軸的結構設計

1、 一 軸用于軸用于支承回轉零件支承回轉零件(如齒輪、凸輪、帶輪等如齒輪、凸輪、帶輪等),使其有確定的使其有確定的 工作位置工作位置,傳遞運動和動力傳遞運動和動力,并通過軸承支承在機架或機座上。并通過軸承支承在機架或機座上。 二 l 心軸心軸只承受只承受彎矩彎矩而不承受轉矩的軸而不承受轉矩的軸,如自行車輪軸。如自行車輪軸。 按軸轉動與否按軸轉動與否,又可分為又可分為轉動心軸轉動心軸和和固定心軸固定心軸。 l 傳動軸傳動軸指只受指只受轉矩轉矩不受彎矩或受很小彎矩的軸不受彎矩或受很小彎矩的軸,如聯(lián)如聯(lián) 接汽車發(fā)動機輸出軸和后橋的軸。接汽車發(fā)動機輸出軸和后橋的軸。 l 轉軸轉軸指既受指既受彎矩彎矩又受

2、又受轉矩轉矩的軸，轉軸在各種機器中最的軸，轉軸在各種機器中最 為常見。為常見。 轉軸轉軸:M + T; 心軸心軸:M ; 傳動軸傳動軸:T 轉動心軸轉動心軸固定心軸固定心軸 傳動軸傳動軸 轉軸轉軸 三 確定軸段的長度和直徑確定軸段的長度和直徑 剛度剛度 N 疲勞強度高疲勞強度高 對應力集中的敏感性小對應力集中的敏感性小 碳鋼如碳鋼如:45 40 特點特點:價廉、對應力集中敏感性低、可進行熱處理。價廉、對應力集中敏感性低、可進行熱處理。 合金鋼如合金鋼如:40Cr20Cr 特點特點:機械性能比碳鋼高機械性能比碳鋼高,淬火性能更好淬火性能更好,但價高、但價高、 對應力集中敏感性高、可進行熱處理。對

3、應力集中敏感性高、可進行熱處理。 鑄鐵如鑄鐵如:QT6003 特點特點:容易制造復雜形狀的零件、價廉、有良好的吸振容易制造復雜形狀的零件、價廉、有良好的吸振 性、和耐磨性、性、和耐磨性、對應力集中敏感性低。對應力集中敏感性低。 要求要求 常用材料常用材料 四 用途用途: : 碳鋼比合金鋼價廉碳鋼比合金鋼價廉, ,且具有較好的綜合力學性能且具有較好的綜合力學性能, ,對應力集中的對應力集中的 敏感性較低。應用較多敏感性較低。應用較多, ,適用于一般要求的軸，尤其以適用于一般要求的軸，尤其以4545鋼應用最廣。鋼應用最廣。 合金鋼具有較高的力學性能，但價格較貴，多用于有特殊要求的軸合金鋼具有較高的

4、力學性能，但價格較貴，多用于有特殊要求的軸: : 如傳遞大功率并要求減小尺寸和質量、要求高的耐磨性，以及處于高如傳遞大功率并要求減小尺寸和質量、要求高的耐磨性，以及處于高 溫、低溫和腐蝕條件等。溫、低溫和腐蝕條件等。 軸的材料主要是軸的材料主要是碳鋼碳鋼和和合金鋼合金鋼, ,鋼軸的毛坯多數(shù)用鋼軸的毛坯多數(shù)用圓鋼或鍛件圓鋼或鍛件, ,各種熱各種熱 處理和表面強化處理可以顯著提高軸的抗疲勞強度。處理和表面強化處理可以顯著提高軸的抗疲勞強度。 高強度鑄鐵和球墨鑄鐵可用于制造外形復雜的軸高強度鑄鐵和球墨鑄鐵可用于制造外形復雜的軸, ,且具有價廉、良好的吸且具有價廉、良好的吸 振性和耐磨性振性和耐磨性,

5、 ,以及對應力集中的敏感性較低等優(yōu)點以及對應力集中的敏感性較低等優(yōu)點, ,但是質較脆。但是質較脆。 在一般工作溫度下（低于在一般工作溫度下（低于200200）, ,各種碳鋼和合金鋼的彈性模量各種碳鋼和合金鋼的彈性模量 均相差不多均相差不多, ,因此相同尺寸的因此相同尺寸的碳鋼和合金鋼軸的剛度相差不多碳鋼和合金鋼軸的剛度相差不多。 種種 類類 碳素鋼碳素鋼:35:35、4545、5050、Q235Q235 合金鋼合金鋼: 20Cr: 20Cr、20CrMnTi20CrMnTi、40CrNi40CrNi、38CrMoAlA38CrMoAlA等等 鑄鋼或球墨鑄鐵鑄鋼或球墨鑄鐵 正火或調質處理。正火或

6、調質處理。 四 四 設計任務設計任務:使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸。使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸。 F 等強度 階梯軸 尺寸尺寸= = 軸承內徑軸承內徑 直徑與輪轂內徑相當直徑與輪轂內徑相當 滾動軸承滾動軸承齒輪齒輪 滾動軸承滾動軸承鍵槽鍵槽聯(lián)軸器聯(lián)軸器 軸頸軸頸 軸身軸身 軸頭軸頭軸頸軸頸軸身軸身軸頭軸頭 軸承蓋軸承蓋 軸承蓋軸承蓋 典型軸系結構典型軸系結構 軸上零件的布置軸上零件的布置預定出軸上零件的裝配方向、順序和預定出軸上零件的裝配方向、順序和 相互關系相互關系,它決定了軸的結構形狀。它決定了軸的結構形狀。 裝配方案裝配方案以軸最大直徑處的軸環(huán)為界限以軸最大直徑處的軸環(huán)為界限,

7、軸上零件軸上零件分別分別 從兩端裝入從兩端裝入。按安裝順序即可形成。按安裝順序即可形成各軸段粗細各軸段粗細和和結構形式結構形式 的初步布置方案。的初步布置方案。 在擬定方案時在擬定方案時,可以考慮幾個方案可以考慮幾個方案,以供以供比較選擇比較選擇。 一 為便于軸上零件的裝拆為便于軸上零件的裝拆,一般軸都做成從軸端逐漸一般軸都做成從軸端逐漸 向中間增大的階梯狀。向中間增大的階梯狀。 制造安裝要求制造安裝要求: 軸上零件的裝配方案不同軸上零件的裝配方案不同, ,則軸的結構形狀也不相同。則軸的結構形狀也不相同。 設計時可擬定幾種裝配方案設計時可擬定幾種裝配方案, ,進行分析與選擇。進行分析與選擇。

8、圖示圖示圓錐圓柱齒輪圓錐圓柱齒輪減速器輸出軸就有兩種裝配方案減速器輸出軸就有兩種裝配方案 裝配方案的比較裝配方案的比較: 方案二需要一個用于軸向定位的長套筒方案二需要一個用于軸向定位的長套筒, ,多了一個零件多了一個零件, ,加工工藝復雜加工工藝復雜, ,且質且質 量較大，故不如方案一合理量較大，故不如方案一合理 一）零件軸向固定的目的一）零件軸向固定的目的 防止零件沿軸向竄動防止零件沿軸向竄動, ,確保零件軸向準確位置。確保零件軸向準確位置。 二）常用軸向固定二）常用軸向固定 過渡圓角過渡圓角r r 定位高度定位高度h h 由由 組成組成 軸肩軸肩軸環(huán)軸環(huán) r h d D h r D d 二

9、 特點特點: :定位可靠定位可靠, ,能承受較大的軸向載荷能承受較大的軸向載荷, ,用于各類零件的軸用于各類零件的軸 向定位和固定。向定位和固定。 注意事項注意事項: 1 1）軸的過渡圓角半徑）軸的過渡圓角半徑r r 應小于軸上零件的倒角應小于軸上零件的倒角C C 或圓角半徑或圓角半徑R;R; R 軸環(huán)軸環(huán) r h d D c 軸肩軸肩 h r D d b 2 2）軸環(huán)寬度）軸環(huán)寬度b b b b 1.4h 10 mm1.4h 10 mm 3 3）軸肩軸）軸肩軸 環(huán)高度環(huán)高度h h 定位軸肩定位軸肩: :高度高度hC(hC(或或R) ,R) ,通常取通常取h=(2h=(23)C3)C或或(2(

10、23)R3)R 或或h=0.07d+(2h=0.07d+(23) mm3) mm 滾動軸承滾動軸承: :軸肩高度軸肩高度 軸頭長度軸頭長度l, ,取取l = B -= B -（2 23 3）mmmm B l 結構不合理結構不合理! 與滾動軸承相配合處的軸肩高度不與滾動軸承相配合處的軸肩高度不 能超過軸承內圈高度能超過軸承內圈高度 -常與軸肩或錐面聯(lián)合使用常與軸肩或錐面聯(lián)合使用, ,固定零件固定零件 穩(wěn)定可靠穩(wěn)定可靠, ,能承受較大的軸向力。能承受較大的軸向力。 注意注意: :輪轂寬度輪轂寬度BB軸頭長度軸頭長度l ,取l = B- （23）mm 軸肩軸肩 B 軸端擋圈軸端擋圈 止動墊片止動墊片

11、 止動銷止動銷 l 止動墊片止動墊片止動銷止動銷 軸端擋圈軸端擋圈螺釘螺釘 螺釘螺釘 軸向定位和固定軸向定位和固定軸端擋板軸端擋板 當零件位于軸端時當零件位于軸端時,可用軸端擋板與軸肩、軸套、圓錐可用軸端擋板與軸肩、軸套、圓錐 面等的組合面等的組合,使使零件雙向固定零件雙向固定。擋板用螺釘緊固在軸端。擋板用螺釘緊固在軸端 并壓緊被定位零件的端面。該方法簡單可靠、裝拆方便并壓緊被定位零件的端面。該方法簡單可靠、裝拆方便, 但需在但需在軸端加工螺紋孔軸端加工螺紋孔。 -裝拆方便裝拆方便, ,可兼作周向固定。宜用于高速、重載及零可兼作周向固定。宜用于高速、重載及零 件對中性要求高的場合。只用于軸端件

12、對中性要求高的場合。只用于軸端, ,常與軸端擋圈聯(lián)合常與軸端擋圈聯(lián)合 使用使用, ,實現(xiàn)零件的雙向固定。實現(xiàn)零件的雙向固定。 錐面錐面 軸端擋圈軸端擋圈 螺釘螺釘 止動墊片止動墊片 軸向定位和固定軸向定位和固定圓錐面圓錐面 將軸與零件的配合面加工成圓錐面將軸與零件的配合面加工成圓錐面,可以實現(xiàn)軸向定位。可以實現(xiàn)軸向定位。 圓錐面的錐度小時圓錐面的錐度小時,所需軸向力小所需軸向力小,但但不易拆卸不易拆卸，通常取，通常取錐錐 度度1:301:8。 緊定套緊定套 -固定可靠固定可靠, ,可承受較大的軸向力可承受較大的軸向力, ,但需切但需切 制螺紋和退刀槽制螺紋和退刀槽, ,會削弱軸的強度。常用于會

13、削弱軸的強度。常用于 軸上兩零件間距較大處，也可用于軸端。軸上兩零件間距較大處，也可用于軸端。 注意注意: :零件寬度零件寬度B B 軸長度軸長度l ,取取l = B-（23）mm l B 止動墊圈止動墊圈 圓螺母圓螺母 -結構簡單結構簡單, ,但在軸上需切槽但在軸上需切槽, ,會引起應力集中會引起應力集中, ,一般一般 用于軸向力不大的零件的軸向固定。用于軸向力不大的零件的軸向固定。 彈性擋圈彈性擋圈 B l 注意注意: :零件寬度零件寬度B B 軸長度軸長度l ,取取l = B-（23）mm 軸向定位和固定軸向定位和固定彈性擋圈彈性擋圈 在在軸上切出環(huán)形槽軸上切出環(huán)形槽(手冊手冊),將彈性

14、擋圈嵌入槽中將彈性擋圈嵌入槽中,利用它的利用它的 側面壓緊被定位零件的端面?zhèn)让鎵壕o被定位零件的端面,圖為軸肩與彈性擋圈聯(lián)合使圖為軸肩與彈性擋圈聯(lián)合使 用的情況。這種定位方法工藝性好、裝拆方便，但對軸用的情況。這種定位方法工藝性好、裝拆方便，但對軸 的強度消弱較大，常用于所受軸向力小的軸。的強度消弱較大，常用于所受軸向力小的軸。 為防松為防松, ,需加止動墊圈或使用雙螺母。需加止動墊圈或使用雙螺母。 止動墊圈止動墊圈 -結構簡單結構簡單, ,可兼作周向固定可兼作周向固定, ,傳遞不大的傳遞不大的 力或力矩力或力矩, ,不宜用于高速。不宜用于高速。 緊定螺釘緊定螺釘 軸向定位和固定軸向定位和固定鎖

15、緊擋圈、緊定螺釘鎖緊擋圈、緊定螺釘 鎖緊擋圈鎖緊擋圈用用緊定螺釘緊定螺釘固定在軸上固定在軸上,裝拆方便裝拆方便,但不能承受但不能承受 大的軸向力。大的軸向力。 必須注意必須注意: : 1 1）軸上零件一般均應作雙向固定）軸上零件一般均應作雙向固定, ,可將各種方法聯(lián)合使用?？蓪⒏鞣N方法聯(lián)合使用。 2 2）保證固定可靠）保證固定可靠, ,防止過定位防止過定位,L軸段長度 軸段長度=B輪轂寬輪轂寬-(23)mm。 。 23 23 軸向定位的方法軸向定位的方法 軸肩定位軸肩定位:多用于軸向力較大的場合多用于軸向力較大的場合。 套筒定位套筒定位:多用于兩個零件之間的定位。多用于兩個零件之間的定位。 圓

16、螺母定位圓螺母定位:可承受大的軸向力可承受大的軸向力,一般用于軸端零件的固一般用于軸端零件的固 定。（圖定。（圖15-10） 軸端擋圈軸端擋圈:用于軸端零件的固定。用于軸端零件的固定。 其它其它:用于較小軸向力的場合。如用于較小軸向力的場合。如:彈性擋圈、緊定螺釘、彈性擋圈、緊定螺釘、 鎖緊擋圈、圓錐面定位等。（圖鎖緊擋圈、圓錐面定位等。（圖15-11-圖圖15-13） 軸承端蓋定位軸承端蓋定位:一般也用于整個軸系的軸向定位一般也用于整個軸系的軸向定位 一）零件周向固定的目的一）零件周向固定的目的 使零件能同軸一起轉動使零件能同軸一起轉動, ,傳遞轉矩。傳遞轉矩。 二）常用周向固定二）常用周向

17、固定 周向固定大多采用鍵、花鍵、過盈配合或銷等聯(lián)接形式來周向固定大多采用鍵、花鍵、過盈配合或銷等聯(lián)接形式來 實現(xiàn)。實現(xiàn)。 鍵槽應設計成同一加工直線。鍵槽應設計成同一加工直線。 鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接制造簡單制造簡單,裝拆方便。裝拆方便。 用于傳遞轉矩較大用于傳遞轉矩較大,對中性要求一對中性要求一 般的場合般的場合,應用最為廣泛。應用最為廣泛。 三 花鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接承載能力高承載能力高,定心好定心好, 導向性好導向性好,但制造較困難，成本較高。但制造較困難，成本較高。 用于傳遞轉矩大，對中性要求高或用于傳遞轉矩大，對中性要求高或 導向性好的場合。導向性好的場合。 過盈配合聯(lián)接過盈配合聯(lián)接結構簡單結構簡單,

18、定心好定心好, 承載能力高承載能力高,工作可靠，但裝配困難，工作可靠，但裝配困難， 對配合尺寸的精度要求較高。對配合尺寸的精度要求較高。 銷聯(lián)接銷聯(lián)接用于固定不太重要用于固定不太重要,受力不受力不 大大,但同時需要軸向固定的零件。但同時需要軸向固定的零件。 零件的周向定位零件的周向定位 1）普通平鍵聯(lián)接）普通平鍵聯(lián)接 布置在同 一母線上 2）其它周向定位方）其它周向定位方 式式:導向平鍵、半圓鍵、導向平鍵、半圓鍵、 花鍵、銷、緊定螺釘花鍵、銷、緊定螺釘 及過盈配合等。及過盈配合等。 銷銷 1 1、d:d:由載荷由載荷d dmin min 由結構設計要求確定各段的由結構設計要求確定各段的d d。

19、 2 2、L:L:由軸上零件相對位置及零件寬度決定由軸上零件相對位置及零件寬度決定, ,同時考慮同時考慮: : 1 1）軸段長比輪轂寬小）軸段長比輪轂寬小23mm可靠定位。可靠定位。 2 2）傳動件、箱體、軸承、聯(lián)軸器等零件間距離）傳動件、箱體、軸承、聯(lián)軸器等零件間距離( (查手冊查手冊) )。 四 6-2軸的結構設計 6-2軸的結構設計 R5 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00 R10 1.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.15 4.00 5.00 6.30 8.00 10.00 1.00 1.12 1.25 1.40 1.60 1.80 2.00

20、2.24 2.50 2.80 3.15 3.55 4.00 4.50 5.00 5.60 6.30 7.10 8.00 9.00 10.00 1.00 1.06 1.12 1.18 1.25 1.32 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.12 2.24 2.36 2.50 2.65 2.80 3.00 3.15 3.35 3.55 3.75 4.00 4.25 4.50 4.75 5.00 5.30 5.60 6.00 6.30 6.70 7.10 7.50 8.00 8.50 9.00 9.50 10.00 R40 R20 6-2軸的結構設計 什么是優(yōu)先

21、數(shù)系和優(yōu)先數(shù) 優(yōu)先數(shù)是由公比分別為， 且項 值中含有10的整數(shù)冪的理論等比數(shù)列導出的一組近似等比的數(shù)列。 各數(shù)列分別用符號R5，R10，R20，R40和R80表示。稱為R5數(shù)系、R10 數(shù)系、R20數(shù)系、R40數(shù)系和R80數(shù)系。即： R5數(shù)系：以1.60為公比形成的數(shù)系； R10數(shù)系：以1.25為公比形成的數(shù)系； R20數(shù)系：以1.12為公比形成的數(shù)系； R40數(shù)系：以1.06為公比形成的數(shù)系； 以上稱為基本系列。 R80數(shù)系：以1.03為公比形成的數(shù)系； 它稱為補充系列。僅在參數(shù)分級很細，基本系列不能適應實際情況時，才 可靠考慮采用。 優(yōu)先數(shù)系中有任一個項值均稱為優(yōu)先數(shù)。 根據(jù)GB 321的

22、規(guī)定，優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系適用于各種量值的分級，特別是 在確定產(chǎn)品的參數(shù)或參數(shù)系列時，必須按該標準的規(guī)定最大限度地采用，這就 是“優(yōu)先”的含義。 510204080 10,10,10,10,10 便于加工、測量、維修及軸上零件的拆裝便于加工、測量、維修及軸上零件的拆裝 一）軸的加工工藝性要求一）軸的加工工藝性要求 1. 1. 不同軸段的鍵槽不同軸段的鍵槽, ,應布置軸的同一母線上應布置軸的同一母線上, ,以減少鍵槽加工以減少鍵槽加工 時的裝卡次數(shù)時的裝卡次數(shù); ; a. 正確結構正確結構 b.不正確結構不正確結構 五 2.2.需磨制軸段時需磨制軸段時, ,應留應留砂輪越程槽砂輪越程槽; ;需車制螺

23、紋的軸段需車制螺紋的軸段, ,應應 留留螺紋退刀槽螺紋退刀槽。 3.3.相近直徑軸段的過渡圓角、鍵槽、越程槽、退刀槽尺寸相近直徑軸段的過渡圓角、鍵槽、越程槽、退刀槽尺寸 盡量統(tǒng)一。盡量統(tǒng)一。 砂輪越程槽砂輪越程槽 0.8 螺紋退刀槽螺紋退刀槽 二）軸上零件裝配工藝性要求二）軸上零件裝配工藝性要求 3.3.與零件過盈配合的軸端應加工出與零件過盈配合的軸端應加工出導向錐面導向錐面。 b b）導向錐面）導向錐面 1.1.軸的配合直徑應軸的配合直徑應圓整為標準值圓整為標準值。 2.2.軸端應有軸端應有c cX X4545的的倒角倒角。 a a）倒角）倒角 4.4.裝配段不宜過長。裝配段不宜過長。 1.

24、1.減小應力集中減小應力集中 合金鋼對應力集中比較敏感合金鋼對應力集中比較敏感,應加以注意。應加以注意。 b）過盈配合處的應力集中）過盈配合處的應力集中 軸的應力集中軸的應力集中 發(fā)生的位置發(fā)生的位置 a a）截面尺寸變化處）截面尺寸變化處 的應力集中的應力集中 b b）過盈配合處的應力集中）過盈配合處的應力集中 c c）小孔處的應力集中）小孔處的應力集中 a）截面尺寸變化處的應力集中）截面尺寸變化處的應力集中 c）小孔處的應力集中）小孔處的應力集中 六 減小應力集中的措施減小應力集中的措施: 2）盡量避免在軸上開橫孔、切口或凹槽盡量避免在軸上開橫孔、切口或凹槽; ; 3）重要結構可增加卸載槽

25、）重要結構可增加卸載槽B、過渡肩環(huán)、凹切圓角、過渡肩環(huán)、凹切圓角、 增大圓角半徑。也可以減小過盈配合處的局部應力增大圓角半徑。也可以減小過盈配合處的局部應力。 1）用圓角過渡）用圓角過渡; 卸載槽卸載槽 d d/4 B B 過渡肩環(huán)過渡肩環(huán)凹切圓角凹切圓角 r 30 4 4）避免相鄰軸徑相差太大）避免相鄰軸徑相差太大; ; 2.2.合理布置軸上零件合理布置軸上零件, ,改善軸的受力情況改善軸的受力情況 1 1）使彎矩分布合理）使彎矩分布合理把軸、轂配合分成兩段把軸、轂配合分成兩段, ,減小最大彎減小最大彎 矩值。矩值。 不合理結構不合理結構 F 合理結構合理結構 F 2 2）使轉矩合理分配）使

26、轉矩合理分配 T1 T3 T4 T2 輸出輪輸出輪輸入輪輸入輪輸出輪輸出輪 T1 T2 T3 T4 輸出輪輸出輪輸入輪輸入輪 1 不合理的布置不合理的布置 Tmax= T2 + T3 + T4 合理布置合理布置 Tmax= T3 + T4 3 3）改進軸上零件結構）改進軸上零件結構, ,減輕軸的載荷減輕軸的載荷 卷筒軸既受彎矩又受扭矩卷筒軸既受彎矩又受扭矩 卷筒軸只受彎矩卷筒軸只受彎矩 卷筒卷筒 齒輪齒輪 軸承軸承 齒輪齒輪 螺栓 卷筒卷筒 軸承軸承 齒輪齒輪 齒輪齒輪 斜齒輪：斜齒輪： 兩斜齒輪旋向應相同兩斜齒輪旋向應相同 4 4）采用力平衡或局部相互抵消的辦法減少軸的載荷。）采用力平衡或局

27、部相互抵消的辦法減少軸的載荷。 行星齒輪減速器：行星齒輪減速器：多個行星輪均布多個行星輪均布 a)懸臂支承方案 b)簡支支承方案 3.3.改變支點位置改變支點位置, ,改善軸的強度和剛度。改善軸的強度和剛度。 c)懸臂支承方案(正安裝） 4.4.改進軸的表面質量以提高軸的疲勞強度改進軸的表面質量以提高軸的疲勞強度 軸的表面粗糙度和表面強化處理方法也會對軸的疲勞軸的表面粗糙度和表面強化處理方法也會對軸的疲勞 強度產(chǎn)生影響。當采用對應力集中甚為敏感的高強度材強度產(chǎn)生影響。當采用對應力集中甚為敏感的高強度材 料制作軸時料制作軸時, ,表面質量尤應予以注意。表面質量尤應予以注意。 軸的表面愈粗糙軸的表

28、面愈粗糙 疲勞強度疲勞強度 表面強化處理的方法有表面強化處理的方法有: : 表面高頻淬火等熱處理表面高頻淬火等熱處理; ; 表面滲碳、氰化、氮化等化學熱處理表面滲碳、氰化、氮化等化學熱處理; ; 碾壓、噴丸等強化處理。碾壓、噴丸等強化處理。 軸系結構改錯軸系結構改錯 圖中有一處錯誤圖中有一處錯誤, 請改正。請改正。 錯誤原因錯誤原因 rC使得軸上零件與軸使得軸上零件與軸 肩的配合不夠緊密。肩的配合不夠緊密。 軸系結構改錯軸系結構改錯 圖中有四處錯誤圖中有四處錯誤, 請改正。請改正。 錯誤原因錯誤原因 4.圓螺母無法裝入。圓螺母無法裝入。 1.軸肩太高軸肩太高,滾動滾動 軸承無法拆卸。軸承無法拆

29、卸。 2.軸上未留退刀槽軸上未留退刀槽 ,不便于螺紋加工。不便于螺紋加工。 3.軸承左邊造成軸承左邊造成 過定位。過定位。 軸系結構改錯軸系結構改錯 圖中有三處錯誤圖中有三處錯誤, 請改正。請改正。 錯誤原因錯誤原因 3.滾動軸承內圈與軸的配合滾動軸承內圈與軸的配合 為過盈配合為過盈配合,無需鍵聯(lián)接。無需鍵聯(lián)接。 1.輪轂上鍵槽未開通輪轂上鍵槽未開通,零件零件 無法裝入。無法裝入。 2.套筒無法裝入應改為軸肩。套筒無法裝入應改為軸肩。 軸系結構改錯軸系結構改錯 錯誤原因錯誤原因 圖中有三處錯誤圖中有三處錯誤, 請改正。請改正。 3. 同一軸上的兩個平同一軸上的兩個平 鍵應布置在同一母線鍵應布置

30、在同一母線, 否則不便于軸的加工。否則不便于軸的加工。 1. 鍵太長鍵太長,右端套筒右端套筒 無法裝入。無法裝入。 2. 輪轂上鍵槽未開通輪轂上鍵槽未開通, 右端齒輪無法裝入。右端齒輪無法裝入。 指出圖示軸系中的結構錯誤（用筆圈出錯誤之處指出圖示軸系中的結構錯誤（用筆圈出錯誤之處,并簡要說明錯誤的原因）并簡要說明錯誤的原因） 1）彈性擋圈為多余零件; 2）裝軸承段應無鍵槽; 3）軸肩太高,不便拆卸; 4）應無軸環(huán),齒輪無法從右裝入,改為套筒固定， 或齒輪用過盈配合實現(xiàn)軸向固定； 5）應有鍵槽，周向固定； 6）此處應加工成階梯軸； 7）端蓋不應與軸接觸； 8）端蓋密封槽形狀應為梯形； 9）平鍵頂

31、部與輪轂槽間應有間隙； 10）聯(lián)軸器無軸向固定，且與端蓋間隙太小，易 接觸； 11）軸端部與端蓋間應有一定間隙； 12）應該有調整墊片。 思考題思考題:找錯誤找錯誤 思考題思考題:找錯誤找錯誤 12 10 6 13 99 14 11 7 1 12 8 4 5 2 3 1按扭轉強度計算按扭轉強度計算:傳動軸設計或轉軸初估傳動軸設計或轉軸初估 一、軸的強度校核計算一、軸的強度校核計算 實心軸的直徑為：實心軸的直徑為： 33 33 0 33 2 . 0 109550 2 . 0 109550 n P A n P n P d TT 2 . 0 109550 3 3 T T T d n P W T 對于

32、只傳遞扭矩的傳動軸對于只傳遞扭矩的傳動軸,強度條件為強度條件為: 軸常用幾種材料的軸常用幾種材料的T及及A0值值 軸的材料軸的材料Q235-A、20 Q275、35 (1Cr18Ni9Ti) 45 40Cr、35SiMn 38SiMnMo、 3Cr13 T/MPa1525203525453555 A014912613511212610311297 為了計及鍵槽對軸的削弱為了計及鍵槽對軸的削弱,可按以下方式修正軸徑可按以下方式修正軸徑: 有一個鍵槽有一個鍵槽有兩個鍵槽有兩個鍵槽 軸徑軸徑d100mm軸徑增大軸徑增大3%軸徑增大軸徑增大7% 軸徑軸徑d100mm軸徑增大軸徑增大5%7%軸徑增大軸徑

33、增大10%15% 強度條件強度條件 3 0 3 6 3 6 2.0 1055.9 2.0 1055.9 n P Ad n P d d n P W T T T T T 3 0 n P Ad 22 4 ca 第三強度理論第三強度理論 22 ）（4 ca WW軸的抗彎截面系數(shù)（查表）。軸的抗彎截面系數(shù)（查表）。 ）（ 2 4）（4 1 22 2 22 W TM W T W M ca 1 6.0 3.0 1 1 0 1 1 1 為對稱循環(huán)變應力若 為脈動循環(huán)變應力若 為靜應力若 為對稱循環(huán)變應力時當 應力折算系數(shù) 為何要引入應力折算系數(shù)為何要引入應力折算系數(shù)? 當當為脈動循環(huán)變應力時為脈動循環(huán)變應力時

34、,上述公式及上述公式及如何如何? 對心軸對心軸:以以 T=0 代入計算。代入計算。 計算時應找計算時應找 23 個危險截面。個危險截面。 1ca b 軸的常用材料及其主要力學特性表軸的常用材料及其主要力學特性表 3安全系數(shù)法精確校核計算安全系數(shù)法精確校核計算 疲勞強度條件疲勞強度條件 s ss ss s 22 ca ma 1N ma 1N K K s K K s 式中 0 W M mmaxa 為對稱循環(huán)變應力時當 T maxma W2 T 2 1 為脈動循環(huán)變應力時當 ma K S 1 ma K S 1 10 0 2 10 0 2 ma K S 1 ma K S 1 a M W 0 m WM

35、ma 2 2 amT TW aT T W 0 m 3 /32Wd 3 /16 T Wd 靜強度條件靜強度條件 s ss ss s s 2 s 2 ss sca Tmax s s anaxmax s s WT s A F W M s 式中 4按靜強度條件進行校核（防止過載）按靜強度條件進行校核（防止過載） 二、軸的剛度校核計算二、軸的剛度校核計算 1. 1. 軸的彎曲剛度校核計算軸的彎曲剛度校核計算 軸的彎曲剛度條件為軸的彎曲剛度條件為 撓度撓度 yy 偏轉角偏轉角 2軸的扭轉剛度校核計算軸的扭轉剛度校核計算 軸的扭轉剛度以扭轉角軸的扭轉剛度以扭轉角 來度量。軸的扭轉剛度條件為來度量。軸的扭轉剛

36、度條件為 軸的彎曲剛度以撓度軸的彎曲剛度以撓度y和偏轉角和偏轉角來度量。來度量。 對于光軸對于光軸,可直接用材料力學中的公式計算其撓度或偏轉角?？芍苯佑貌牧狭W中的公式計算其撓度或偏轉角。 對于階梯軸對于階梯軸,可將其轉化為當量直徑的光軸后計算其撓度或偏轉角。可將其轉化為當量直徑的光軸后計算其撓度或偏轉角。 三、軸的振動及振動穩(wěn)定性的概念三、軸的振動及振動穩(wěn)定性的概念 確定軸各段直徑和長度確定軸各段直徑和長度 直徑直徑: 長度長度:根據(jù)結構確定根據(jù)結構確定 3 0 n P Ad 初值 45鋼A0=126-103 P-kw N-r/min D-mm 三、各軸段直徑和長度的確定三、各軸段直徑和長度

37、的確定 首先按軸所受的扭矩首先按軸所受的扭矩估算軸徑估算軸徑,作為軸的最小軸徑作為軸的最小軸徑dmin。 帶式運帶式運 輸機輸機 減速器減速器 電動機電動機 轉軸轉軸 扭矩傳扭矩傳 遞路線遞路線 這是一個兩級圓柱齒輪減速器傳 動原理圖,下面以這個減速器的低 速級齒輪軸系為例,分析軸系結構 設計的過程。 軸系結構設計是在傳動零件設計的基礎上進行的,為使傳動零件轉動中不與箱體零 件相干涉,傳動零件與箱體之間應有一定距離,這個距離的大小與傳動件的尺寸有 關，與箱體零件的制造方法有關，傳動零件的尺寸越大，距離也應越大，箱體零 件的制造精度越低，距離應越大。具體數(shù)值可參考有關設計手冊。 傳動零件通過內孔

38、與軸的配合關系確定與軸的徑向位置關系 齒輪通過輪轂端面與軸肩的接觸,確定與軸的軸向位置關系,軸肩的 位置決定齒輪的安裝方法,通常將軸肩安排在遠離箱體壁的一側， 這樣設計可以方便裝配。 相鄰軸段直徑應稍小,這樣設計既有利于加工,又有利于裝配。 與傳動零件配合的軸段長度應略小于傳動件輪轂寬度,這樣可以使定 為零件（圖中套筒）可靠地與齒輪端面接觸;否則可能由于制造誤差, 使得套筒與軸上的臺階端面接觸,使齒輪實際并未定位。 與齒輪配合的軸段通過平鍵連接確定與軸的周向位置并傳遞轉矩,為 避免由于鍵槽所造成的應力集中和由于軸上的臺階造成的應力集中 不出現(xiàn)在同一個位置,鍵槽兩端應與臺階之間留有必要的距離。

39、齒輪另一側通過套筒定位。 根據(jù)功能需要合理選擇軸系結構類型, 由于減速器軸系跨距較小,優(yōu)先選擇兩 端單向固定結構。 本實例選擇角接觸球軸承,正安裝,為使軸承與軸承孔接觸良好,軸承 的安裝位置應深入軸承孔一定距離。滾動軸承與軸之間通過軸肩定 位，軸肩高度應保證軸承的定位需要，同時保證軸承可拆卸。 左端軸承通過套筒定軸向位置,既要保證齒輪定位的需要,同時又要 保證軸承的定位需要,可以將套筒設計為臺階形狀。 滾動軸承潤滑方式? 根據(jù)需要確定滾動軸承的潤滑方式,如果采用油潤滑應保證軸承可以 得到足夠的潤滑油流量,如果采用脂潤滑應保證潤滑脂不被流動的潤 滑油帶走,本實例選擇油潤滑。 根據(jù)箱體的結構設計需

40、要,合理確定軸承孔長度。 在軸承外側設置軸承端蓋,確定軸承外圈與箱體孔的軸向位置,在端 蓋與箱體之間設置調整墊片,用于調整軸承間隙。 在端蓋與箱體之間設置螺栓連接,以固定端蓋位置。 右側端蓋有通孔。 為防止?jié)櫥托孤?在端蓋孔與軸之間設置油封。 為保證油封可拆卸,在端蓋上設置工藝孔。 這里安剖分式箱體設計,安排上、下箱體連接螺栓。 為保證軸承潤滑需要,在箱體上安排油溝,引導從箱體壁上流下的潤 滑油流向軸承。 為保證潤滑油流入軸承外側,在軸承端蓋內側開設油槽。 在軸的伸出端根據(jù)所安裝零件設計軸段的直徑、長度及軸轂連接。 根據(jù)軸端零件的定位需要設置軸向定位結構,本實例選用軸端擋圈。 完成結構設計后

41、應根據(jù)結構尺寸分析軸及軸承的工作能力,如工作能 力不滿足要求,應修改結構尺寸。 3 n P Ad 估算最小直徑估算最小直徑 定位軸肩半徑相差定位軸肩半徑相差(0.07-0.1)d 為裝拆方便取直為裝拆方便取直 徑差徑差15mm d1 d2 d3 d4 11 ) 1 . 007. 0(2dd 軸向零件相距10-15mm C2 C1 5-10 e 3 2 . 1 de B 3 脂潤滑35mm 油潤滑10-15mm 軸承 手冊 軸向零件相距10-15mm C2 C1 5-10 e 3 2 . 1 de B 3 脂潤滑35mm 油潤滑10-15mm h4 . 1 1 ) 1 . 007. 0(d )1

42、05( 【例例】設計如圖所示斜齒圓柱齒輪減速器的低速軸。設計如圖所示斜齒圓柱齒輪減速器的低速軸。 已知軸的轉速已知軸的轉速n=80r/min, 傳遞功率傳遞功率P=3.15 kW。軸上齒輪軸上齒輪 的參數(shù)為的參數(shù)為:法面模數(shù)法面模數(shù)mn=3 mm,分度圓螺旋角分度圓螺旋角=12,齒數(shù)齒數(shù) z=94，齒寬齒寬b=72 mm。 圖圖:帶式輸送機帶式輸送機 解解: （1） 選擇軸的材料選擇軸的材料 減速器功率不大減速器功率不大,又無特殊要求又無特殊要求,故選最常用的故選最常用的45 鋼并作正火處理。鋼并作正火處理。 (2) 按扭轉強度估算軸的最小直徑按扭轉強度估算軸的最小直徑 應用應用公式公式(14

43、-2)估算。由估算。由表表14.2取取C107118, 于是得于是得: mm n P Cd )18.4043.36( 80 15. 3 )118107( 3 3 考慮鍵槽對軸強度的影響考慮鍵槽對軸強度的影響,將直徑增大將直徑增大3%, 同時考慮聯(lián)同時考慮聯(lián) 軸器標準軸器標準,取取d40 mm。 (36.4340.18) (1+0.03) =37.541.4(mm) 1. 標準尺寸標準尺寸 2. 聯(lián)軸器聯(lián)軸器 (3) 軸的結構設計軸的結構設計 根據(jù)軸的結構設計要求根據(jù)軸的結構設計要求,軸的結構草圖設計如下圖所示。軸的結構草圖設計如下圖所示。 軸軸 段段,之間應有定位軸肩之間應有定位軸肩;軸段軸段,及，之間應設置臺階以及，之間應設置臺階以 利于裝配利于裝配;軸段，及，之間應有定位軸肩。各軸段的具軸段，及，之間應有定位軸肩。各軸段的具 體設計如下體設計如下: 112 15 15 軸段軸段:軸的輸出端軸段直徑最小軸的輸出端軸段直徑最小,d1=40mm。 計算計算,查聯(lián)軸器表查聯(lián)軸器表,用彈性套柱銷聯(lián)軸器，孔徑用彈性套柱銷聯(lián)軸器，孔徑40 mm，孔長，孔長84 mm。 取取d1=40mm，l1=112mm。 112