机械设计基础22轴的结构设计

其次节轴的构造设计轴的构造设计包括定出轴的合理外形和全部构造尺寸。轴的构造主要取决于以下因素：1、轴在机器中的安装位置及形式；2、轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及和轴联接的方法；3、载荷的性质、大小、方向及分布状况；4、轴的加工工艺等。的构造形式。设计时，必需针对不同状况进展具体的分析。轴的构造应满足：1、轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；2、轴上的零件应便于装拆和调整；3、轴应具有良好的制造工艺性等。一、拟定轴上零件的装配方案所谓装配方案，就是预定出轴上主要零件的装配方向、挨次和相互关系。轴上零件的装配方案不同，则轴的构造外形也不一样。设计时可拟定几种装配方案，进展分析与选择。轴主要由轴颈、轴头和轴身三局部组成，轴上被支承的局部叫轴颈，安装轮毂局部叫轴头，连接轴颈和轴头的局部叫轴身。二、轴上零件的定位轴向固定外，都必需进展必要的轴向和周向定位，以保证其正确的工作位置。1、轴上零件的轴向固定零件安装在轴上，要有准确的定位。各轴段长度确实定，应尽可能使构造紧凑。对于不允许轴向滑动的零件，零件受力后不要转变其准确的位置，即定位要准确，固定要牢靠。与轮毂相配装2～3mm。对轴向滑动的零件,轴上应留出相应的滑移距离。轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈和轴承端盖等来保证的。〔1〕轴肩与轴环会使轴的直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。另外，轴肩过多时也不利于加工。因此，轴肩定位多用于轴向力较大的场合。定位轴肩的高度hh=(0.07～0.1)d，d为与零r必需小于与之相配的零件毂孔端部的圆角半径RC置的，其高度没有严格的规定，一般取为1～2mm。查手册中轴承的安装尺寸。〔2〕〔套筒〕

轴肩与轴环 圆螺母和套筒套筒固定构造简洁，定位牢靠，轴上不需开槽﹑钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的疲乏强度，质量及材料用量。因套筒与轴的协作较松，如轴的转速较高时，也不宜承受套筒固定。圆螺母使用套筒固定时，也常承受圆螺母固定。轴端挡圈与锥面锥面定心精度高，拆卸简洁，能承受冲击及振动载荷；常用于轴端零件的固定，可以承受较大的轴向力，与轴端压板或螺母联合使用，使零件获得双向轴向固定。弹性档圈

轴端挡圈与锥面 弹性挡圈构造紧凑、简洁，常用于滚动轴承的轴向固定，但不能承受轴向力。当位于受载轴段时，轴的强度减弱较大。紧定螺钉和锁紧挡圈轴构造简洁，零件位置可调整并兼作周向固定，多用于光轴上零件的固定。但能承受的载荷较小，不宜于转速较高的轴。紧定螺钉和锁紧档圈 一般平键联接 花键联接2、轴上零件的周向固定轴上零件与轴的周向固定所形成的联接，通常称为轴毂联接，轴毂联接的形式多种多样，本节介绍常用的几种。平键联接装拆便利。但这种键不能实现轴上零件的轴向固定。花键联接花键联接的齿侧面为工作面，可用于静联接或动联接。它比平键联接有更高的承载力量，较好成形联接矩外，还可承受单向轴向力。成形联接〔轴和毂孔是柱形〕 成形联接〔轴和毂孔是锥形〕最终一道工序多要在专用机床上进展磨削，故目前应用还不广泛。过盈联接受变载和冲击载荷的力量好。常用于某些齿轮、车轮、飞轮等的轴毂联接。其缺点是承载力量取决于过盈量的大小，对协作面加工精度要求较高，装拆也不便利。过盈联接 弹性环联接小时，一般用压入法装配，当过盈量或尺寸较大时，或对联接量要求较高时，常用温差法装配。后可，这种装配对协作面的接触精度要求较高，需要高压油泵等专用设备。螺栓)锁紧时，内环和外环相互压紧，因而形成过盈联接。三、各轴段直径和长度确实定直径。但在进展轴的构造设计前，通常已能求得轴所受的转矩。因此，可按轴所受的转矩初步估算dmin，然后再按轴上零件的装配方案和定位要求，从dmin处起逐一确定各段轴的直径。在实际设计中，轴的直径亦可凭设计者的阅历取定，或参考同类机械用类比的方法确定。的轴径，应取为相应的标准值及所选协作的公差。为了使齿轮、轴承等有协作要求的零件装拆便利，并削减协作外表的擦伤，在协作轴段前应承受轴段的两个部位上承受不同的尺寸公差。段长度主要是依据各零件与轴协作局部的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的向定位牢靠，与齿轮和联轴器等零件相协作局部的轴段长度一般应比轮毂长度短2～3mm。四、提高轴的强度常用的措施轴上零件的合理布置可改善轴的受力状况，提高轴的强度和刚度。1、合理布置轴上零件以减小轴的载荷为了减小轴所承受的弯矩，传动件应尽量靠近轴承，并尽可能不承受悬臂的支承形式短支承跨距及悬臂长度等。以下图中a)方案较b)方案优。当转矩由一个传动件输入,再由几个传动件输出时,为了减小轴上扭矩,应将输入件放在中间,T1=T2+T3+T4,按图aT2+T3+T4，假设改为图bT3+T4。2、改进轴上零件的构造以减小轴的载荷的两种构造中b)方案(双联)均优于a)方案(分装)，由于a)方案中轴Ⅰ既受弯矩又受扭矩，而b)方案中轴Ⅰ只受扭矩。所示的轮轴，如把轴毂协作面分为两段(图b)，则可削减轴的弯矩，使载荷分布更趋合理。a所示卷筒轴工作时，既受弯矩又受转矩作用，当卷筒的安装构造改为图7b时，卷筒轴则只受弯矩作用，且轴向构造更紧凑，因此转变了轴的应力状态。3、改进轴的构造以减小应力集中的影响轴通常是在变应力条件下工作的,轴的截面尺寸发生突变处要产生应力集中,轴的疲乏破坏往往在此发生，轴的构造应尽量避开外形的突然变化。为了提高轴的疲乏强度，应尽量削减应力集中r当轴与轮毂为过盈协作时,协作边缘处会产生较大的应力集中。量愈大，引起的应力集中也愈严峻，因而在设计中应合理选择零件与轴的协作。用盘状铣刀加工的键槽比用键槽铣刀加工的键槽在过渡处对轴的截面减弱较为平缓集中较小；渐开线花键比矩形花键在齿根处的应力集中小，在作轴的构造设计时应予以考虑；由于切制螺纹处的应力集中较大，故应尽量避开在轴上受载较大的区段切制螺纹。4、改进轴的外表质量以提高轴的疲乏强度强度材料制作轴时，外表质量尤应予以留意。喷丸等强化处理。通过碾压、喷丸进展外表强化处理时可使轴的表层产生预压应力，从而提高轴的抗疲乏力量。五、保证轴的构造工艺性设计轴时，要使轴的构造便于加工、测量、装拆和修理，力求削减劳动量，提高劳动生产率。为了便于加工，减