精密機(jī)械設(shè)計課件：軸和常見精密軸系 -

軸和常見精密軸系4.1概述

軸是軸系的核心零件做回轉(zhuǎn)運動的零件，必須裝在軸上后才能實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。軸的分類

（1）按載荷和應(yīng)力的不同，分為三種：

心軸——隨同回轉(zhuǎn)零件一起或不一起轉(zhuǎn)動。只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)動心軸受變應(yīng)力，不轉(zhuǎn)動心軸受靜應(yīng)力。

轉(zhuǎn)軸——既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩。

傳動軸——主要承受轉(zhuǎn)矩。（2）按軸的中心線的不同，分為三種：

直軸——軸的各截面中心在同一直線上。光軸、階梯軸；實心軸、空心軸

曲軸——軸的各截面中心不在同一直線上。曲軸通常是專用零件

軟軸——軸線可變，把回轉(zhuǎn)運動靈活地傳到任何位置。4.1概述非旋轉(zhuǎn)心軸型

4.1概述4.1概述傳動軸支承4.1概述4.1概述4.1概述精密軸系是很多精密機(jī)械和精密儀器的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量直接影響儀器的使用和精度。多數(shù)精密軸系由軸和軸套組成

通常儀器對軸系的要求：a.較高的回轉(zhuǎn)精度；b.運動應(yīng)靈活、輕便平滑，無卡滯和跳動現(xiàn)象；c.具有足夠的剛度；d.良好的結(jié)構(gòu)工藝性；e.較長的使用壽命。常見的精密軸系有標(biāo)準(zhǔn)圓柱形軸系、圓錐形軸系、半運動式柱形軸系和平面軸系。

4.1概述設(shè)計軸時的考慮因素：

回轉(zhuǎn)精度、強(qiáng)度、剛度、熱變形、振動穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)工藝性。設(shè)計內(nèi)容：

選材、確定軸的結(jié)構(gòu)、計算軸的強(qiáng)度和剛度，計算軸的振動穩(wěn)定性（高速運轉(zhuǎn)的軸），繪制出軸的零件工作圖。軸的設(shè)計要與軸承、軸系零件統(tǒng)一考慮。4.2.1軸的材料及其選擇（表4-1）1、選材原則：根據(jù)軸的工作能力（強(qiáng)度、剛度、振動穩(wěn)定性、耐磨性等）、熱處理方式、制造工藝性——經(jīng)濟(jì)合理。2、常用材料

碳素鋼——對應(yīng)力集中敏感性小，價格低廉，常用。

45、35、50（調(diào)質(zhì)or正火），Q235、Q275

合金鋼——較高的力學(xué)性能和熱處理性能，用于受力較大且尺寸較小、重量輕和耐磨性高的軸。

20Cr、40Cr、含Mo合金鋼。4.2軸4.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足：①軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的軸向工作位置，并便于裝拆和調(diào)整；②軸應(yīng)有良好的加工工藝性。軸頸——軸上被支承的部位；

軸頭——安裝輪轂的部位；軸身——聯(lián)結(jié)軸頸與軸頭的部分。

1.軸的外形結(jié)構(gòu)（圖4.3）在滿足工作要求的前提下，軸的外形結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容

1）確定并繪出軸的全部結(jié)構(gòu)和尺寸；2）制定出滿足使用要求的技術(shù)條件。4.2軸2.零件在軸上的固定方法

軸肩、軸環(huán)－簡單可靠，不需附加零件，承受較大軸向力；但使直徑增大，階梯處產(chǎn)生應(yīng)力集中。4.2軸（1）零件在軸上的軸向固定

a=(0.07～0.1)ｄ；b=1.4a

定位面—內(nèi)圓角半徑r應(yīng)小于零件上倒角C或外圓角半徑R。

套筒－簡單可靠，簡化軸的結(jié)構(gòu)且不消弱軸的強(qiáng)度；常用于軸上兩個近距零件間的相對固定；不宜用于高速轉(zhuǎn)軸；套筒內(nèi)徑與軸的配合較松。螺母－固定可靠，承受較大軸向力，能實現(xiàn)軸上零件的間隙調(diào)整；常用于兩零件的間距較大除，亦可用于軸端；為減小對軸的強(qiáng)度的消弱，常用細(xì)牙螺紋；為防松，須加止動墊圈或使用雙螺母。4.2軸軸端擋圈－工作可靠，承受較大軸向力；只用于軸端，且采用止動墊片等防松措施。錐面－裝拆方便，且可兼作周向定位；宜用于高速、沖擊及對中性要求高的場合。彈性擋圈－結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，裝拆方便，但受力較小，且軸上切槽引起應(yīng)力集中；常用于軸承的固定。緊定螺釘、鎖緊擋圈－結(jié)構(gòu)簡單，但受力較小，不適于高速場合。（2）零件在軸上的周向固定

鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接、緊定螺釘、過盈聯(lián)接等。見“鍵聯(lián)接”、“齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計”部分

4.2軸良好的加工工藝性（1）軸的直徑變化盡可能少，并盡量限制軸的最大直徑與各軸段的直徑差（節(jié)省材料，減少切削量）。（2）軸上有磨削與切螺紋處，要留砂輪越程槽和螺紋退刀槽，以保證完整加工。（3）軸上有多個鍵槽時，應(yīng)開在同—直線上，以免加工鍵槽時多次裝夾。（4）盡可能使軸上各過渡圓角、倒角、鍵槽、越程槽、退刀槽及中心孔等尺寸分別相同，并符合標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，以利于加工和檢驗。（5）軸上配合軸段直徑應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值；與滾動軸承配合的軸徑應(yīng)按滾動軸承內(nèi)徑尺寸選?。狠S上的螺紋部分直徑應(yīng)符合螺紋標(biāo)準(zhǔn)等。裝配工藝性（1）為便于軸上零件的裝配，使其能順利通過相鄰軸段而到達(dá)軸上的確定位置，常采用直徑從兩端向中間逐漸增大的階梯軸。軸上的各階梯，除用作軸上零件軸向固定的可按規(guī)定確定軸肩高度外，其余僅為便于安裝而設(shè)置的軸肩，其軸肩高度?？扇?.5～3mm。（2）軸端應(yīng)倒角，以去掉毛刺并便于裝配。（3）固定滾動軸承的軸肩高度應(yīng)小于軸承內(nèi)圈厚度，以便拆卸。4.2軸軸系結(jié)構(gòu)實例4.2軸4.2.3軸的強(qiáng)度計算1.按許用切應(yīng)力計算軸頸

已知：軸傳遞的功率P、轉(zhuǎn)速n，則（4－1）（4－2）4.2軸2.按彎曲和扭轉(zhuǎn)復(fù)合強(qiáng)度計算軸頸（4－3）（4－4）設(shè)計公式

4.2.4軸的剛度計算1.扭轉(zhuǎn)剛度計算2.彎曲剛度計算

計算法工程－查表法4.3常見精密軸系以支承主體所形成的部件稱為精密軸系對精密軸系的要求：（1）旋轉(zhuǎn)精度（2）剛度：（3）轉(zhuǎn)動的靈活性1.標(biāo)準(zhǔn)圓柱形軸系（1）結(jié)構(gòu)、特點和應(yīng)用

形狀簡單，加工方便，易于獲得較高的制造精度，軸與軸套接觸面積大，摩擦力矩大，配合面間的間隙無法調(diào)整。為減少接觸面積和精加工面，通常將軸套2的中部車去一段。（如圖a）（2）誤差分析1）軸與軸套的尺寸誤差2）圓柱度誤差3）溫度變化的影響

2.圓錐形軸系4.3常見精密軸系（1）結(jié)構(gòu)、特點和應(yīng)用

(2)精度分析

為了減少錐形軸與軸套間的摩擦，可采取以下措施：

a.將軸和軸套中部車去一部分，以減少摩擦面積和精加工面，而又不降低儀器回轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

b.利用軸下端中心的鋼球或止推螺釘承受大部分軸向負(fù)荷，見圖（b）、（c）。以減少對軸套的壓力

影響因素有：錐形軸和軸套之間的配合間隙，軸系零件的幾何形狀誤差(主要是圓度誤差)以及溫度變化等。3.半運動式柱形軸系（1）結(jié)構(gòu)、特點和應(yīng)用

a.自動定心，置中精度高。b.摩擦力矩小，主軸起動靈活，磨損小，壽命長。不發(fā)生卡滯現(xiàn)象。c.裝配時研磨工作量小，利于批量生產(chǎn)。d.對零件加工精度高。

4.3常見精密軸系經(jīng)緯儀中應(yīng)用

（2）精度分析a.配合間隙的影響

b.鋼球直徑差的影響

c.同軸度誤差影響

d.垂直