軸分類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、12-1 12-1 軸概述軸概述 一、軸一、軸shaft的作用的作用功用功用支承傳動零件并傳遞運(yùn)動和動力支承傳動零件并傳遞運(yùn)動和動力 二、軸的類型二、軸的類型 1. 按受載情況分類按受載情況分類: 轉(zhuǎn)軸：彎矩和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)軸：彎矩和轉(zhuǎn)矩 如減速器中的各軸如減速器中的各軸心軸：只受彎矩心軸：只受彎矩傳動軸：只受轉(zhuǎn)矩，如攪拌軸傳動軸：只受轉(zhuǎn)矩，如攪拌軸固定：自行車前軸固定：自行車前軸轉(zhuǎn)動：機(jī)車車輪軸轉(zhuǎn)動：機(jī)車車輪軸12-1 12-1 軸概述軸概述2. 按結(jié)構(gòu)形狀分類按結(jié)構(gòu)形狀分類:u實(shí)心軸（一般齒輪軸）實(shí)心軸（一般齒輪軸）u空心軸（車床的主軸）空心軸（車床的主軸）u撓性鋼絲軸撓性鋼絲軸u直軸直軸 光軸光

2、軸 階梯軸階梯軸u曲軸曲軸u工程中最常見的是同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩作工程中最常見的是同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩作用的階梯軸。用的階梯軸。12-1 12-1 軸概述軸概述三、軸設(shè)計(jì)的要求和步驟三、軸設(shè)計(jì)的要求和步驟1軸的設(shè)計(jì)要求軸的設(shè)計(jì)要求(1) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 軸應(yīng)具有合理的結(jié)構(gòu)形軸應(yīng)具有合理的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。狀和尺寸。(2) 工作能力要求工作能力要求 軸應(yīng)具有足夠的疲勞強(qiáng)軸應(yīng)具有足夠的疲勞強(qiáng)度，對于某些特殊用途的軸，還應(yīng)有剛度、度，對于某些特殊用途的軸，還應(yīng)有剛度、振動穩(wěn)定性等方面的要求。振動穩(wěn)定性等方面的要求。2軸的設(shè)計(jì)步驟軸的設(shè)計(jì)步驟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作能力驗(yàn)算往往是交叉進(jìn)行的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作能

3、力驗(yàn)算往往是交叉進(jìn)行的，也是最重要的兩步。也是最重要的兩步。 12-1 12-1 軸概述軸概述12-2 12-2 軸的材料軸的材料一、失效形式：一、失效形式：疲勞破壞疲勞破壞二、軸的材料要求：二、軸的材料要求： 具有較好的強(qiáng)度、韌性，與軸上零件有具有較好的強(qiáng)度、韌性，與軸上零件有相對滑動的部位還應(yīng)具有較好的耐磨性。此相對滑動的部位還應(yīng)具有較好的耐磨性。此外，還必須考慮應(yīng)力集中的影響。外，還必須考慮應(yīng)力集中的影響。三、軸的常用材料：三、軸的常用材料：（1）碳素鋼）碳素鋼 廣泛采用廣泛采用35、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素等優(yōu)質(zhì)碳素鋼，價(jià)格低廉，對應(yīng)力集中敏感性較小，可以通鋼，價(jià)格低廉，對應(yīng)力集中敏感性較

4、小，可以通過調(diào)質(zhì)或正火處理以保證其機(jī)械性能，通過表面過調(diào)質(zhì)或正火處理以保證其機(jī)械性能，通過表面淬火或低溫回火以保證其耐磨性。淬火或低溫回火以保證其耐磨性。對于輕載和不重要的軸對于輕載和不重要的軸:采用采用Q235、Q275等普通等普通碳素鋼。碳素鋼。（2）合金鋼）合金鋼 常用于高溫、高速、重載以及結(jié)構(gòu)常用于高溫、高速、重載以及結(jié)構(gòu)要求緊湊的軸。合金鋼有較高的力學(xué)性能，但價(jià)要求緊湊的軸。合金鋼有較高的力學(xué)性能，但價(jià)格較貴，對應(yīng)力集中較敏感，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)格較貴，對應(yīng)力集中較敏感，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須盡量減少應(yīng)力集中。必須盡量減少應(yīng)力集中。（3）球墨鑄鐵）球墨鑄鐵 耐磨、價(jià)格低，但可靠性較差，耐

5、磨、價(jià)格低，但可靠性較差，一般用于形狀復(fù)雜的軸，如曲軸、凸輪軸等。一般用于形狀復(fù)雜的軸，如曲軸、凸輪軸等。12-2 12-2 軸的材料軸的材料12-3 12-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、軸的結(jié)構(gòu)及各部分名稱一、軸的結(jié)構(gòu)及各部分名稱12-3 12-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、軸的結(jié)構(gòu)及各部分名稱一、軸的結(jié)構(gòu)及各部分名稱軸頭：與聯(lián)軸器和齒輪等傳動零件配合的軸段軸頭：與聯(lián)軸器和齒輪等傳動零件配合的軸段軸頸：與軸承配合的軸段軸頸：與軸承配合的軸段軸身：聯(lián)接軸頭和軸頸的軸段軸身：聯(lián)接軸頭和軸頸的軸段軸環(huán)：直徑最大用于定位的軸段軸環(huán)：直徑最大用于定位的軸段軸肩：截面尺寸變化處軸肩：截面尺寸變化處還

6、有軸肩的過渡圓角；軸端的倒角；與鍵連接還有軸肩的過渡圓角；軸端的倒角；與鍵連接處的鍵槽等結(jié)構(gòu)。處的鍵槽等結(jié)構(gòu)。12-3 12-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)要解決的問題二、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)要解決的問題1軸上零件的軸向定位、固定和周向固定軸上零件的軸向定位、固定和周向固定軸向定位軸向定位主要靠軸肩和軸環(huán)來完成。主要靠軸肩和軸環(huán)來完成。 12-3 12-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了保證軸上零件靠緊定位面，軸肩處的圓角半為了保證軸上零件靠緊定位面，軸肩處的圓角半徑徑r 必須小于零件內(nèi)孔的圓角半徑必須小于零件內(nèi)孔的圓角半徑R或倒角或倒角C；軸肩高；軸肩高度一般取度一般取h=(0

7、.070.1)d，軸環(huán)寬度，軸環(huán)寬度b=1.4hbDhrRdDhCrd12-3 12-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸上零件的軸向固定就是軸上零件的軸向固定就是不不許軸上零件沿軸向竄動，必許軸上零件沿軸向竄動，必須雙向固定。須雙向固定。軸向固定措施：軸向固定措施：軸的一端可采用軸端擋圈；軸的一端可采用軸端擋圈；套筒過長可采用圓螺母；套筒過長可采用圓螺母；受載較小時(shí)可采用彈性擋圈、受載較小時(shí)可采用彈性擋圈、緊定螺釘和銷釘?shù)裙潭ā＞o定螺釘和銷釘?shù)裙潭?。軸上零件的周向固定軸上零件的周向固定就是保證軸上的傳動零件就是保證軸上的傳動零件要與軸一起轉(zhuǎn)動。要與軸一起轉(zhuǎn)動。常用的固定方式常用的固定方式有鍵連接和

8、過盈配合。轉(zhuǎn)矩較有鍵連接和過盈配合。轉(zhuǎn)矩較大時(shí)可采用花鍵連接，轉(zhuǎn)矩較小時(shí)，可采用緊大時(shí)可采用花鍵連接，轉(zhuǎn)矩較小時(shí)，可采用緊定螺釘、銷釘?shù)却胧?。定螺釘、銷釘?shù)却胧?2-3 12-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2制造工藝和裝配工藝要求制造工藝和裝配工藝要求制造工藝要求是制造工藝要求是指軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單便于加工、指軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單便于加工、節(jié)約加工成本。節(jié)約加工成本。u軸端倒角的尺寸應(yīng)一致軸端倒角的尺寸應(yīng)一致u軸肩的圓角半徑應(yīng)相同軸肩的圓角半徑應(yīng)相同u鍵槽寬應(yīng)統(tǒng)一，并在同一條加工直線上鍵槽寬應(yīng)統(tǒng)一，并在同一條加工直線上u設(shè)砂輪越程槽設(shè)砂輪越程槽u設(shè)螺紋退刀槽設(shè)螺紋退刀槽12-3 12-3 軸

9、的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12-3 12-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝配工藝要求是裝配工藝要求是指軸上零件應(yīng)便于安裝和拆卸指軸上零件應(yīng)便于安裝和拆卸u一般將軸制成中間粗兩端細(xì)的階梯形一般將軸制成中間粗兩端細(xì)的階梯形u軸端應(yīng)倒角軸端應(yīng)倒角u軸端的鍵槽應(yīng)盡量靠近軸端軸端的鍵槽應(yīng)盡量靠近軸端u與滾動軸承配合的軸肩高度和套筒高度應(yīng)小于軸與滾動軸承配合的軸肩高度和套筒高度應(yīng)小于軸承內(nèi)圈的厚度承內(nèi)圈的厚度u與傳動零件過盈配合的軸段應(yīng)制有與傳動零件過盈配合的軸段應(yīng)制有10左右的導(dǎo)左右的導(dǎo)向錐面向錐面u要盡量減少裝配長度要盡量減少裝配長度3. 標(biāo)準(zhǔn)尺寸要求標(biāo)準(zhǔn)尺寸要求 與標(biāo)準(zhǔn)零件（如滾動軸承、聯(lián)軸器、與標(biāo)準(zhǔn)零件

10、（如滾動軸承、聯(lián)軸器、圓螺母）配合處的軸段尺寸必需符合圓螺母）配合處的軸段尺寸必需符合標(biāo)準(zhǔn)零件的尺寸系列。標(biāo)準(zhǔn)零件的尺寸系列。4. 提高軸的疲勞強(qiáng)度提高軸的疲勞強(qiáng)度 加大軸肩處的過渡圓角半徑和減小加大軸肩處的過渡圓角半徑和減小軸肩高度，就可以減少應(yīng)力集中，從軸肩高度，就可以減少應(yīng)力集中，從而提高軸的疲勞強(qiáng)度。而提高軸的疲勞強(qiáng)度。12-3 12-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12-4 12-4 軸的工作能力計(jì)算軸的工作能力計(jì)算一、按抗扭強(qiáng)度計(jì)算一、按抗扭強(qiáng)度計(jì)算對于傳動軸，其抗扭強(qiáng)度條件為對于傳動軸，其抗扭強(qiáng)度條件為若計(jì)算截面有鍵槽，應(yīng)將直徑加大若計(jì)算截面有鍵槽，應(yīng)將直徑加大5（單鍵）或（單鍵）或

11、10（雙鍵），以補(bǔ)償鍵槽對（雙鍵），以補(bǔ)償鍵槽對軸強(qiáng)度削弱的影響。軸強(qiáng)度削弱的影響。設(shè)計(jì)公式：設(shè)計(jì)公式： MPa n0.2dP109.55WT36T mm nPAn0.2P109.55d33612-4 12-4 軸的工作能力計(jì)算軸的工作能力計(jì)算二、二、 按抗彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算按抗彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算對于一般鋼制的轉(zhuǎn)軸，抗彎扭合成強(qiáng)度條件為對于一般鋼制的轉(zhuǎn)軸，抗彎扭合成強(qiáng)度條件為 式中式中 軸計(jì)算截面的當(dāng)量應(yīng)力，軸計(jì)算截面的當(dāng)量應(yīng)力， MPa Me軸計(jì)算截面的當(dāng)量彎矩，軸計(jì)算截面的當(dāng)量彎矩， Nmm M合成彎矩，合成彎矩， M= MH指水平平面彎矩，指水平平面彎矩， MV指豎直平面彎矩指豎直平面彎矩W

12、軸計(jì)算截面的抗彎截面系數(shù)，軸計(jì)算截面的抗彎截面系數(shù)， mm3根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩取穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩取 =0.3脈動循環(huán)變化的轉(zhuǎn)矩取脈動循環(huán)變化的轉(zhuǎn)矩取 =0.6對稱循環(huán)變化的轉(zhuǎn)矩取對稱循環(huán)變化的轉(zhuǎn)矩取 =1-1 b對稱循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下軸材料的許用彎曲應(yīng)力對稱循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下軸材料的許用彎曲應(yīng)力 MPa0.1dTMWM1322e22VHMM22VHMM12-4 12-4 軸的工作能力計(jì)算軸的工作能力計(jì)算設(shè)計(jì)公式：設(shè)計(jì)公式： 有鍵槽的計(jì)算截面，應(yīng)將軸徑加大有鍵槽的計(jì)算截面，應(yīng)將軸徑加大5（單鍵）或（單鍵）或10（雙鍵）（雙鍵）mm 0.1Md31e 遠(yuǎn)古遠(yuǎn)古

13、“鉆木取火鉆木取火”的具體方法雖不易確定，但是肯定與孔加工技術(shù)有的具體方法雖不易確定，但是肯定與孔加工技術(shù)有關(guān)。在新石器時(shí)代的晚期，一些石器和玉器上鉆有細(xì)長孔，如甘肅永昌鴛關(guān)。在新石器時(shí)代的晚期，一些石器和玉器上鉆有細(xì)長孔，如甘肅永昌鴛鴦池就出土過一個(gè)管狀石器，上面的孔徑不足，而長達(dá)鴦池就出土過一個(gè)管狀石器，上面的孔徑不足，而長達(dá)，顯然是使用專門的工具加工而成。舞鉆和牽鉆是古代兩種常用的鉆孔，顯然是使用專門的工具加工而成。舞鉆和牽鉆是古代兩種常用的鉆孔工具。舞鉆依靠橫木桿上下往復(fù)運(yùn)動，橫木桿則通過其上的皮條帶動鉆桿工具。舞鉆依靠橫木桿上下往復(fù)運(yùn)動，橫木桿則通過其上的皮條帶動鉆桿往復(fù)轉(zhuǎn)動，鉆桿下

14、端裝有鉆頭，即行鉆孔。牽鉆是依靠橫木桿上的繩索纏往復(fù)轉(zhuǎn)動，鉆桿下端裝有鉆頭，即行鉆孔。牽鉆是依靠橫木桿上的繩索纏繞鉆桿，當(dāng)橫木桿被牽動時(shí)，其上的繩索就帶動鉆桿往復(fù)轉(zhuǎn)動，鉆頭即行繞鉆桿，當(dāng)橫木桿被牽動時(shí)，其上的繩索就帶動鉆桿往復(fù)轉(zhuǎn)動，鉆頭即行鉆孔。舞鉆和牽鉆上的鉆桿，也許是傳動軸最早的雛形。鉆孔。舞鉆和牽鉆上的鉆桿，也許是傳動軸最早的雛形。 車的發(fā)明距今約有年的歷史。各種形式車輪的演變，反映出車的發(fā)明距今約有年的歷史。各種形式車輪的演變，反映出車的發(fā)展過程。無論是載人車、載物車，還是戰(zhàn)車（圖車的發(fā)展過程。無論是載人車、載物車，還是戰(zhàn)車（圖），都），都對車軸的結(jié)構(gòu)、制造乃至潤滑等方面提出了越來越高的要求。另外，滑車、對車軸的結(jié)構(gòu)、制造乃至潤滑等方面提出了越來越高的要求。另外，滑車、轆轤和絞車等起重機(jī)械也都離不開軸。轆轤是以人力為原動力，主要用于轆轤和絞車等起重機(jī)械也都離不開軸。轆轤是以人力為原動力，主要用于汲水，其核心零件就是輪軸。絞車的結(jié)構(gòu)和原理與轆轤基本相同，只是絞汲水，其核心零件就是輪軸。絞車的結(jié)構(gòu)和原理與轆轤基本相同，只是絞車的手柄半徑比轆轤卷軸的半徑要大很多，因此在提升重物時(shí)更為省力。車的手柄半徑比轆轤卷軸的半徑要大很多，因此在提升重物時(shí)更為省力。湖北銅綠山礦冶遺址發(fā)現(xiàn)了戰(zhàn)國時(shí)期的湖北