机械轴

第四篇轴系零部件本篇将要讲授如下几章：第九章轴第十章滚动轴承第十一章滑动轴承第十二章联轴器与离合器第九章轴§9-1轴的功用及分类一、功用——支承旋转零件、传递运动与动力。二、分类：转轴——最常见，受弯+扭心轴——只承受弯曲而不承受扭矩。传动轴——只受扭而不受弯（或弯矩很小）分为三类转动心轴——如火车轮轴固定心轴——如自行车前轮轴又分为按承载性质直轴曲轴挠性钢丝轴分为三类按轴线形状光轴阶梯轴空心轴§9-2轴的设计要点一、主要内容：二、轴常用材料：结构设计——指安装、定位及制造工艺等工作能力设计——指强度、刚度、稳定性等碳钢——30、40、45等。载荷小时可用Q235A、Q275等。热处理方法——常调质、正火。此外：还可高频淬火、渗碳、氮化、氰化、强化处理（喷丸、滚压等）。合金钢——常用20Cr、40Cr等。其它材料——高强度铸铁、合金铸铁、球墨铸铁等，易铸造成型。主要用毛坯（钢制）常选轧制圆钢或锻件、或圆型材，少用铸造）§9-3轴的结构设计一、要素含外形和尺寸轴头——安装轮毂的轴段轴环轴端轴颈——与轴承配合处轴肩轴段——不安装任何零件直径最好为偶数或5的倍数。轴身——轴颈与轴头之间的轴段轴肩二、结构能使轴上零件位置确定便于装拆和调整易于制造毛坯类型常为阶梯轴结构。要求应考虑轴上力的分布和大小安装位置及顺序、配合性质、固定方法轴承类型、尺寸轴的加工方法、装配方法轴结构设计要点解说（1）各段配合直径d应尽量符合标准尺寸规定。与滚动轴承、联轴器、油封等标准件相配合处的轴径，应符合标准件规定的内径系列。轴结构设计要点解说（2）与轴上零件（如齿轮）相配合的一段轴的长度，要比轴上相配零件的宽度短2-3mm,（即轴不露头），这样才可将轴上零件固定。2~3mm2~3mm2~3mm2~3mm2~3mm轴结构设计要点解说（3）台阶有两类：定位用台阶——如图中处非定位用台阶——如图中AB处若台阶过低，则定位欠可靠；若台阶过高，则径向尺寸和应力集中增大。一般取h=2~3C或R（）C——倒角尺寸R——圆角直径AB这类台阶是为了装配时容易让零件通过而设，一般台阶高度很小，在直径方向上差1～3mm即可。轴结构设计要点解说（4）轴的过渡圆角半径r应比与之相配合的零件的倒角C或圆角半径R小，这样才可使零件的端面紧贴轴的台肩，起到定位作用。（5）为制造方便，同一根轴上的圆角半径、倒角尺寸、中心孔尺寸等应尽量一致，键槽的布置宜处于同一直线上。轴结构设计要点解说返回三、零件在轴上的定位方法1、轴向定位方法轴肩定位——轴肩高度h=（0.07~0.1）d，分为套筒定位轴端挡圈定位圆螺母定位弹性挡圈定位紧定螺钉定位锁紧挡圈定位（套上开螺孔、用紧定螺钉限位）定位轴肩非定位轴肩双圆螺母单圆螺母+止动垫圈见前图见后页图见后页图见后页图紧定螺钉定位锁紧挡圈定位单螺钉加止动销定位双螺钉加止动垫片定位单螺钉加止动片定位轴端挡圈定位2、周向定位方法键、花键定位销定位过盈配合定位紧定螺钉定位α=10~30°不宜用于重载和多次装配的场合四、加工和装配工艺性1）、形状尽量简单，阶梯级数尽量少注意2）、各段的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸尽量统一3）、注意车削退刀槽、砂轮越程槽4）、多处有键槽时，宜同向（同母线）5）、轴端有倒角——便于装配6）、宜中间大、两边小；或一边大、一边小7）、勿使零件装配时接触其它配合面§9-4轴的强度、刚度设计计算一、注意事项：1、接近等强度条件。按等强度理论设计出等弯截面梁参考鱼腹梁叠板弹簧2、尽量避免截面突变以产生应力集中现象。——常考虑过渡处倒圆角半径r越大，效果越好，但因仍要可靠地轴向定位，所以可加装中间环（又称肩环、隔离环等）内凹圆角也是措施之一3、过盈配合的轴和孔在刚进入配合处应力集中较严重，此时可考虑用减(卸)载槽、或加大配合部分直径的方法改善。配合交界处产生应力集中在轴上开减载槽Kσ约减小40%在轮毂上开减载槽Kσ约减小20%增大配合处的轴径Kσ约减小35%d1=(1.06~1.08)dr(0.1~0.2)d4、尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽、切螺纹等。5、注意减小Ra，避免产生疲劳裂纹。对应力集中敏感的高强度材料，尤应注意。用端铣刀加工用盘铣刀加工此法加工的键槽对轴的削弱小些。应力集中程度也小些。横孔若无法避免，则应将孔口倒角，或用滚珠辗压棱边，且孔的表面粗糙度等级尽量高些；6、可用碾压、喷丸、渗碳、氮化等强化表面的方法以提高轴的疲劳强度。7、注意轴上零件的布置。输入输入输出输出输出输出齿轮和卷筒轴联在一起，扭矩直接传给卷筒，轴则只受弯矩，不受扭矩；若如右图，则轴既弯又扭，轴径必然加大。二、强度计算：1、扭转强度计算。或写为设计公式形式：P=MnWn≐9.55×106×0.2d3n≤[]9.55×106×0.2d3Pn=——只适应于仅受扭转的传动轴d≥9.55×106×P0.2×[]×nPnC×3=3MPamm3N·mm注意：若开键槽，应d值：开一个键槽——d值增大3~5%。开两个键槽——d值增大7~10%。d值应圆整为标准值因为键槽削弱了轴的强度2、按弯曲强度条件计算。——仅用于只受弯矩的心轴按材料力学中介绍的方法计算3、按弯扭组合变形计算。——仅用于既弯又扭的转轴按材料力学中介绍的组合变形方法计算。σxd=MxdW=0.1d3≤[σ]M2+αMn（）2要求：扭转切应力为静应力时：取α=0.3；扭转切应力为脉动循环交变应力时：取α=0.6；扭转切应力为对称循环交变应力时：取α=1；通常：弯矩产生的弯曲应力是对称循环交变应力，而扭矩产生的扭转切应力通常不是对称循环交变应力，为此，引入折合系数α三、刚度计算：1）弯曲刚度：2）扭转刚度：计算——挠度y转角θ计算——扭转角φ要求y≤[y]θ≤[θ]φ≤[φ]要求6N9()200齿轮轴1.调质220～250HB。2.未注倒角均为C2。4.线性尺寸未注公差为GB/T1804-m。3.去锐边毛刺。审核制图班级7660技术要求22828（图号）(校名)(日期)(学号)(日期)材料件数比例45成绩1B0.05B451.6φ60h8()φ55φ40φ35k6()C3.23.2φ35k6()1.6φ40φ30D1.63.27-6-6GM20°224AAφ20r6()A-A其余12.5精度等级齿数压力角2.5模数+0.002+0.018+0.002+0.0180-0.046+0.028+0.041-0.03002×0.582×0.53.2533.216.524