機(jī)械零部件設(shè)計(jì) 第2版 課件 學(xué)習(xí)情境四 任務(wù)4.3設(shè)計(jì)軸

《機(jī)械零部件設(shè)計(jì)》

情境四

設(shè)計(jì)齒輪泵

1、了解齒輪泵的類型、結(jié)構(gòu)及工作原理；2、掌握標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本尺寸計(jì)算和輪齒受力分析；3、掌握直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法；4、了解軸的類型、功用和常用材料；5、掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求和強(qiáng)度計(jì)算方法；6、根據(jù)已知條件自行設(shè)計(jì)齒輪泵，能正確繪制出齒輪泵的裝配圖和零件圖，進(jìn)一步熟悉設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的編寫方法。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)一齒輪泵的結(jié)構(gòu)分析任務(wù)二直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)任務(wù)三軸的設(shè)計(jì)任務(wù)四齒輪泵的設(shè)計(jì)計(jì)算工作任務(wù)任務(wù)三軸的設(shè)計(jì)工作任務(wù)1、了解軸的功用、分類及常用材料；2、初步掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及步驟。學(xué)習(xí)目標(biāo)1．軸的功用、分類及結(jié)構(gòu)工藝；2．軸的材料及選擇；3．軸的強(qiáng)度計(jì)算；4．軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容

軸是機(jī)器中的重要零件之一，是支撐其他回轉(zhuǎn)零件（如帶輪、齒輪、聯(lián)軸器等），并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。1、按軸的功用和承載情況分類一、軸的分類傳動(dòng)軸

心軸：又分固定心軸和轉(zhuǎn)動(dòng)心軸轉(zhuǎn)軸1、按軸的功用和承載情況分類（1）傳動(dòng)軸工作時(shí)只承受扭轉(zhuǎn)作用的軸稱為傳動(dòng)軸。如下圖所示的汽車變速箱與后橋間的軸就是傳動(dòng)軸。一、軸的分類圖1傳動(dòng)軸（2）心軸

工作時(shí)只承受彎曲作用的軸稱為心軸。心軸分固定心軸和轉(zhuǎn)動(dòng)心軸兩種。圖2(a)所示的滑輪軸為固定心軸，即當(dāng)滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其軸固定不動(dòng)。圖2(b)所示的火車輪軸為轉(zhuǎn)動(dòng)心軸，即其軸與輪用過盈配合固定在一起，軸與輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。一、軸的分類

圖2心軸(a)滑輪軸；(b)火車輪軸（3）轉(zhuǎn)軸

工作時(shí)同時(shí)承受扭轉(zhuǎn)和彎曲作用的軸稱為轉(zhuǎn)軸。圖3（b）所示的減速器輸出軸即為轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸是機(jī)械中最常見的軸。一、軸的分類

圖3減速器的軸（a)減速器裝置傳動(dòng)簡圖；（b)減速器的輸出軸2、按軸的形狀分類一、軸的分類軸的外部形狀：光軸和階梯軸軸截面是否充滿材料：實(shí)心軸和空心軸軸線形狀：直軸、撓性軸和曲軸

軸一般是實(shí)心軸，有特殊要求時(shí)也可制成空心軸，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸。2、按軸的形狀分類一、軸的分類

軟軸，可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳到不寬敞的空間位置。

圖5軟軸圖4曲軸

軸的失效主要是疲勞破壞，因此對(duì)軸的材料提出的主要要求是具有足夠的疲勞強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性小，與滑動(dòng)零件接觸的表面應(yīng)有足夠的耐磨性，以及易于加工和熱處理。軸的常用材料主要是優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。優(yōu)質(zhì)碳素鋼價(jià)格低廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性小，并能通過熱處理獲得良好的綜合機(jī)械性能。一般機(jī)械上的軸，常用35或45鋼，其中又以45鋼用的最多。對(duì)受力較小或不重要的軸，可用Q235、Q255等普通碳素鋼。合金鋼具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)越的淬火性，但價(jià)格較貴，對(duì)應(yīng)力集中比較敏感。在傳遞大功率并要求減小尺寸和質(zhì)量、要求高的耐磨性，以及處于高溫、低溫和腐蝕條件下的軸常采用合金鋼。二、軸的材料

在一般工作溫度下（低于200℃），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，且熱處理對(duì)其影響也不大，因此相同尺寸的碳鋼和合金鋼軸的剛度相差不多。故采取合金鋼并不能提高軸的剛度。軸的毛坯一般采用軋制的圓鋼或鍛件。鍛件的強(qiáng)度較高，對(duì)重要的軸、大尺寸或階梯尺寸變化大的軸，應(yīng)采用鍛造毛坯。對(duì)于形狀復(fù)雜的軸也可采用鑄鋼或球墨鑄鐵制造。球墨鑄鐵具有吸振性好、對(duì)應(yīng)力集中不敏感、易鑄造復(fù)雜的形狀、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。但是質(zhì)較脆。軸的常用材料及機(jī)械性能見表1。二、軸的材料

軸的材料及選擇

三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、軸的結(jié)構(gòu)軸通常由軸頭、軸頸、軸肩、軸環(huán)、軸端及不裝任何零件的軸段等部分組成。軸與軸承配合處的軸段部分稱軸頸，軸與軸上回轉(zhuǎn)零件的輪轂配合處的軸段部分稱軸頭，連接軸頭和軸頸的軸段部分稱為軸身。相鄰兩個(gè)階梯的分界面稱為軸肩。軸端軸頭軸頸軸頭軸身

2、軸上零件的軸向定位與固定為了保證零件在軸上有確定的相對(duì)位置，防止它軸向移動(dòng)，并使其能承受軸向力，常采用下列結(jié)構(gòu)形式來實(shí)現(xiàn)軸上的零件在軸上的軸向定位和固定：軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母和止退墊圈、彈性擋圈、螺釘鎖緊擋圈、軸端擋圈以及圓錐面和軸端擋圈等。三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）軸肩和軸環(huán)

用軸肩和軸環(huán)定位方便、可靠，承受軸向力大，但由于界面直徑變化，會(huì)引起引力集中。為保證軸肩定位可靠，軸肩（或軸環(huán)）的圓角半徑r應(yīng)小于配合零件的圓角半徑R，或倒角C。

三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）軸肩和軸環(huán)

表3軸環(huán)與軸肩尺寸b

、h、r及零件孔端圓角半徑R和倒角C

三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（2）圓螺母與定位套筒圓螺母常用于零件軸向距離較大、且允許加工螺紋的軸段，它能承受較大的軸向力。為了不過分削弱軸的強(qiáng)度，一般用細(xì)牙螺紋并加防松裝置。

三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（3）軸端擋圈與圓錐面

軸端擋圈與圓錐面均使用于軸端零件的軸向固定。其中圓錐面軸向固定，特別適用于軸上零件與軸的同軸度要求較高的場合。

三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（4）彈性擋圈和緊定螺釘

當(dāng)軸向力不大而軸上零件間的距離較大時(shí)，可采用彈性擋圈固定。

三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（4）彈性擋圈和緊定螺釘

當(dāng)軸向力很小，轉(zhuǎn)速很低或僅為防止零件偶然沿軸向滑動(dòng)時(shí)，可采用緊定螺釘固定。3.軸上零件的周向固定

為了傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，防止軸上零件與軸作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，軸和軸上零件必須可靠地沿周向固定（連接）。常用的周向固定方法有：銷、鍵、花鍵、過盈配合和成形聯(lián)接等，其中以鍵應(yīng)用最廣。鍵連接花鍵連接銷釘連接過盈配合(d)三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸應(yīng)盡量滿足加工、裝配和維修的要求。為此，常采用以下措施：（1）當(dāng)某一軸段需車制螺紋或磨削加工時(shí)，應(yīng)留有退刀槽或砂輪越程槽。三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.軸的結(jié)構(gòu)工藝性鍵槽的布置

倒角

（2）若不同軸段均有鍵槽時(shí)，應(yīng)布置在同一母線上，以便于裝夾和銑削。（3）軸端應(yīng)有倒角，軸上圓角半徑應(yīng)小于配合零件孔的倒角。三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.軸的結(jié)構(gòu)工藝性

（4）軸的形狀要力求簡單，階梯軸的級(jí)數(shù)應(yīng)盡可能少，軸上各段的鍵槽、圓角半徑、倒角、中心孔等尺寸應(yīng)盡可能統(tǒng)一，以利于加工和檢驗(yàn)。（5）對(duì)于階梯軸常設(shè)計(jì)成兩端小中間大的形狀，以便于零件從兩端裝拆。4.軸的結(jié)構(gòu)工藝性三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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