机械零部件设计 第2版 课件 学习情境四 任务4.3设计轴

《机械零部件设计》

情境四

设计齿轮泵

1、了解齿轮泵的类型、结构及工作原理；2、掌握标准直齿圆柱齿轮的基本尺寸计算和轮齿受力分析；3、掌握直齿圆柱齿轮传动的设计计算方法；4、了解轴的类型、功用和常用材料；5、掌握轴的结构设计的基本要求和强度计算方法；6、根据已知条件自行设计齿轮泵，能正确绘制出齿轮泵的装配图和零件图，进一步熟悉设计计算说明书的编写方法。学习目标任务一齿轮泵的结构分析任务二直齿圆柱齿轮的设计任务三轴的设计任务四齿轮泵的设计计算工作任务任务三轴的设计工作任务1、了解轴的功用、分类及常用材料；2、初步掌握轴的结构设计方法及步骤。学习目标1．轴的功用、分类及结构工艺；2．轴的材料及选择；3．轴的强度计算；4．轴的结构设计。主要内容

轴是机器中的重要零件之一，是支撑其他回转零件（如带轮、齿轮、联轴器等），并传递运动和动力。1、按轴的功用和承载情况分类一、轴的分类传动轴

心轴：又分固定心轴和转动心轴转轴1、按轴的功用和承载情况分类（1）传动轴工作时只承受扭转作用的轴称为传动轴。如下图所示的汽车变速箱与后桥间的轴就是传动轴。一、轴的分类图1传动轴（2）心轴

工作时只承受弯曲作用的轴称为心轴。心轴分固定心轴和转动心轴两种。图2(a)所示的滑轮轴为固定心轴，即当滑轮转动时，其轴固定不动。图2(b)所示的火车轮轴为转动心轴，即其轴与轮用过盈配合固定在一起，轴与轮一起转动。一、轴的分类

图2心轴(a)滑轮轴；(b)火车轮轴（3）转轴

工作时同时承受扭转和弯曲作用的轴称为转轴。图3（b）所示的减速器输出轴即为转轴。转轴是机械中最常见的轴。一、轴的分类

图3减速器的轴（a)减速器装置传动简图；（b)减速器的输出轴2、按轴的形状分类一、轴的分类轴的外部形状：光轴和阶梯轴轴截面是否充满材料：实心轴和空心轴轴线形状：直轴、挠性轴和曲轴

轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。2、按轴的形状分类一、轴的分类

软轴，可以把回转运动灵活地传到不宽敞的空间位置。

图5软轴图4曲轴

轴的失效主要是疲劳破坏，因此对轴的材料提出的主要要求是具有足够的疲劳强度，对应力集中的敏感性小，与滑动零件接触的表面应有足够的耐磨性，以及易于加工和热处理。轴的常用材料主要是优质碳素钢和合金钢。优质碳素钢价格低廉，对应力集中的敏感性小，并能通过热处理获得良好的综合机械性能。一般机械上的轴，常用35或45钢，其中又以45钢用的最多。对受力较小或不重要的轴，可用Q235、Q255等普通碳素钢。合金钢具有较高的机械强度和优越的淬火性，但价格较贵，对应力集中比较敏感。在传递大功率并要求减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高温、低温和腐蚀条件下的轴常采用合金钢。二、轴的材料

在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，且热处理对其影响也不大，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。故采取合金钢并不能提高轴的刚度。轴的毛坯一般采用轧制的圆钢或锻件。锻件的强度较高，对重要的轴、大尺寸或阶梯尺寸变化大的轴，应采用锻造毛坯。对于形状复杂的轴也可采用铸钢或球墨铸铁制造。球墨铸铁具有吸振性好、对应力集中不敏感、易铸造复杂的形状、价格低等优点。但是质较脆。轴的常用材料及机械性能见表1。二、轴的材料

轴的材料及选择

三、轴的结构设计

1、轴的结构轴通常由轴头、轴颈、轴肩、轴环、轴端及不装任何零件的轴段等部分组成。轴与轴承配合处的轴段部分称轴颈，轴与轴上回转零件的轮毂配合处的轴段部分称轴头，连接轴头和轴颈的轴段部分称为轴身。相邻两个阶梯的分界面称为轴肩。轴端轴头轴颈轴头轴身

2、轴上零件的轴向定位与固定为了保证零件在轴上有确定的相对位置，防止它轴向移动，并使其能承受轴向力，常采用下列结构形式来实现轴上的零件在轴上的轴向定位和固定：轴肩、轴环、套筒、圆螺母和止退垫圈、弹性挡圈、螺钉锁紧挡圈、轴端挡圈以及圆锥面和轴端挡圈等。三、轴的结构设计

三、轴的结构设计（1）轴肩和轴环

用轴肩和轴环定位方便、可靠，承受轴向力大，但由于界面直径变化，会引起引力集中。为保证轴肩定位可靠，轴肩（或轴环）的圆角半径r应小于配合零件的圆角半径R，或倒角C。

三、轴的结构设计（1）轴肩和轴环

表3轴环与轴肩尺寸b

、h、r及零件孔端圆角半径R和倒角C

三、轴的结构设计（2）圆螺母与定位套筒圆螺母常用于零件轴向距离较大、且允许加工螺纹的轴段，它能承受较大的轴向力。为了不过分削弱轴的强度，一般用细牙螺纹并加防松装置。

三、轴的结构设计（3）轴端挡圈与圆锥面

轴端挡圈与圆锥面均使用于轴端零件的轴向固定。其中圆锥面轴向固定，特别适用于轴上零件与轴的同轴度要求较高的场合。

三、轴的结构设计（4）弹性挡圈和紧定螺钉

当轴向力不大而轴上零件间的距离较大时，可采用弹性挡圈固定。

三、轴的结构设计（4）弹性挡圈和紧定螺钉

当轴向力很小，转速很低或仅为防止零件偶然沿轴向滑动时，可采用紧定螺钉固定。3.轴上零件的周向固定

为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，轴和轴上零件必须可靠地沿周向固定（连接）。常用的周向固定方法有：销、键、花键、过盈配合和成形联接等，其中以键应用最广。键连接花键连接销钉连接过盈配合(d)三、轴的结构设计

轴的结构形状和尺寸应尽量满足加工、装配和维修的要求。为此，常采用以下措施：（1）当某一轴段需车制螺纹或磨削加工时，应留有退刀槽或砂轮越程槽。三、轴的结构设计4.轴的结构工艺性键槽的布置

倒角

（2）若不同轴段均有键槽时，应布置在同一母线上，以便于装夹和铣削。（3）轴端应有倒角，轴上圆角半径应小于配合零件孔的倒角。三、轴的结构设计4.轴的结构工艺性

（4）轴的形状要力求简单，阶梯轴的级数应尽可能少，轴上各段的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸应尽可能统一，以利于加工和检验。（5）对于阶梯轴常设计成两端小中间大的形状，以便于零件从两端装拆。4.轴的结构工艺性三、轴的结构设计

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