軸的設(shè)計(jì)與制作

設(shè)計(jì)題目:軸的設(shè)計(jì)與制作設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求:1、了解軸的設(shè)計(jì)和制作的一般步驟和方法。2、運(yùn)用工程力學(xué)知識(shí)進(jìn)行力學(xué)模型分析。3、運(yùn)用工藝知識(shí)合理安排加工工藝。4、通過(guò)課程練習(xí)達(dá)到掌握一般通用零部件設(shè)計(jì)思路和方法。5、培養(yǎng)撰寫論文的能力。通過(guò)這個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，使我們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)這門課程有了一個(gè)基本的了解。在眾多章節(jié)中，我選擇“軸的設(shè)計(jì)和加工”作為我本學(xué)期的結(jié)課課題。在學(xué)習(xí)這一章的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)本章所涉及的知識(shí)十分豐富，與實(shí)際聯(lián)系緊密，而且綜合了機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、材料力學(xué)、加工工藝、公差配合等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，對(duì)于各個(gè)學(xué)科知識(shí)的理解和運(yùn)用十分有益。下面我就以設(shè)計(jì)計(jì)算法對(duì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工進(jìn)行說(shuō)明。如圖所示：設(shè)計(jì)斜齒圓柱齒輪減速器的從動(dòng)軸（Ⅱ軸）。

已知：傳遞功率P=8KW，從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速n=280r/min，分度圓直徑d=265mm，圓周力Ft=763.8N，軸向力Fa=405.7N。齒輪輪轂寬度為60mm，工作時(shí)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承采用深溝球軸承。第一部分:軸的設(shè)計(jì)首先，對(duì)圖紙進(jìn)行分析。減速器的工作原理就是通過(guò)小齒輪與大齒輪的互相嚙合，從而達(dá)到減速的目的。由P=FV可知，在P恒定的情況下，V減小，F(xiàn)增大。所以，通過(guò)減速器可以達(dá)到最大的扭矩。由圖可知，Ⅲ為整個(gè)減速器的動(dòng)力部分，即電機(jī)。Ⅰ為高速軸，Ⅱ?yàn)榈退佥S。Ⅰ軸通過(guò)聯(lián)軸器與電機(jī)Ⅲ相連。Ⅱ軸也通過(guò)聯(lián)軸器與輸出部分相連。在明白減速器各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)和作用后，開(kāi)始對(duì)從動(dòng)軸Ⅱ進(jìn)行設(shè)計(jì)。一、選擇材料，確定許用應(yīng)力通過(guò)已知條件和查閱相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)得知，該減速器所傳遞的功率屬于中小型功率。因此周所承受的扭矩不大。故選擇45號(hào)鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。（由于45號(hào)鋼成本適中，且經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理后，可提高其綜合性能，所以選為本軸的制作材料。）由手冊(cè)查得45號(hào)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后強(qiáng)度極限δB=650MPa，彎曲應(yīng)力[δ-1b]=60MPa二、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑由于手冊(cè)查得C=118～107。由公式d≥CP/N=（1O7～118）8/280=32.7～36.1mm由于考慮到軸的最小直徑處要安裝聯(lián)軸器，會(huì)有鍵槽存在，故將估算直徑加大3%～5%，取為33.68～37.91mm。最后經(jīng)由設(shè)計(jì)手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)直徑d1=35mm。三、設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制結(jié)構(gòu)草圖由于設(shè)計(jì)的單級(jí)減速器，可將齒輪布置在箱體內(nèi)部中央，將軸承對(duì)稱安裝在齒輪兩側(cè)，軸的外伸端安裝聯(lián)軸器。⑴.確定軸上零件的固定位置和固定方式要確定軸的結(jié)構(gòu)形狀，必須先確定軸上零件的拆裝順序和固定方式。由經(jīng)驗(yàn)判斷，齒輪多從軸的右端裝入，齒輪的左端用軸肩（或軸環(huán)）定位，右端用套筒固定。這樣，齒輪在軸上的軸向位置被完全確定。齒輪的周向固定采用平鍵連接。軸承對(duì)稱安裝于齒輪的兩側(cè)，其軸向用軸肩固定，軸向采用過(guò)盈配合固定。⑵.確定各軸段的直徑由扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算出軸徑為35mm。這是軸的最小尺寸，即安裝聯(lián)軸器的外伸端①，d1=35mm；由于要對(duì)①上的聯(lián)軸器進(jìn)行定位，所以軸段②應(yīng)有軸肩，由于軸段②上裝軸承，所以軸段②應(yīng)上磨床加工，另外為了裝拆軸承的方便，故將軸段②直徑定為d2=40mm；同理，出于對(duì)裝拆軸承方便，故將軸段③和④的直徑定為d3=45mm、d4=55mm、d5=47mm。⑶.確定各軸段的長(zhǎng)度齒輪輪轂寬度為60mm，為保證齒輪固定可靠，軸段③的長(zhǎng)度應(yīng)略短于齒輪輪轂

寬度，取為58mm；為保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪端面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)留有一定的間距，取該距離為15mm；為保證軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為18），并考慮軸承的潤(rùn)滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為5mm；所以軸段④的長(zhǎng)度為20mm，軸承支點(diǎn)距離l=118mm，根據(jù)箱體結(jié)構(gòu)及聯(lián)軸器距軸承蓋有一定距離的要求，取l'=75mm；查閱有關(guān)聯(lián)軸器手冊(cè)取l'為70mm；在軸段①、③上分別加工出鍵槽，使兩鍵槽處于軸的同一圓柱母線上，鍵槽的長(zhǎng)度比相應(yīng)的輪轂寬度小5～10mm，鍵槽的剖面尺寸按軸段直徑查手冊(cè)得到.（4）選定軸的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)如圓角、倒角、退刀槽、越程槽等的尺寸，這些尺寸均可查手冊(cè)得到。(5)軸的結(jié)構(gòu)草圖四、按彎矩合成強(qiáng)度校核1.軸的受力圖Ft2＝FHA＋FHBFHA＝FHB∴FHA＝FHB＝＝1030NFVA＝－＝(－)N＝-73.65NFVB＝Fr2－FVA＝(763.8-(-73.65))N2.水平面內(nèi)彎矩圖Ⅰ-Ⅰ截面彎矩:MHⅠ＝FHA·＝1030×N·mm＝60770N·mmⅡ-Ⅱ截面彎矩:MHⅡ＝1030×29N·mm＝29870N·mm3.垂直面內(nèi)彎矩圖Ⅰ-Ⅰ截面左側(cè)彎矩:MVⅠ左＝FVA·＝-73.65×N·mm＝-4345N·mmⅠ-Ⅰ截面右側(cè)彎矩:MVⅠ右＝FVB·＝837.5×N·mm＝49410N·mmⅡ-Ⅱ截面彎矩:MVⅡ＝FVB×29＝837.5×29N·mm＝24287.5N·mm4.合成彎矩圖M＝Ⅰ-Ⅰ截面彎矩:MⅠ左＝＝N·mm＝60925N·mmMⅠ右＝＝N·mm＝78320N·mmⅡ-Ⅱ截面彎矩:MⅡ＝＝N·mm＝39776N·mm5.扭矩圖T＝＝N·mm＝272900N·mm6.計(jì)算當(dāng)量彎矩因減速器單向運(yùn)轉(zhuǎn)，故可認(rèn)為轉(zhuǎn)矩為脈動(dòng)循環(huán)變化，修正系數(shù)α為0.6。Ⅰ-Ⅰ截面：MeⅠ＝＝N·mm＝181500N·mmⅡ-Ⅱ截面:MeⅡ＝＝N·mm＝168502N·mm7.確定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度由扭矩圖可以看出，截面Ⅰ-Ⅰ和截面Ⅱ-Ⅱ所受轉(zhuǎn)矩相同，但彎矩MeⅠ＞MeⅡ，且軸上還有鍵槽，故截面Ⅰ-Ⅰ可能為危險(xiǎn)截面。但由于軸徑d3＞d2，故也應(yīng)對(duì)截面Ⅱ-Ⅱ進(jìn)行校核。Ⅰ-Ⅰ截面：σeⅠ＝＝＝Mpa＝19.9MpaⅡ-Ⅱ截面:σeⅡ＝＝＝Mpa＝26.3Mpa查表得：［σ-1b］＝60Mpa∵σe≤［σ-1b］∴設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度。第二部分:軸的加工一、車制軸類零件常用的車刀①

高速鋼精車刀：1刀片材料：YT302應(yīng)用范圍：適用于細(xì)長(zhǎng)及細(xì)小零件的精加工，也可以加工有色金屬及非金屬材料②彎頭車刀：1刀片材料：YT5、YT152適用范圍：用于鋼件的粗車和半精車外圓、端面

③75外圓車刀：1刀片材料：YT5、YT152應(yīng)用范圍：粗車各種鋼，鍛件和鑄鋼件。

④90外圓車刀：1刀片材料：YT5、YT30（75鑄鐵粗車刀、45鑄鐵精車刀、不銹鋼精車刀、鋁合金彎頭車刀、90可轉(zhuǎn)位外圓車刀、90機(jī)夾集屑車刀等）二、車制軸類零件的按夾方法1用四爪單動(dòng)卡盤裝夾：這種方法雖然加緊力大，但使用不便。適用于裝夾大型或形狀不規(guī)則的工件2用三爪自定心盤裝夾：用這種方法裝夾效率高，但夾緊力沒(méi)有四爪的大，適用于外觀規(guī)則，長(zhǎng)度不太大的中小型零件。3用兩頂尖裝夾：這種方法裝夾方便，不需找正，而且精度高，適用于長(zhǎng)度較長(zhǎng)或必須多次裝夾才能完成的工件。4用反向頂尖不停機(jī)裝夾：這種方法上靠反向頂尖頂緊時(shí)的摩擦力來(lái)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，所以生產(chǎn)效率高，但車削時(shí)要頂緊后頂尖，否則容易打刀。適用于直徑小于50mm，長(zhǎng)度與最小直徑直比小于12，精度要求不高的軸類零件。5用一夾一頂裝夾：夾緊剛性比兩頂尖好。工作時(shí)要加限位支撐適用于重負(fù)荷。6在兩頂尖中加中心架：用于增加工件的裝夾剛性，適用于細(xì)長(zhǎng)軸零件。三、中心孔的類型1A型：適用于精度要求一般的軸類零件。2B型；適用于精度要求較高，工序較多的軸類零件。3C型：使用于重型軸類零件作吊運(yùn)時(shí)使用。4R型：適用于定位精度要求高的軸類零件。中心孔的尺寸從手冊(cè)中查得四、工作余量的確定由手冊(cè)查得（圖紙家標(biāo)注尺寸+加工余量=毛坯軸尺寸）五、軸類零件的測(cè)量1測(cè)量軸類零件常用的量具：⑴游標(biāo)卡尺

⑵外徑千分尺⑶百分尺⑷軸用量規(guī)在了解這些基礎(chǔ)知識(shí)之后，就可以開(kāi)始對(duì)軸的加工了。在確定好以45號(hào)鋼為原料以后，開(kāi)始正式的加工了，首先對(duì)毛坯軸進(jìn)行車斷面的處理，去掉毛刺。然后鉆出中心孔，由于該軸尺寸不大，且形狀規(guī)則，故選擇用三爪自定心盤裝夾。接著開(kāi)始車外圓。第一遍要粗車，并且單邊要保留2-3mm，這是為了保證調(diào)質(zhì)變形后加工余量足夠。介于此軸各個(gè)軸段的軸徑相