轴的设计制造

1分类号：____________密级：_____________编号：_____________学术论文DFL22J.01.001的设计制造杨振伟宇航通达机械公司2009年7月1日2目录引言、前言、关键词……………………………………………………………………………..3一、轴的种类..................................................................................................................................3二、轴的结构设计…………………………………………………………………………………3（一）轴上零件的定位和固定...................................................................................................3（二）轴的结构工艺性...............................................................................................................3（三）提高轴的疲劳强度...........................................................................................................3(四)各段轴的直径和长度的确定…………………………………………………………….4三、轴的强度计算...........................................................................................................................4(一)轴的扭转强度计算……………………………………………………………………….4(二)按弯扭合成强度计算…………………………………………………………………….5(三)轴的刚度计算…………………………………………………………………………...5(四)轴的振动稳定性及临界转速…………………………………………………………….5四、轴的材料及选择.......................................................................................................................6五、轴的设计..................................................................................................................................7六、轴的加工工艺…………………………………………………………………………………7(一)零件图样分析…………………………………………………………………………….8(二)确定毛坯………………………………………………………………………………….8(三)确定主要表面的加工方法……………………………………………………………….9(四)确定定位基准…………………………………………………………………………….9(五)划分阶段………………………………………………………………………………….9(六)热处理工序安排………………………………………………………………………….9(七)加工尺寸和切削用量…………………………………………………………………….9(八)拟定工艺过程…………………………………………………………………………….9(九)零件在加工过程中的几点说明………………………………………………...………10结束语…………………………………………………………………………………………..…103引言：轴类零件设计制造的普遍化，其加工特点的认识和难点的解决，已成为工艺人员和技术工人的首要问题。前言：本文选取机械管柱中的代表零件输入轴DFL22J.01.001进行分析总结。分析轴的设计与制造，包括对零件的材料，结构，强度分析和加工工艺的设计，具体阐述了工艺规程的编制流程。关键词：输入轴、设计、加工、工艺流程。第一章轴的设计一、轴的种类输入轴主要承受转矩，由于制造误差也承受很小的弯矩，轴上装配有轴承、方向锁环和输入轴，轴端开有花键以便传动转矩，所以本输入轴为传动轴、阶梯轴。二、轴的结构设计轴的结构设计就是确定轴的外形和全部结构尺寸。但轴的结构设计原则上应满足如下要求：1)轴上零件有准确的位置和可靠的相对固定；2)良好的制造和安装工艺性；3)形状、尺寸应有利于减少应力集中；4）尺寸要求。（一）轴上零件的定位和固定轴上零件的定位是为了保证传动件在轴上有准确的安装位置；固定则是为了保证轴上零件在运转中保持原位不变。作为轴的具体结构，既起定位作用又起固定作用。1、轴上零件的轴向定位和固定：轴肩、轴向挡圈、O形圈、压圈、铆接、焊接、注塑成形等。2、轴上零件的周向固定：花键、过盈配合和成形联接等，其中以花键联接应用最广。（二）轴的结构工艺性轴的结构形状和尺寸应尽量满足加工、装配和维修的要求。1、轴段需磨削加工和加工螺纹，开有砂轮越程槽和退刀槽。42、为了便于轴上零件的装配和去除毛刺，轴及轴肩端部制出45º的倒角。轴承的配合属于过盈配合，在过盈配合轴段的装入端加工出带锥角的导向锥面。3、为便于加工，轴上直径相近处的圆角、倒角、越程槽等尺寸尽量一致。（三）提高轴的疲劳强度轴大多在变应力下工作，结构设计时应尽量减少应力集中，以提高其疲劳强度。1、结构设计方面轴截面尺寸突变处会造成应力集中，所以对阶梯轴相邻轴段直径不宜相差太大，在轴径变化处的过渡圆角半径不宜过小。避免了在轴上开横孔、凹槽和加工螺纹。在重要结构中采用了凹切圆角，以增加轴肩处过渡圆角半径和减小应力集中。2、制造工艺方面提高轴的表面质量，降低表面粗糙度，对轴表面采用调质处理强化表面硬度HRC20～25，这些均可显著提高轴的疲劳强度。（四）各轴段的直径和长度的确定1、各轴段直径确定a)按扭矩估算所需的轴段直径dmin；根据公式30minnPAd初步估算轴的最小直径。其中:A0根据轴的材料依表选取，P为输入轴传动功率，n为输入轴的转速。轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，根据联轴器的选择确定dminb)按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径。按轴上零件输出轴、方向锁环、轴承、联轴器、螺帽确定各轴的轴径。注意：①与标准零件相配合轴径应取标准植；②同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。2、各轴段长度①与各轴段上相配合零件宽度相对应；②考虑零件间的适当间距——（特别）是转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。输入轴的结构尺寸见附图1。三、轴的强度计算（一）轴的扭转强度计算圆轴扭转的强度条件为][..362010559dnPWTp5由上式可得轴的直径计算公式：3362010559nPAnPd][..式中A—计算常数，与轴的材料和承载情况有关上式计算求得的轴颈，对有一个键槽的轴段应增大3％，对有两个键槽的轴段应增大7％。（二）按弯扭合成强度计算在轴的结构设计初步完成后，通常要对转轴进行弯扭合成强度校核。对于钢制轴可按第三强度理论计算，强度条件为：beedaTMWM][.)(132210由上式可推得轴设计公式为：)(][.mmMdbe3110e—当量应力（N/㎜2）；Me—当量弯矩（N·㎜），22)(aTMMe；M为危险截面上的合成弯矩，)(mmNMMMVH22，其中MH、MV分别为水平面上、垂直面上的弯矩。W－轴危险截面弯曲截面系数，对圆截面W≈0.1d3。－折合系数。对于不变的扭矩，3011.][][bba；对于脉动循环扭矩，59001.][][bba；对于频繁正反转的轴，τ可视为对称循环交变应力，取=1。若扭矩变化规律不清，一般也按脉动循环处理；b][1、b][0、b][1—分别为对称循环、脉动循环及静应力状态下材料的许用弯曲应力当危险截面有键槽时，应将计算得轴径增大4%～7%。（三）轴的刚度计算防止轴过大的弹性变形而影响轴上零件的正常工作，要求控制其受载后的变形量不超过最大允许变形量。1、弯曲刚度按材料力学公式计算出轴的挠度y和偏转角6挠曲线方程：EIXMdxyd)(22挠度：][yy积分二次偏转角：][积分一次[y]——轴的允许挠度，mm[]——轴的允许偏转角rad2、扭转刚度——每米长的扭转角度扭转角][°/mPGITL一般传动轴，许用扭转角m/1~5.0][，精密传动轴：m/5.0~25.0][（四）轴的振动稳定性及临界转速轴由于组织不均匀，加工误差等原因，质心会偏离轴线产生离心力，随着轴的旋转离心力（方向）会产生周期性变化→周期性的干扰力→弯曲振动（横向）→当振动频率与轴本身的弯曲自振频一致时→产生弯曲共振现象。——较常见另外，当轴传递的功率有周期性变化时→扭转振动→扭转共振。临界转速cn——轴引起共振时的转速称为临界转速，在临界转速附近，轴将产生显著变形。同型振动有多个临界转速，其中最低的叫一阶临界转速，其余的叫二、三阶临界转速。工作转速n低于一介临界转速nc1称为刚性轴工作转速n高于一介临界转速nc1称为挠性轴一般：刚性轴：185.0cnnnc1、nc2——分别为一阶和二阶临界转速挠性轴：2185.015.1ccnnn∴高速轴应使其工作转速避开相应的高阶临界转速。四、轴的材料及选择轴的材料主要是碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价廉，对应力集中敏感性较小，应用较为广泛。常用的碳素钢有30、40、45和50钢，其中以45钢应用最广。为改善其机械性能，可进行正火或调质处理。合金钢具有较好的机械性能，但价格较贵。当载荷大，要求尺寸小，重量轻或有其它特殊要求的轴，可采用合金钢。球墨铸铁容易获得复杂的形状，而且吸振性好，对应力集中敏感性低，适用于制造外形复杂的轴，如曲轴和凸轮轴等。7注意：①由于碳素钢与合金钢的弹性模量基本相同，所以采用合金钢并不能提高轴的刚度。②轴的各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（喷丸、滚压）对提高轴的疲劳强度有显著效果。输入轴的材料采用35钢。35钢的化学成分及物理性能如下：35钢的化学成分单位%CSiMnP≤S≤Cr≤Ni≤0.32-0.400.17-0.320.50-0.800.0350.0350.250.2535钢的物理性能抗拉强度σb屈服强度σa伸长率（%）≥硬度（HB)热轧≤Mpakgf/mm2Mpakgf/mm2529543143220187五、轴的设计1、选择轴的材料根据轴的工作要求，并考虑工艺性和经济性，选择合适的材料。2、初步确定轴的直径可按扭转强度条件计算轴最细部分的直径，也可用类比法确定。3、轴的结构设计根据轴上零件的数量、工作情况及装配方案，画出阶梯结构设计草图。由轴最细部分的直径递推各段轴直径，相邻两段轴直径之差通常可取为5～10㎜。各段轴的长度由轴上各零件的宽度及装配空间确定。4、轴的强度校核首先对轴上传动零件进行受力分析，画出轴弯矩图和扭矩图，判断危险截面，然后对轴危险截面进行强度校核。当校核不合格时，还要改变危险截面尺寸，进而修改轴的结构，直至校核合格为止。因此，轴的设计过程是反复、交叉进行的。第二章轴的制造8六．轴的加工工艺轴类零件是常见的典型零件之一，用来传递转矩或运动。台阶轴的加工工艺较为典型，反映了轴类零件加工的大部分内容与基本规律。下面就以机械管柱输入轴为例，介绍一般台阶轴的加工工艺。（一）零件图样分析零件图见附图1。附图1所示零件是机械管柱中的输入轴。它属于台阶轴类零件，由圆柱面、圆锥面、轴肩、