已看 已看 機(jī)械設(shè)計(jì)第1章 軸

1、 第第1章軸章軸1.1 軸的分類與選材軸的分類與選材一、軸的分類一、軸的分類 1、軸的用途：、軸的用途： 支承回轉(zhuǎn)零件實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動、傳遞轉(zhuǎn)矩。支承回轉(zhuǎn)零件實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動、傳遞轉(zhuǎn)矩。 2、軸的分類：、軸的分類： (1)按軸的中心線分：按軸的中心線分： 直軸，階梯軸、錐軸直軸，階梯軸、錐軸 曲軸，主要用于作往復(fù)運(yùn)動曲軸，主要用于作往復(fù)運(yùn)動 鋼絲軟軸鋼絲軟軸 (2)按軸的受力狀態(tài)分：按軸的受力狀態(tài)分： 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸同時(shí)受轉(zhuǎn)矩和彎矩同時(shí)受轉(zhuǎn)矩和彎矩 心軸心軸只受彎矩，不受轉(zhuǎn)矩只受彎矩，不受轉(zhuǎn)矩 傳動軸傳動軸只受轉(zhuǎn)矩，不受彎矩只受轉(zhuǎn)矩，不受彎矩 轉(zhuǎn)動的心軸轉(zhuǎn)動的心軸受變應(yīng)力受變應(yīng)力 不轉(zhuǎn)動的心軸不轉(zhuǎn)動的心軸受

2、靜應(yīng)力；受靜應(yīng)力； 傳動軸傳動軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸固定心軸固定心軸轉(zhuǎn)動心軸轉(zhuǎn)動心軸 試分析圖示試分析圖示巻巻揚(yáng)機(jī)中各軸所受的載荷，并由此判揚(yáng)機(jī)中各軸所受的載荷，并由此判斷各軸的類型。斷各軸的類型。舉例：舉例：P二、軸的設(shè)計(jì)二、軸的設(shè)計(jì)包括兩部分內(nèi)容：包括兩部分內(nèi)容：1、工作能力設(shè)計(jì)：、工作能力設(shè)計(jì)： 強(qiáng)度問題、剛度問題、高速轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度問題、剛度問題、高速轉(zhuǎn)軸的 振動穩(wěn)定性；振動穩(wěn)定性；2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：軸上零件在軸上有確定的位置；軸上零件在軸上有確定的位置； 軸上零件與軸的徑向、軸向、周向軸上零件與軸的徑向、軸向、周向 固定；固定； 良好的工藝性；如：加工、熱處理、良好的工藝性；如：加工

3、、熱處理、 裝配、檢驗(yàn)、維修等；裝配、檢驗(yàn)、維修等；三、軸的材料三、軸的材料軸的材料應(yīng)具有一定的強(qiáng)度、剛度、韌性、耐磨性和軸的材料應(yīng)具有一定的強(qiáng)度、剛度、韌性、耐磨性和 耐腐蝕性，主耐腐蝕性，主要采用碳素鋼與合金鋼。要采用碳素鋼與合金鋼。 碳素鋼：碳素鋼：對應(yīng)力集中的敏感性較小，應(yīng)用廣泛。對應(yīng)力集中的敏感性較小，應(yīng)用廣泛。 常用的有常用的有3050鋼，最常用的是鋼，最常用的是45鋼。鋼。 為保證其力學(xué)性能，應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。為保證其力學(xué)性能，應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。合金鋼：合金鋼：具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，可淬性也較好。具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，可淬性也較好。 可用于傳遞功率大、減少質(zhì)量、提高軸頸耐磨性

4、。可用于傳遞功率大、減少質(zhì)量、提高軸頸耐磨性。 常用常用20Cr、40Cr等等合金鑄鐵或球墨鑄鐵：合金鑄鐵或球墨鑄鐵：吸振性較高、熱處理后獲得所需的吸振性較高、熱處理后獲得所需的 耐磨性、耐磨性、 對應(yīng)力集中敏感性也較低、可靠性不如對應(yīng)力集中敏感性也較低、可靠性不如 鋼制軸鋼制軸1.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的設(shè)計(jì)過程：初估軸徑軸的設(shè)計(jì)過程：初估軸徑確定軸的結(jié)構(gòu)確定軸的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算一、軸的組成：一、軸的組成：1、軸的毛坯、軸的毛坯 ： 圓鋼（棒料車制）圓鋼（棒料車制）常用于尺寸較小的軸常用于尺寸較小的軸 鍛造毛坯鍛造毛坯常用于尺寸較大的軸常用于尺寸較大的軸 鑄造毛坯鑄造毛坯應(yīng)用很少

5、應(yīng)用很少 焊接的毛坯焊接的毛坯節(jié)約貴重的合金鋼或優(yōu)質(zhì)鋼，或是節(jié)約貴重的合金鋼或優(yōu)質(zhì)鋼，或是 為了解決大件鍛造的困難。為了解決大件鍛造的困難。2、軸的組成：軸頸、軸頭、軸身、軸的組成：軸頸、軸頭、軸身 軸頸軸頸軸上被支承部分；軸上被支承部分； 軸頭軸頭安裝輪轂部分；安裝輪轂部分； 軸身軸身聯(lián)接軸頸和軸頭的部分聯(lián)接軸頸和軸頭的部分二、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟二、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟1、分析軸的工作狀況，擬訂軸上零件的裝配方案和軸在、分析軸的工作狀況，擬訂軸上零件的裝配方案和軸在 機(jī)器中的安裝情況機(jī)器中的安裝情況2、根據(jù)已知的近似載荷，初估軸徑、根據(jù)已知的近似載荷，初估軸徑3、根據(jù)受力、安裝、固定及裝配的要求確

6、定徑向尺寸、根據(jù)受力、安裝、固定及裝配的要求確定徑向尺寸4、根據(jù)零件的位置、配合長度、支承結(jié)構(gòu)和形式確定軸、根據(jù)零件的位置、配合長度、支承結(jié)構(gòu)和形式確定軸 向尺寸向尺寸5、考慮加工和裝配的工藝性使軸結(jié)構(gòu)更加合理、考慮加工和裝配的工藝性使軸結(jié)構(gòu)更加合理擬定軸上零件的裝配方案擬定軸上零件的裝配方案 原則：原則：1）軸的結(jié)構(gòu)越簡單越合理）軸的結(jié)構(gòu)越簡單越合理 2）裝配越簡單、方便越合理）裝配越簡單、方便越合理階梯軸、端部倒角，便于裝拆（如軸肩等）階梯軸、端部倒角，便于裝拆（如軸肩等）定位和固定：軸向、周向、徑向；過定位問題定位和固定：軸向、周向、徑向；過定位問題軸承間隙調(diào)整，軸承端蓋，密封相關(guān)問題軸

7、承間隙調(diào)整，軸承端蓋，密封相關(guān)問題三、零件在軸上的安裝三、零件在軸上的安裝 1、 軸上零件在軸向的固定和定位軸上零件在軸向的固定和定位 方法：軸肩（或軸環(huán)）、套筒、擋圈、圓螺母、錐端方法：軸肩（或軸環(huán)）、套筒、擋圈、圓螺母、錐端 軸頭軸頭當(dāng)用軸肩、軸環(huán)、套筒、當(dāng)用軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母、軸端擋圈進(jìn)行零件圓螺母、軸端擋圈進(jìn)行零件的軸向定位時(shí)，為保證軸向的軸向定位時(shí)，為保證軸向定位可靠，要求與輪轂相配定位可靠，要求與輪轂相配合的軸段長度要略小于輪轂合的軸段長度要略小于輪轂長度長度, ,即即L L軸軸LL轂轂軸端擋圈軸端擋圈 錯誤 正確正確 II II I III II I I12IIIIIIII

8、IIII12軸承端蓋軸承端蓋 鎖緊擋圈、緊定螺釘或銷鎖緊擋圈、緊定螺釘或銷 軸承端蓋與機(jī)座間軸承端蓋與機(jī)座間加墊片，以調(diào)整軸加墊片，以調(diào)整軸的位置的位置 IIIIIIIIIIII12緊定螺釘緊定螺釘當(dāng)軸向力很小時(shí)，可采用緊定當(dāng)軸向力很小時(shí)，可采用緊定螺釘作軸向定位。這種定位方螺釘作軸向定位。這種定位方式結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，零件式結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，零件位置可以調(diào)證并可兼做周向固位置可以調(diào)證并可兼做周向固定。定。軸肩過渡圓角半徑小于軸上零件的圓角半徑或倒角軸肩過渡圓角半徑小于軸上零件的圓角半徑或倒角 r C1 或或 r R軸肩：軸肩： 定位軸肩：簡單可靠，有應(yīng)力集中，多也不利于加工，定位軸肩：簡

9、單可靠，有應(yīng)力集中，多也不利于加工， 軸肩高度一般為軸肩高度一般為58 mm，滾動軸承處的定位，滾動軸承處的定位 按其安裝尺寸確定按其安裝尺寸確定 非定位軸肩：多為配合方便或尺寸過度，軸肩高度一般非定位軸肩：多為配合方便或尺寸過度，軸肩高度一般 12 mm定位軸肩定位軸肩非定位軸肩非定位軸肩h =(2 4）C 或或 Rh = 12 mm軸環(huán)寬度：軸環(huán)寬度：b 1.4 h要求要求r軸軸R孔孔或或r軸軸C孔孔 錯誤錯誤 正確正確錯誤 正確要求軸肩高度要求軸肩高度S四、靜強(qiáng)度計(jì)算四、靜強(qiáng)度計(jì)算校核軸對塑性變形的抵抗能力校核軸對塑性變形的抵抗能力1、按彎扭合成校核、按彎扭合成校核 強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：

10、 0 （ 02 + 3 2 ）1/2 02、按安全系數(shù)法校核、按安全系數(shù)法校核 強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：S0S0 1.4 軸的剛度計(jì)算軸的剛度計(jì)算剛度剛度 變形變形 變形量變形量y、 、 y y, , cmrey一、彎曲一、彎曲剛度計(jì)算剛度計(jì)算方法：當(dāng)量軸徑法、能量法方法：當(dāng)量軸徑法、能量法當(dāng)量軸徑法：階梯軸當(dāng)量軸徑法：階梯軸 光軸光軸 等效光軸直徑：等效光軸直徑：de=( dili)/( li) y、 可根據(jù)材力知識求可根據(jù)材力知識求二、扭轉(zhuǎn)二、扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算剛度計(jì)算 對于實(shí)心軸：對于實(shí)心軸： =(1/G) (Tili)/(0.1di4 ) ) G材料的剪切模量材料的剪切模量M四、提高軸的疲勞強(qiáng)度和剛度的措施四、提高軸的疲勞強(qiáng)度和剛度的措施1、分析軸上零件的特點(diǎn)，減小軸受載荷、分析軸上零件的特點(diǎn)，減小軸受載荷選擇受力方式以減小軸的載荷，改善軸的強(qiáng)度和選擇受力方式以減小軸的載荷，改善軸的強(qiáng)度和剛度 2、改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)，減小應(yīng)力集中、改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)，減小應(yīng)力集中 剖面尺寸大時(shí)采用大過渡圓角半徑剖面尺寸大時(shí)采用大過渡圓角半徑 倒角小時(shí)可采用內(nèi)凹圓角、加裝隔離帶倒角小時(shí)可采用內(nèi)凹圓角、加裝隔離帶 在非受載區(qū)切制螺紋在非受載區(qū)切制螺紋 加開卸載槽加開卸載槽3、改進(jìn)軸的表面質(zhì)量，提高軸的疲勞強(qiáng)度、改進(jìn)軸的表面質(zhì)量，提高軸的疲勞強(qiáng)度 減小表面粗糙度、對零件進(jìn)行表面硬化處理減小表面粗