《汽車機械基礎》項目十三-軸

12返回項目十三軸13.1軸的概述13.2軸的結構設計要求１３.１軸的概述１３.１.１軸的類型軸的類型很多。按所受載荷性質可分為傳動軸、心軸和轉軸。１)傳動軸只承受轉矩而不承受彎矩或承受彎矩很小的軸。如汽車的傳動軸(圖１３-１)。２)心軸只承受彎矩的軸。它分為固定心軸。如自行車前輪軸[圖１３-２(ａ)]。和轉動心軸。如滑輪軸[圖１３-２(ｂ)]。３)轉軸同時承受轉矩和彎矩的軸。如減速器軸(圖１３-３)。機器中大多數(shù)軸都屬于這類。按軸線的形狀不同可分為直軸(圖１３-４)、曲軸(圖１３-５)和撓性軸(圖１３-６)。此外。軸還可分為光軸和階梯軸等。下一頁返回１３.１軸的概述１３.１.２軸的材料選擇軸的材料時。首先考慮應具有足夠的強度和剛度。同時還應考慮對應力集中的敏感性、工藝性及經(jīng)濟性等因素。常用的材料主要有碳素鋼、合金鋼。其次是球墨鑄鐵和高強度鑄鐵。碳素鋼有足夠高的強度。比合金鋼價廉。應力集中敏感性差。可以進行各種熱處理(調(diào)質、正火、淬火等)及機械加工。材料來源方便。故應用最廣。一般機器中的軸。采用３５、４０、４５、５０等優(yōu)質中碳鋼。其中以４５鋼經(jīng)調(diào)質處理最為常用。對受力較小和不重要的軸也可采用碳素結構鋼。如Ｑ２３５Ａ和Ｑ２７５Ａ。下一頁返回上一頁１３.１軸的概述合金鋼比碳素鋼具有更高的機械性能和更好的淬透性。用于制造高速、重載的軸。或受力大而要求尺寸小、重量輕的軸。以及處于高溫、低溫或腐蝕介質中工作的軸。常用的合金鋼有２０Ｃｒ、３８ＳｉＭｎＭｏ、３５ＳｉＭｎ、４０ＭｎＢ等。但合金鋼對應力集中較敏感。且價格較貴。在一般工作溫度下。合金鋼和碳鋼具有相近的彈性模量。所以采用合金鋼并不能提高軸的剛度。對于形狀復雜的軸也可采用球墨鑄鐵和高強度鑄鐵。鑄造工藝性好。具有吸振性好、強度較高、成本低等優(yōu)點。但鑄件質量不易控制。球墨鑄鐵和高強度鑄鐵的機械強度比碳鋼低。易于得到較復雜的外形。耐磨性好。對應力集中敏感性低。故應用日趨增多。軸的常用材料可參閱表１３-１。下一頁返回上一頁１３.１軸的概述１３.１.３軸的設計基本準則一般情況下。軸設計的基本準則應該滿足以下兩個要求:１)具有足夠的承載能力。即軸必須具有足夠的強度和剛度。以保證能正常工作。２)具有合理的結構。應使軸上零件定位和固定可靠且便于裝拆。同時軸加工方便、成本降低。返回上一頁１３.２軸的結構設計要求圖１３-７所示為一齒輪減速器軸。安裝輪轂的部分①、④稱為軸頭。軸上被支承的部分③、⑦稱為軸頸。連接軸頸和軸頭的部分②、⑥稱為軸身。軸上的環(huán)形部分⑤稱為軸環(huán)。軸的結構設計就是合理地定出軸的各部分幾何形狀和尺寸。保證軸具有足夠的強度和剛度。由于影響軸的結構因素很多。具體情況各異。所以軸沒有標準結構。結構設計時。主要考慮以下幾方面的問題。１.軸上零件的裝配方案軸的結構設計就是合理地定出軸的各部分幾何形狀和尺寸。保證軸具有足夠的強度和剛度。由于影響軸的結構因素很多。具體情況各異。所以軸沒有標準結構。結構設計時。主要考慮以下幾方面的問題。１.軸上零件的裝配方案下一頁返回１３.２軸的結構設計要求２.軸上零件的定位和固定軸上的每個零件都應該有確定的工作位置。既要定位準確。又要固定牢靠。一般情況下。應在軸向和周向均加以固定。(１)軸上零件的軸向定位和固定為防止軸上零件的軸向移動。常需軸向定位。常用的方法有以下幾種:１)軸肩或軸環(huán)。用于傳遞軸向力的軸肩。是最簡單可靠的結構。為了保證軸上零件端面能靠緊軸肩(或軸環(huán))定位面。軸肩(或軸環(huán))的過渡圓角半徑ｒ必須小于軸上零件轂孔的圓角半徑ｒ１

[圖１３-８(ａ)]或倒角高度Ｃ１[圖１３-８(ｂ)]。軸肩(或軸環(huán))的高度ｈ應取(０.０７ｄ＋３ｍｍ)~(０.１ｄ＋５ｍｍ)。軸環(huán)寬度一般?。狻郑?４ｈ。滾動軸承的定位軸肩尺寸。下一頁返回上一頁１３.２軸的結構設計要求由軸承標準規(guī)定的尺寸確定。僅為加工和裝配方便而設計的非定位軸肩。軸肩高度和過渡圓角半徑?jīng)]有嚴格的規(guī)定。一般可取軸肩高度ｈ＝１.５~２ｍｍ。半徑ｒ≤(Ｄ－ｄ)/２。２)套筒。當軸上兩零件相距較近時。使用套筒來相對固定(圖１３-９)。為使軸上零件定位可靠。應使軸段長度比零件轂長短２~３ｍｍ。但套筒與軸配合較松。兩者難以同心。不適宜用在高速轉軸上。３)圓螺母。當軸上兩個零件之間的距離較大?？刹捎脠A螺母壓緊零件端面來軸向固定(圖１３-１０)。圓螺母定位裝拆方便。能傳遞較大的軸向力。下一頁返回上一頁１３.２軸的結構設計要求４)軸端擋板。當零件位于軸端時?？梢杂幂S端擋板與軸肩、軸端擋板與圓錐面相結合來雙向固定零件。如圖１３-１１所示。聯(lián)軸器由軸端擋板與錐面固定。該方法簡單可靠、裝拆方便。常用于有沖擊載荷的場合。５)彈性擋圈。在軸上切出環(huán)形槽。將彈性擋圈嵌入槽中。利用它的側面壓緊被定位零件的端面(圖１３-１２)。這種定位方法工藝性好、裝拆方便。但對軸的強度削弱較大。常用于所受軸向力小而剛度大的軸。６)緊定螺釘。這種定位方法常用于光軸(圖１３-１３)。結構簡單。但只能承受較小的軸向力。下一頁返回上一頁１３.２軸的結構設計要求(２)軸上零件的周向定位和固定周向定位的目的是限制軸上零件繞軸線轉動。這種定位通常是以輪轂與軸聯(lián)接的形式出現(xiàn)。常用的周向定位和固定方法有:鍵連接、花鍵連接、銷連接、成形連接及過盈配合連接等。定位和固定方法根據(jù)其傳遞轉矩的大小和性質、零件對中精度的高低、加工難易等因素來選擇。３.良好的制造工藝性軸的結構應盡量簡單。便于加工。當軸上有兩個以上鍵槽時。應將鍵槽開在軸的同一母線上。以便一次裝夾就能加工。同一軸上所有圓角半徑、倒角尺寸盡可能一致。以減少換刀次數(shù)及裝夾時間。需要磨削的軸段。應留有砂輪越程槽[圖１３-１４(ａ)]。需要車螺紋的軸段。應留有退刀槽[圖１３-１４(ｂ)]。下一頁返回上一頁１３.２軸的結構設計要求４.減小應力集中軸的截面尺寸突變會造成應力集中。相鄰軸段的直徑相差不宜過大。在直徑變化處。盡量采用圓角過渡。圓角半徑盡可能大。在重要的結構中。若增大定位軸肩過渡圓角半徑有困難?？刹捎冒记袌A角[圖１３-１５(ａ)]、過渡肩環(huán)[圖１３-１５(ｂ)]等結構。以增加軸肩處過渡圓角半徑和減小應力集中。當采用緊定螺釘、彈性擋圈、圓錐銷釘、圓螺母等定位時。需要在軸上加工出凹坑、環(huán)槽、橫孔、螺紋。引起較大的應力集中。應盡量避免使用。返回上一頁圖１３-１傳動軸返回圖１３-２心軸返回圖１３-３轉軸返回圖１３-３轉軸返回圖１３-４直軸返回圖１３-５曲軸返回圖１３-６撓性軸返回表１３-１軸的常用材料及其主要機械性能返回表１３-１軸的常用材料及其主