典型軸類零件的設(shè)計(jì)與加工說明書(老)

1、 第一章 軸類零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其分析軸是組成機(jī)器的重要零件之一，它的主要功能是：支承軸上零件，并使其具有確定的工作位置；傳遞運(yùn)動和動力。1.1 軸的分類 軸的分類方式有很多，按照不同的方式，有著不同的種類。 1、按照承受載荷情況的不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸三類。 、轉(zhuǎn)軸。工作時既承受彎矩又傳遞轉(zhuǎn)矩的軸。如機(jī)床的主軸和減速器中的齒輪軸。它是機(jī)器中最常見的軸。 、心軸。工作時只承受彎矩的軸。不隨零件一同轉(zhuǎn)動的心軸稱為固定心軸，如自行車的前輪和滑動軸。隨零件的一同轉(zhuǎn)動的心軸稱為轉(zhuǎn)動心軸，如火車車輪軸和滑輪軸。 、傳動軸。主要用以傳遞轉(zhuǎn)矩，不承受彎矩或彎矩很小的軸，如汽車變速箱與后橋差速器之間的軸

2、。 2、按照不同的軸線形狀，軸又可分為直軸、曲軸、擾性軸。直軸按其外形的不同，可分為光軸（軸外徑相同）和階梯軸兩種。光軸形狀簡單，易加工，應(yīng)力集中源少，但軸上的零件不易裝配和定位，階梯軸方便軸上零件的裝拆、固定與緊固，在機(jī)器中應(yīng)用廣泛，因此本課題主要圍繞階梯軸的設(shè)計(jì)。1.2 軸的材料 由于軸工作時產(chǎn)生的應(yīng)力多是循環(huán)交變應(yīng)力，所以軸的損壞常為疲勞破壞。而軸是機(jī)器中的重要零件，因此軸的材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和韌性，對應(yīng)力集中敏感性小和良好的工藝性，有的軸還有耐磨性要求等。 軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼。碳素鋼強(qiáng)度雖然較合金鋼低，但價廉，對應(yīng)力集中的敏感性低，故應(yīng)用較廣（常采用調(diào)質(zhì)處理）。 常用的碳素

3、鋼有30、40、45和50鋼，其中45鋼最常用。對于載荷不大或不重要的軸，也可用Q235、255等普通碳素鋼，不需要熱處理。 合金鋼比碳素鋼具有更高的力學(xué)性能和更好的淬火性能，但對應(yīng)力集中比較敏感，價格較貴，對于受載大并要求尺寸緊湊、重量輕或耐磨性要求高的重要軸，或處于非常溫度或腐蝕條件下工作的軸，常采用合金鋼。常用合金鋼有：20Cr、40Cr、20CrMnTi、40MnB等。軸也可以采用合金鑄鐵和球墨鑄鐵。鑄鐵的流動性好，易于鑄造成形以獲得形狀復(fù)雜的軸（曲軸），價廉，有良好的吸振性和耐磨性，以及對應(yīng)力集中不敏感等優(yōu)點(diǎn)。但由于強(qiáng)度和韌性較低，鑄造質(zhì)量不易控制，在使用上受到了一定的限制。 軸的毛

4、坯一般用軋制的圓鋼或鍛件。鍛件的內(nèi)部組織比較均勻，強(qiáng)度較高，所以重要的軸以及尺寸或階梯變化較大的軸，應(yīng)采用鍛件毛坯。軸的常用材料及其力學(xué)性能如表：11.3軸的結(jié)構(gòu)分析 由于軸是非標(biāo)準(zhǔn)件，因此軸的設(shè)計(jì)是相當(dāng)重要的。 1、軸的合理結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足的基本要求 、軸的受力合理，有利于提高剛度和強(qiáng)度，有利于節(jié)約材料減輕重量。 、保證軸上零件在軸上定位準(zhǔn)確及固定可靠，同時也應(yīng)保證軸在機(jī)架上固定可靠。 、便于軸及軸上零件的拆裝和調(diào)整，軸承能夠得到良好的潤滑和密封。 、具有良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。 2、軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 、為了保證所設(shè)計(jì)的軸能正常工作，必須通過強(qiáng)度計(jì)算保證其有足夠的強(qiáng)度，以防斷裂和過大的塑性變形。 、

5、對于強(qiáng)度要求的軸（如車床的主軸），要進(jìn)行剛度計(jì)算，以防工作時產(chǎn)生不允許的彈性變形。 、對于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，為避免共振，還要進(jìn)行振動穩(wěn)定計(jì)算。 3、軸設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 強(qiáng)度計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)的兩個主要部分。但是因?yàn)檩S的具體受力情況與軸的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，在軸的結(jié)構(gòu)未確定之前，軸上力的作用點(diǎn)和支點(diǎn)間的跨距難以確定，故無法對軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。因此在軸的設(shè)計(jì)中，軸的強(qiáng)度計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般都是交替進(jìn)行的。 4、軸設(shè)計(jì)的步驟 、選擇軸的材料 、初步估算軸的最小直徑 、進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 、按彎矩組合作用校核軸的危險截面強(qiáng)度 、繪出軸的零件工作圖1.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸主要由軸頸、軸頭、軸身三部分組成。軸上被支承的部分

6、稱為軸頸，安裝輪轂的部分稱為軸頭，連接軸頸和軸頭的部分稱為軸身。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是使軸具有合理的形狀和尺寸。軸在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，主要考慮軸上零件要有可靠的定位，軸向固定和軸向固定；便于軸上零件的裝拆和軸的加工；有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度，節(jié)約材料減輕重量等。 軸的直徑和長度的確定：軸頸和軸頭的直徑尺寸應(yīng)與相配零件的內(nèi)孔直徑一致，其他的要求如下：軸頸與滑動軸承內(nèi)孔之間為間隙配合，直徑尺寸的公差等級和表面粗糙度為IT4IT7，Ra=1.60.2m，軸頸與滾動軸承相配，且為過渡配合，其直徑和長度尺寸均由滾動軸承決定，直徑尺寸的公差等級和表面粗糙度為IT6IT7，Ra=1.60.8m；軸頸長度的確定，應(yīng)

7、考慮軸承的寬度，軸的膨脹量和安裝誤差，固定鉸鏈支座處的軸頸長度，僅考慮軸承的寬度；軸頭的長度尺寸應(yīng)小于傳動件的寬度23mm；軸頭與傳動件內(nèi)孔之間為過盈連接（較多采用過渡配合），并用鍵連接，確保傳動件的軸向固定；軸截面的變化處，要有合適的過渡圓角半徑，以減小應(yīng)力集中；軸肩的圓角半徑應(yīng)小于零件內(nèi)孔的圓角半徑，或倒角尺寸；定位軸肩（軸環(huán)）能承受較大的軸力，其高度h=（0.07d+3mm）（0.1d+5mm），滾動軸承的定位軸肩尺寸，可由其類型確定，非定位軸肩的高度h=1.52mm；軸環(huán)寬度為1.4h。軸的其他長度確定，應(yīng)盡可能做到結(jié)構(gòu)緊湊，保證裝拆、調(diào)整零件所需的空間及零件滑動所需的距離，如減速器中

8、，軸的輸入端和輸出端的伸長部分長度，還應(yīng)考慮零件的裝拆和軸承端蓋（螺釘）的尺寸；軸上兩個傳動件之間的距離為1020mm；傳動件與箱體內(nèi)壁之間的距離為1020mm；滾動軸承端面離開箱體內(nèi)壁的距離為510mm。 零件在軸上的軸向定位和固定方法有軸肩、軸環(huán)、套筒、圓錐面與壓板或螺母聯(lián)合使用、圓螺母、帶螺釘?shù)膿跞?、緊定螺釘、彈簧擋圈、軸端擋圈與螺釘?shù)取?零件在周向定位和固定方法有圓柱銷、圓錐銷及過盈配合。 軸的加工工藝有軸端和有過盈配合處應(yīng)做倒角；軸端的軸線處應(yīng)加工中心孔（頂尖孔）；軸上應(yīng)考慮螺紋退刀槽、砂輪越程槽；槽的寬度、倒角、圓角半徑等可取同一尺寸；鍵槽的位置分為布在軸的同一母線上。根據(jù)以上的軸

9、類零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及分析，本設(shè)計(jì)以金屬剪切機(jī)的主動軸設(shè)計(jì)如圖11所示：圖11 金屬剪切機(jī)的主動軸零件圖第二章 數(shù)控車床的介紹以及零件的結(jié)構(gòu)分析 數(shù)控車床又被稱為CNC車床，即用計(jì)算機(jī)控制車床，普通車床是靠手工操作來完成各種切削加工的，數(shù)控車床是將編制好的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，用伺服電機(jī)控制車床進(jìn)給運(yùn)動的動作順序、進(jìn)給量和進(jìn)給速度，在配以主軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，便能加工出各種形狀的軸類或盤類等回轉(zhuǎn)體零件。數(shù)控車床是目前應(yīng)用較為廣泛的數(shù)控機(jī)床之一。 2.1 數(shù)控機(jī)床的分類 1、按主軸的位置形式分有臥式（主軸線處于水平位置）和立式（主軸線處于垂直位置）兩種。 2、按數(shù)控系統(tǒng)控制的軸數(shù)有兩軸（只有一個回轉(zhuǎn)

10、刀架）或多軸（有兩個獨(dú)立的回轉(zhuǎn)刀架）。2.2 數(shù)控車削加工零件的類型 車床車削的主運(yùn)動是工件裝夾在主軸上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，配合刀具在平面內(nèi)的運(yùn)動加工回轉(zhuǎn)體零件?；剞D(zhuǎn)體零件分為軸套類，輪盤類和其他類幾種。軸套類和輪盤類零件的區(qū)分在于長徑比，一般將長徑比大于1的零件視為軸套類零件；長徑比小于1的零件視為輪盤類零件。1、 軸套類零件 軸套類零件的加工表面大多是內(nèi)、外周圍面，周圍面輪廓可以是與Z軸平行的直線，切削形成臺階軸，軸上可有螺紋和退刀槽等；也可以是斜線，切削形成錐面或錐螺紋；還可以是圓弧或曲線（用參數(shù)方程表示的曲線），切削形成曲面。2、 輪盤類零件 輪盤類零件的加工多是端面，端面的輪廓也可以是直線、

11、斜線、圓弧、曲線或端面螺紋、錐面螺紋等。3、 其他類零件 數(shù)控車床與普通車床一樣，裝上特殊卡盤就可以加工偏心軸或在箱體、板材上加工孔或圓柱面。2.3 數(shù)控車削加工特點(diǎn)1、 適應(yīng)性強(qiáng)，用于各種小批量零件的加工 在普通車床加工不同的零件時，一般要調(diào)整車床和附件，使車床達(dá)到加工要求。而在數(shù)控車床上加工不同的零件時只需要修改一下加工程序就可以達(dá)到加工要求，這樣可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。2、 精度高，具有良好的互換性數(shù)控加工的尺寸精度通常在0.0050.1之間，在同一臺機(jī)床上加工同一種零件時一般零件的精度相同。3、 具有較高的生產(chǎn)效率和降低加工成本 生產(chǎn)效率主要指加工一個零件所需的時間。其中包括機(jī)動時間和輔助時間。數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度變化范圍大，可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，在加工時可以選擇最佳的參數(shù)，也可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)速和恒線速，使切削參數(shù)達(dá)到最優(yōu)，這樣可以提高生產(chǎn)率，降低加工成本的功效。2.4 零件的