精密機(jī)械設(shè)計(jì)課件：軸和常見精密軸系 -

軸和常見精密軸系4.1概述

軸是軸系的核心零件做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件，必須裝在軸上后才能實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。軸的分類

（1）按載荷和應(yīng)力的不同，分為三種：

心軸——隨同回轉(zhuǎn)零件一起或不一起轉(zhuǎn)動(dòng)。只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)動(dòng)心軸受變應(yīng)力，不轉(zhuǎn)動(dòng)心軸受靜應(yīng)力。

轉(zhuǎn)軸——既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩。

傳動(dòng)軸——主要承受轉(zhuǎn)矩。（2）按軸的中心線的不同，分為三種：

直軸——軸的各截面中心在同一直線上。光軸、階梯軸；實(shí)心軸、空心軸

曲軸——軸的各截面中心不在同一直線上。曲軸通常是專用零件

軟軸——軸線可變，把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳到任何位置。4.1概述非旋轉(zhuǎn)心軸型

4.1概述4.1概述傳動(dòng)軸支承4.1概述4.1概述4.1概述精密軸系是很多精密機(jī)械和精密儀器的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量直接影響儀器的使用和精度。多數(shù)精密軸系由軸和軸套組成

通常儀器對(duì)軸系的要求：a.較高的回轉(zhuǎn)精度；b.運(yùn)動(dòng)應(yīng)靈活、輕便平滑，無卡滯和跳動(dòng)現(xiàn)象；c.具有足夠的剛度；d.良好的結(jié)構(gòu)工藝性；e.較長(zhǎng)的使用壽命。常見的精密軸系有標(biāo)準(zhǔn)圓柱形軸系、圓錐形軸系、半運(yùn)動(dòng)式柱形軸系和平面軸系。

4.1概述設(shè)計(jì)軸時(shí)的考慮因素：

回轉(zhuǎn)精度、強(qiáng)度、剛度、熱變形、振動(dòng)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)工藝性。設(shè)計(jì)內(nèi)容：

選材、確定軸的結(jié)構(gòu)、計(jì)算軸的強(qiáng)度和剛度，計(jì)算軸的振動(dòng)穩(wěn)定性（高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸），繪制出軸的零件工作圖。軸的設(shè)計(jì)要與軸承、軸系零件統(tǒng)一考慮。4.2.1軸的材料及其選擇（表4-1）1、選材原則：根據(jù)軸的工作能力（強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)穩(wěn)定性、耐磨性等）、熱處理方式、制造工藝性——經(jīng)濟(jì)合理。2、常用材料

碳素鋼——對(duì)應(yīng)力集中敏感性小，價(jià)格低廉，常用。

45、35、50（調(diào)質(zhì)or正火），Q235、Q275

合金鋼——較高的力學(xué)性能和熱處理性能，用于受力較大且尺寸較小、重量輕和耐磨性高的軸。

20Cr、40Cr、含Mo合金鋼。4.2軸4.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足：①軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的軸向工作位置，并便于裝拆和調(diào)整；②軸應(yīng)有良好的加工工藝性。軸頸——軸上被支承的部位；

軸頭——安裝輪轂的部位；軸身——聯(lián)結(jié)軸頸與軸頭的部分。

1.軸的外形結(jié)構(gòu)（圖4.3）在滿足工作要求的前提下，軸的外形結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

1）確定并繪出軸的全部結(jié)構(gòu)和尺寸；2）制定出滿足使用要求的技術(shù)條件。4.2軸2.零件在軸上的固定方法

軸肩、軸環(huán)－簡(jiǎn)單可靠，不需附加零件，承受較大軸向力；但使直徑增大，階梯處產(chǎn)生應(yīng)力集中。4.2軸（1）零件在軸上的軸向固定

a=(0.07～0.1)ｄ；b=1.4a

定位面—內(nèi)圓角半徑r應(yīng)小于零件上倒角C或外圓角半徑R。

套筒－簡(jiǎn)單可靠，簡(jiǎn)化軸的結(jié)構(gòu)且不消弱軸的強(qiáng)度；常用于軸上兩個(gè)近距零件間的相對(duì)固定；不宜用于高速轉(zhuǎn)軸；套筒內(nèi)徑與軸的配合較松。螺母－固定可靠，承受較大軸向力，能實(shí)現(xiàn)軸上零件的間隙調(diào)整；常用于兩零件的間距較大除，亦可用于軸端；為減小對(duì)軸的強(qiáng)度的消弱，常用細(xì)牙螺紋；為防松，須加止動(dòng)墊圈或使用雙螺母。4.2軸軸端擋圈－工作可靠，承受較大軸向力；只用于軸端，且采用止動(dòng)墊片等防松措施。錐面－裝拆方便，且可兼作周向定位；宜用于高速、沖擊及對(duì)中性要求高的場(chǎng)合。彈性擋圈－結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，裝拆方便，但受力較小，且軸上切槽引起應(yīng)力集中；常用于軸承的固定。緊定螺釘、鎖緊擋圈－結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但受力較小，不適于高速場(chǎng)合。（2）零件在軸上的周向固定

鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接、緊定螺釘、過盈聯(lián)接等。見“鍵聯(lián)接”、“齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”部分

4.2軸良好的加工工藝性（1）軸的直徑變化盡可能少，并盡量限制軸的最大直徑與各軸段的直徑差（節(jié)省材料，減少切削量）。（2）軸上有磨削與切螺紋處，要留砂輪越程槽和螺紋退刀槽，以保證完整加工。（3）軸上有多個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)開在同—直線上，以免加工鍵槽時(shí)多次裝夾。（4）盡可能使軸上各過渡圓角、倒角、鍵槽、越程槽、退刀槽及中心孔等尺寸分別相同，并符合標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，以利于加工和檢驗(yàn)。（5）軸上配合軸段直徑應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值；與滾動(dòng)軸承配合的軸徑應(yīng)按滾動(dòng)軸承內(nèi)徑尺寸選?。狠S上的螺紋部分直徑應(yīng)符合螺紋標(biāo)準(zhǔn)等。裝配工藝性（1）為便于軸上零件的裝配，使其能順利通過相鄰軸段而到達(dá)軸上的確定位置，常采用直徑從兩端向中間逐漸增大的階梯軸。軸上的各階梯，除用作軸上零件軸向固定的可按規(guī)定確定軸肩高度外，其余僅為便于安裝而設(shè)置的軸肩，其軸肩高度?？扇?.5～3mm。（2）軸端應(yīng)倒角，以去掉毛刺并便于裝配。（3）固定滾動(dòng)軸承的軸肩高度應(yīng)小于軸承內(nèi)圈厚度，以便拆卸。4.2軸軸系結(jié)構(gòu)實(shí)例4.2軸4.2.3軸的強(qiáng)度計(jì)算1.按許用切應(yīng)力計(jì)算軸頸

已知：軸傳遞的功率P、轉(zhuǎn)速n，則（4－1）（4－2）4.2軸2.按彎曲和扭轉(zhuǎn)復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算軸頸（4－3）（4－4）設(shè)計(jì)公式

4.2.4軸的剛度計(jì)算1.扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算2.彎曲剛度計(jì)算

計(jì)算法工程－查表法4.3常見精密軸系以支承主體所形成的部件稱為精密軸系對(duì)精密軸系的要求：（1）旋轉(zhuǎn)精度（2）剛度：（3）轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性1.標(biāo)準(zhǔn)圓柱形軸系（1）結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和應(yīng)用

形狀簡(jiǎn)單，加工方便，易于獲得較高的制造精度，軸與軸套接觸面積大，摩擦力矩大，配合面間的間隙無法調(diào)整。為減少接觸面積和精加工面，通常將軸套2的中部車去一段。（如圖a）（2）誤差分析1）軸與軸套的尺寸誤差2）圓柱度誤差3）溫度變化的影響

2.圓錐形軸系4.3常見精密軸系（1）結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和應(yīng)用

(2)精度分析

為了減少錐形軸與軸套間的摩擦，可采取以下措施：

a.將軸和軸套中部車去一部分，以減少摩擦面積和精加工面，而又不降低儀器回轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

b.利用軸下端中心的鋼球或止推螺釘承受大部分軸向負(fù)荷，見圖（b）、（c）。以減少對(duì)軸套的壓力

影響因素有：錐形軸和軸套之間的配合間隙，軸系零件的幾何形狀誤差(主要是圓度誤差)以及溫度變化等。3.半運(yùn)動(dòng)式柱形軸系（1）結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和應(yīng)用

a.自動(dòng)定心，置中精度高。b.摩擦力矩小，主軸起動(dòng)靈活，磨損小，壽命長(zhǎng)。不發(fā)生卡滯現(xiàn)象。c.裝配時(shí)研磨工作量小，利于批量生產(chǎn)。d.對(duì)零件加工精度高。

4.3常見精密軸系經(jīng)緯儀中應(yīng)用

（2）精度分析a.配合間隙的影響

b.鋼球直徑差的影響

c.同軸度誤差影響

d.垂直