第23講機械設(shè)計軸

第十五章軸§15-1概述1軸的用途及分類2軸的設(shè)計3軸的材料1軸的用途及分類軸的功用支撐回轉(zhuǎn)零件，傳遞運動和動力。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)動心軸和固定心軸。固定心軸固定件轉(zhuǎn)動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)動心軸

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

①曲軸：通過連桿可將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動。如汽車發(fā)動機曲軸。潘存云教授研制

②直軸：直軸又分為光軸、階梯軸；實心軸、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)運動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)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計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)計保證軸具有足夠的承載能力，根據(jù)工作要求對軸進行強度計算、剛度計算、振動穩(wěn)定性計算等。軸設(shè)計應(yīng)解決的兩方面問題軸的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則軸的失效形式：設(shè)計準(zhǔn)則：斷裂、塑性變形過大的彈性變形共振軸的強度計算軸的剛度計算軸的振動穩(wěn)定性計算根據(jù)總體結(jié)構(gòu)的要求進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的承載能力驗算驗算合格?結(jié)束yesno軸的設(shè)計過程是：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.傳遞大動力，要求減少尺寸及重量，提高強度、耐磨性時：40Cr40CrNi40MnB

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

20Cr20CrMnTi20Cr2Ni4A等，表面處理（滲碳淬火、氧化、氮化），表面強化處理（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各軸段直徑和長度的確定4軸的結(jié)構(gòu)工藝性5提高軸的強度的常用措施軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要要求：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，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)計時可擬定幾種裝配方案，進行分析與選擇。圖示減速器輸出軸就有兩種裝配方案。潘存云教授研制saBcLa圓錐圓柱齒輪二級減速器方案二需要一個用于軸向定位的長套筒，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：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，將不利于加工。設(shè)計時注意：a.滾動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：a.簡單可靠c.簡化了軸的結(jié)構(gòu)且不削弱軸的強度。b.可實現(xiàn)兩端定位。設(shè)計時注意：a.如兩零件的間距較大時，不宜采用套筒定位。b.如軸的轉(zhuǎn)速很高時，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，降低軸的疲勞強度雙圓螺母主要用于軸端或軸上兩零件間距較大時。

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：承受軸向力能力較差，適用于軸向力不大的場合。彈性擋圈緊釘螺定鎖緊擋圈6圓錐面定位特點：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：可承受較大的軸向力，通常通過螺釘或榫槽與箱體聯(lián)接，通過軸承可對整個軸起軸向定位作用

⑵零件的周向定位作用：防止和限制軸上零件與軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。常用定位零件：鍵、花鍵、銷、緊釘螺定、有時可用過盈配合、型面聯(lián)接等。3各軸段直徑和長度的確定⑴各軸段直徑的確定首先按扭轉(zhuǎn)強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各軸段長度的確定軸的各段長度主要是根據(jù)軸上零件的寬度及它們的相對位置來確定。在確定軸長時注意：

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度一般應(yīng)比輪轂長度短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提高軸的強度的常用措施盡量減小懸臂長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；軸上幾個傳動件時，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