
转轴
2、应力循环特征
b
弯曲应力 b 为对称循环变应力，其循环特征
图a
r=-1(见图a) 。
扭转剪应力的循环特征r随转矩的性质而变化。
当转矩T的大小及方向恒定不变时，扭转剪应
油润滑时 Δ= (5~10)mm
脂润滑时 Δ= (10~15)mm
4.轴的外伸长度的确定
(1)当轴端安装弹性 (2)当使用凸缘式轴
套柱销联轴器时
承盖时
K值由联轴器的型 号确定
K值由连接 螺栓长 度确定
(3)当轴承盖与轴端 零件都不需拆卸时, 一般取
K=5mm~8mm
10.5 轴的强度校核计算
10.5.1 轴的计算简图
做成阶梯轴 应有倒角 有越程槽 键应靠近端部
减速器低速轴结构图
10.4.2 固定要求
1.轴上零件的轴向固定
可靠的轴向定位 1.与齿轮或联轴器等零件相配的轴段长度一般应比轴 毂长度短2～3mm。
D h
c
可靠的轴向定位： 2.定位零件毂孔端部倒角尺寸c应大于定位轴肩处的
过渡圆角半径r，即c >r 。
传动轴 用来传递转矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。
2、按结构形式分
（1）曲轴
（2）软轴
（3）空心轴
10.1.2 轴的受力、应力及失效形式
以减速器的输出轴为例来讨论转轴的受力、应 力及失效形式
1、受力及应力分析
在AB之间的任意截面上，只有弯矩
M，因此只有弯曲应力 b
在BC之间的任意截面上，既作用有
c < r,定位不可靠 r
c r ,定位可靠 r
d
D h
c
d
D h
c
可靠的轴向定位： 3.定位轴肩的高度h应达到定位零件毂孔端部倒角尺
寸c的2～3倍，即h (2～3)c。
h < c ,定位不可靠 r
h (2～3)c,定位可靠 r
d
D h
c
d
2.轴上零件的周向固定
10.4.3 受力、应力要求以提高轴的强度
2.中、低碳合金钢： 强度高、寿命长，对应力集中敏感，用于重载、
小尺寸的轴。
3、合金铸铁、QT：铸造成形，吸振，可靠性低，品 质难控制，常用于凸轮轴、曲轴。
10.3 轴径的初步估算
通常估算轴的最小直径，作为结构设计的依据
10.3.1 类比法
参考同类已有机器的轴的结构和尺寸进行分析对比
10.3.2 经验公式计算法
轴的设计主要解决两个方面的问题
设计计算 结构设计
转轴设计分三步进行:
（1）初定轴径;
（2）结构设计: 画草图, 确定轴的各段尺寸, 得到轴的 跨距和力的作用点; （3）计算弯矩、扭矩、弯曲应力及扭剪应力，进行校核 计算。
已知 条件
选择 轴的 材料
初算 轴径
结构 设计
计算 校核 弯扭 计算
完善 设计
修改直径
图b
力 为静应力，其循环特征r=+1（见图b）。
当转矩T按脉动循环变化时，扭转剪应力也
图c
为脉动循环，其循环特征r=0（见图c）。
当转矩T为对称循环时，扭转剪应力 也为对
称循环，其循环特征r=-1（见图d）。
图d
3、轴的一般失效形式(变应力下)
疲劳断裂：疲劳裂纹发展到一定程度后突然断裂。
10.1.3 轴的设计