轴的分类与结构设计及其应用

1、轴的分类及其用途及结构设计,15-1 概 述,1 轴的用途及分类,2 轴的设计,3 轴的材料,1 轴的用途及分类,轴的功用 支撑回转零件，传递运动和动力。,轴的分类 按承受载荷不同分类 转轴：既承受弯矩又承受扭矩的轴，如齿轮轴, 心轴：只承受弯矩而不承受扭矩的轴，如自行车前轴、滑轮轴、火车车轮轴。分为转动心轴和固定心轴。,固定心轴,固定件,转动心轴,火车轮轴,传动轴：工作时只承受扭矩，不承受弯矩或所承受弯矩很小的轴。如汽车传动轴，万向联轴器中间轴。,双万向联轴器中间轴,按轴线形状分类 曲轴：通过连杆可将旋转运动转化为直线运动或将直线运动转化为旋转运动。如汽车发动机曲轴。,潘存云教授研制,直轴：

2、 直轴又分为光轴、阶梯轴；实心轴、空心轴 光轴：轴上零件不易装配定位，主要用于心轴和传动轴 阶梯轴：轴上零件易于装配定位，转轴多为阶梯轴,钢丝软轴：又称钢丝挠性轴，具有良好的挠性，可灵活地将回转运动传递到不开敞的位置。,钢丝软轴的绕制,钢丝软轴的应用,钢丝软轴,管道疏通器,2 轴的设计,轴的结构设计 主要解决轴上零件的安装、拆卸、定位以及轴的加工制造工艺等问题，结合工作能力计算确定轴的合理结构形状及各部分尺寸。,轴的工作能力设计 保证轴具有足够的承载能力，根据工作要求对轴进行强度计算、刚度计算、振动稳定性计算等。,轴设计应解决的两方面问题,根据总体结构的要求进行轴的结构设计,轴的承载能力验算,

3、轴的设计过程是：,3 轴的材料,轴的材料：主要是碳钢和合金钢,轴的毛坯：轧制圆钢：d100mm,.一般应用:45钢(35、50代用)，调质正火,.传递大动力，要求减少尺寸及重量，提高 强度、耐磨性时：40Cr 40CrNi 40MnB 等，调质或轴颈表面淬火。,.高速、冲击载荷时，应提高轴的抗疲劳强度 20Cr 20CrMnTi 20Cr2Ni4A等，表面处理 （渗碳淬火、氧化、氮化），表面强化处理 （喷丸、滚压）。,.形状复杂的轴（曲轴、齿轮轴、空心轴）： 球墨铸铁、合金铸铁。,轴的材料,15-2 轴的结构设计,1 拟订轴上零件的装配方案,2 轴上零件的定位,3 各轴段直径和长度的确定,4

4、轴的结构工艺性,5 提高轴的强度的常用措施,轴的结构设计的主要要求： 轴的结构没有标准的形式，应视具体情况设计，但都应满足如下要求：,（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。,定位固定要求,安装要求,制造加工要求,轴的组成,1 拟订轴上零件的装配方案,装配方案包括：轴上主要零件的装配方向、装配顺序和相互关系。,轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定几种装配方 案，进行分析与选择。,图示减速器输出轴就 有两种装配方案。,圆锥圆柱齿轮二级减速器,方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，且质量较大，故不如方

5、案一合理 。,2 轴上零件的定位,轴上零件常用的轴向定位方法有：轴肩 、 套筒 轴端挡圈 、 圆螺母、 轴承端盖等。,轴上零件的轴向定位,阶梯轴上截面变化处，叫轴肩。, 轴肩,轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩两类。,定位轴肩,轴承定位轴肩,齿轮定位轴肩,半联轴器定位轴肩,定位轴肩特点：,a. 方便可靠,b. 能承受较大的轴向力,c. 使轴径增大，阶梯处形成应力集中,d. 轴肩过多时，将不利于加工。,设计时注意：,a. 滚动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈高度，以便拆卸轴承。,b. 为保证零件与定位面靠紧，轴肩处的过渡圆角半径r必须小于零件圆角半径R或倒角C。,结构不合理！,非定位轴肩 为加工装配

6、方便设定，高度及过渡部位无特殊要求，但不应引起应力集中，高度取12mm。,套筒定位,特点：,a. 简单可靠,c. 简化了轴的结构且不削弱轴的强度。,b. 可实现两端定位。,设计时注意：,a. 如两零件的间距较大时，不宜采用套筒定位。,b. 如轴的转速很高时，也不宜采用套筒定位。, 圆螺母： 可承受较大的轴向力，但因切制螺纹而易引起应力集中，降低轴的疲劳强度,主要用于轴端或轴上两零件间距较大时。,轴端挡圈,只适用于定位轴端零件。,弹性挡圈、紧钉螺钉、锁紧挡圈作轴向定位 特点：承受轴向力能力较差，适用于轴向力不大的场合。,弹性挡圈,紧钉螺定,锁紧挡圈,6圆锥面定位 特点： 多用于承受冲击 载荷和同

7、心度要求较高的 轴端零件。 轴承盖 特点：可承受较大的轴 向力，通常通过螺钉或榫 槽与箱体联接，通过轴承可对整个轴起轴向定位作用,零件的周向定位 作用：防止和限制轴上零件与轴发生相对转动。 常用定位零件：键、花键、销、紧钉螺定、有时可用过盈配合、型面联接等。,3 各轴段直径和长度的确定,各轴段直径的确定,首先按扭转强度初步估算轴的直径,A0值查表确定,然后考虑轴上零件的装配方案和定位要求，确定各轴段的直径,在确定各轴段直径时应注意的问题；,（1）安装标准件的部位的轴径，应取为相应的标准值。,（2）为了使齿轮、轴承等零件装拆方便，可设置非定位轴肩。,各轴段长度的确定,轴的各段长度主要是根据轴上零

8、件的宽度及它们的相对位置来确定。,在确定轴长时注意：, 为了保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短2 3mm。,结构不合理！,保证零件所需的装配空间、调整空间。应考虑轴上零件之间的距离及轴上零件与机架之间的距离,4 轴的结构工艺性,主要考虑以下因素：,（1） 为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒角。,（2）需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽。,（3） 需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。,（4） 为了减少装夹工件的时间，同一轴上不同轴段的键槽应布置在轴的同一母线上。,（5） 为了减少加工刀具种类和提高劳动生产率，轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺寸。,5 提高轴的强度的常用措施,尽量减小悬臂长度或不采用悬臂布置；轴上零件尽量靠近支承，减小支承之间跨距，减小弯矩；轴上几个传动件时，应合理布置其顺序，尽量将输入放中间，减小转矩。,（1） 合理布置轴上传动零件的位置，以减小轴的载荷,（2）合理设