第23講機(jī)械設(shè)計(jì)軸

第十五章軸§15-1概述1軸的用途及分類2軸的設(shè)計(jì)3軸的材料1軸的用途及分類軸的功用支撐回轉(zhuǎn)零件，傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。軸的分類按承受載荷不同分類

①轉(zhuǎn)軸：既承受彎矩又承受扭矩的軸，如齒輪軸

②心軸：只承受彎矩而不承受扭矩的軸，如自行車前軸、滑輪軸、火車車輪軸。分為轉(zhuǎn)動(dòng)心軸和固定心軸。固定心軸固定件轉(zhuǎn)動(dòng)心軸前輪輪轂前叉自行車前輪軸火車輪軸車廂重力支撐反力轉(zhuǎn)動(dòng)心軸

③傳動(dòng)軸：工作時(shí)只承受扭矩，不承受彎矩或所承受彎矩很小的軸。如汽車傳動(dòng)軸，萬向聯(lián)軸器中間軸。雙萬向聯(lián)軸器中間軸發(fā)動(dòng)機(jī)后橋傳動(dòng)軸按軸線形狀分類

①曲軸：通過連桿可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸。潘存云教授研制

②直軸：直軸又分為光軸、階梯軸；實(shí)心軸、空心軸光軸：軸上零件不易裝配定位，主要用于心軸和傳動(dòng)軸階梯軸：軸上零件易于裝配定位，轉(zhuǎn)軸多為階梯軸

鋼絲軟軸：又稱鋼絲撓性軸，具有良好的撓性，可靈活地將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到不開敞的位置。鋼絲軟軸的繞制鋼絲軟軸的應(yīng)用鋼絲軟軸

管道疏通器2軸的設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要解決軸上零件的安裝、拆卸、定位以及軸的加工制造工藝等問題，結(jié)合工作能力計(jì)算確定軸的合理結(jié)構(gòu)形狀及各部分尺寸。軸的工作能力設(shè)計(jì)保證軸具有足夠的承載能力，根據(jù)工作要求對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算、剛度計(jì)算、振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算等。軸設(shè)計(jì)應(yīng)解決的兩方面問題軸的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則軸的失效形式：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：斷裂、塑性變形過大的彈性變形共振軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的剛度計(jì)算軸的振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算根據(jù)總體結(jié)構(gòu)的要求進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的承載能力驗(yàn)算驗(yàn)算合格?結(jié)束yesno軸的設(shè)計(jì)過程是：3軸的材料軸的材料：主要是碳鋼和合金鋼軸的毛坯：軋制圓鋼：d<100mm，鍛件d>100mm①.一般應(yīng)用:45鋼(35、50代用)，調(diào)質(zhì)正火②.傳遞大動(dòng)力，要求減少尺寸及重量，提高強(qiáng)度、耐磨性時(shí)：40Cr40CrNi40MnB

等，調(diào)質(zhì)或軸頸表面淬火。③.高速、沖擊載荷時(shí)，應(yīng)提高軸的抗疲勞強(qiáng)度

20Cr20CrMnTi20Cr2Ni4A等，表面處理（滲碳淬火、氧化、氮化），表面強(qiáng)化處理（噴丸、滾壓）。④.形狀復(fù)雜的軸（曲軸、齒輪軸、空心軸）：球墨鑄鐵、合金鑄鐵。

軸的材料§15-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1擬訂軸上零件的裝配方案2軸上零件的定位3各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定4軸的結(jié)構(gòu)工藝性5提高軸的強(qiáng)度的常用措施軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求：軸的結(jié)構(gòu)沒有標(biāo)準(zhǔn)的形式，應(yīng)視具體情況設(shè)計(jì)，但都應(yīng)滿足如下要求：（1）軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置。（2）軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整。（3）軸應(yīng)具有良好的制造工藝性。定位固定要求安裝要求制造加工要求軸的組成1擬訂軸上零件的裝配方案典型軸系結(jié)構(gòu)軸端擋圈帶輪軸承蓋套筒齒輪滾動(dòng)軸承裝配方案包括：軸上主要零件的裝配方向、裝配順序和相互關(guān)系。潘存云教授研制軸上零件的裝配方案不同，則軸的結(jié)構(gòu)形狀也不相同。設(shè)計(jì)時(shí)可擬定幾種裝配方案，進(jìn)行分析與選擇。圖示減速器輸出軸就有兩種裝配方案。潘存云教授研制saBcLa圓錐圓柱齒輪二級(jí)減速器方案二需要一個(gè)用于軸向定位的長(zhǎng)套筒，且質(zhì)量較大，故不如方案一合理。2軸上零件的定位軸上零件常用的軸向定位方法有：軸肩、套筒軸端擋圈、圓螺母、軸承端蓋等。⑴軸上零件的軸向定位階梯軸上截面變化處，叫軸肩。①軸肩軸肩分為定位軸肩和非定位軸肩兩類。

定位軸肩

軸承定位軸肩齒輪定位軸肩①②⑤ⅣⅢⅡⅠⅤⅥ半聯(lián)軸器定位軸肩①②⑤定位軸肩特點(diǎn)：a.方便可靠b.能承受較大的軸向力c.使軸徑增大，階梯處形成應(yīng)力集中d.軸肩過多時(shí)，將不利于加工。設(shè)計(jì)時(shí)注意：a.滾動(dòng)軸承的定位軸肩高度必須低于軸承內(nèi)圈高度，以便拆卸軸承。b.為保證零件與定位面靠緊，軸肩處的過渡圓角半徑r必須小于零件圓角半徑R或倒角C。結(jié)構(gòu)不合理！結(jié)構(gòu)不合理！

非定位軸肩為加工裝配方便設(shè)定，高度及過渡部位無特殊要求，但不應(yīng)引起應(yīng)力集中，高度取1～2mm。③④ⅣⅢⅡⅠⅤⅥ⑥非定位軸肩②套筒定位

套筒特點(diǎn)：a.簡(jiǎn)單可靠c.簡(jiǎn)化了軸的結(jié)構(gòu)且不削弱軸的強(qiáng)度。b.可實(shí)現(xiàn)兩端定位。設(shè)計(jì)時(shí)注意：a.如兩零件的間距較大時(shí)，不宜采用套筒定位。b.如軸的轉(zhuǎn)速很高時(shí)，也不宜采用套筒定位。

③圓螺母：可承受較大的軸向力，但因切制螺紋而易引起應(yīng)力集中，降低軸的疲勞強(qiáng)度雙圓螺母主要用于軸端或軸上兩零件間距較大時(shí)。

④軸端擋圈

只適用于定位軸端零件。

⑤彈性擋圈、緊釘螺釘、鎖緊擋圈作軸向定位特點(diǎn)：承受軸向力能力較差，適用于軸向力不大的場(chǎng)合。彈性擋圈緊釘螺定鎖緊擋圈6圓錐面定位特點(diǎn)：⑥多用于承受沖擊載荷和同心度要求較高的軸端零件。

⑦軸承蓋特點(diǎn)：可承受較大的軸向力，通常通過螺釘或榫槽與箱體聯(lián)接，通過軸承可對(duì)整個(gè)軸起軸向定位作用

⑵零件的周向定位作用：防止和限制軸上零件與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。常用定位零件：鍵、花鍵、銷、緊釘螺定、有時(shí)可用過盈配合、型面聯(lián)接等。3各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定⑴各軸段直徑的確定首先按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步估算軸的直徑A0值查表確定然后考慮軸上零件的裝配方案和定位要求，確定各軸段的直徑按純扭T確定dmin

從dmin(處于軸端)開始軸中間(d)在確定各軸段直徑時(shí)應(yīng)注意的問題；（1）安裝標(biāo)準(zhǔn)件的部位的軸徑，應(yīng)取為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。（2）為了使齒輪、軸承等零件裝拆方便，可設(shè)置非定位軸肩。⑵各軸段長(zhǎng)度的確定軸的各段長(zhǎng)度主要是根據(jù)軸上零件的寬度及它們的相對(duì)位置來確定。在確定軸長(zhǎng)時(shí)注意：

①

為了保證軸向定位可靠，與齒輪和聯(lián)軸器等零件相配合部分的軸段長(zhǎng)度一般應(yīng)比輪轂長(zhǎng)度短2~3mm。結(jié)構(gòu)不合理?、诒ＷC零件所需的裝配空間、調(diào)整空間。應(yīng)考慮軸上零件之間的距離及軸上零件與機(jī)架之間的距離4軸的結(jié)構(gòu)工藝性主要考慮以下因素：（1）為了便于裝配零件并去掉毛刺，軸端應(yīng)制出45的倒角。（2）需要磨削加工的軸段，應(yīng)留有砂輪越程槽。（3）需要切制螺紋的軸段，應(yīng)留有退刀槽。（4）為了減少裝夾工件的時(shí)間，同一軸上不同軸段的鍵槽應(yīng)布置在軸的同一母線上。（5）為了減少加工刀具種類和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，軸上直徑相近處的圓角、倒角、鍵槽寬度、砂輪越程槽寬度和退刀槽寬度等應(yīng)盡可能采用相同的尺寸。閥座較差較好④②③⑥⑦①⑤①倒角5提高軸的強(qiáng)度的常用措施盡量減小懸臂長(zhǎng)度或不采用懸臂布置；軸上零件盡量靠近支承，減小支承之間跨距，減小彎矩；軸上幾個(gè)傳動(dòng)件時(shí)，應(yīng)合理布置其順序，盡量將輸入放中間，減小轉(zhuǎn)矩。（1）合理布置