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          新聞資訊

          軸設計基礎知識

          作者:JZ Editor? ? ?時間:2020-12-06 14:57? ? ?已有 人瀏覽
           
          一、軸的分類:
           
          1)按受載情況分類:
           
          :同時承受彎矩和扭矩的軸,較常見,如減速箱的軸。
           
          傳動軸:只受或主要受扭矩的軸,如汽車的傳動軸。
           
          心軸:只受彎矩、不受轉矩的軸。分為:軸轉動,如鐵路車輛軸,軸受變應力;軸不轉動,如支撐滑動軸,軸受靜應力。
          心軸
           
           
          2)按形狀分:
           
          直軸:又分為光軸和階梯軸。階梯軸的作用:便于零件安裝固定以及使各軸段強度相近,一般機械常用。階梯軸的幾個名詞:軸頸:軸上被支承的部分,裝軸承處;軸頭:安裝輪轂部分;軸身:連接軸頸和軸頭的部分;軸伸:軸伸出端。
           
          曲軸:往復機械上用,多用于專用機械。
           
          撓性鋼絲軸:由幾層緊貼在一起的鋼絲構成,使用靈活,可將扭矩(扭轉及旋轉)靈活地傳遞到任意位置。
           
          一般情況下,軸制成實心的,但為了減輕重量(如大型水輪機軸、航空發動機軸等)或滿足工作要求(如需在軸中心穿過其他零件或潤滑油),也可用空心軸。
           
          二、軸的設計過程:
           
          1)選材:考慮軸的強度、剛度及耐磨性要求;軸的熱處理方法;工藝要求及制造工藝和材料的來源及價格等。常用40、45、50、40Cr調質或正火。
           
          注:碳素鋼比合金鋼廉價,且對應力集中的敏感性低。合金鋼比碳素鋼具有更好的力學性能和熱處理性能,但價格較貴,多用于承載很大而尺寸、質量受限或有較高耐磨性、防腐性要求的軸。合金鋼對應力集中的敏感性較高,設計合金鋼軸時,更應從結構上避免或減少應力集中,并減小其表面結構的粗糙度值。
           
          2)初步計算:類比法估算直徑d或按扭矩初算d。注意鍵槽對軸強度的影響。有一個鍵槽時,軸徑增大3%~5%;有兩個鍵槽時,應增大7%~10%。
           
          3)結構設計:形狀、尺寸、計算及畫圖交叉進行。
           
          4)精確計算:一般的軸用當量彎矩法校核2~3個危險截面的強度;重要的軸還需用安全系數法校核強度。剛度要求高的軸要進行剛度計算;高速軸要進行振動穩定性計算。
          軸的設計過程
           
           
          三、軸的結構設計:
           
          軸的失效形式有斷裂、磨損、振動和變形。軸的設計應滿足具有足夠的強度和剛度、良好的振動穩定性和合理的結構。
           
          1、軸的結構設計的原則是:
           
          (1)受力合理,力求等強度,盡量減小應力集中;
           
          (2)軸上零件定位準確、簡便,唯一、固定可靠,裝拆方便;
           
          (3)有良好的工藝性。
           
          2、結構設計的內容:定出軸的合理外形和全部結構尺寸。
           
          結構設計應已知:軸的裝置簡圖(軸上零件及位置);傳動件的主要參數及尺寸:軸傳遞的功率、轉速。
           
          3、軸結構設計應滿足的條件是:
           
          (1)軸和裝在軸上的零件由精確的工作位置;
           
          (2)軸上零件便于拆卸和調整;
           
          (3)軸應有良好的制造工藝性。
           
          4、常用的幾種固定方法及注意事項:
           
          1)軸上零件的軸向固定:
           
          (1)軸肩和軸環(臺):由定位面和過渡圓角組成。注意過渡圓角應小于軸上零件的倒角(否則零件無法貼緊),一般取定位軸肩高度(單邊)h=(007~0.1)d(注:d為軸徑),軸環寬度b≥1.4h。
           
          (2)與滾動軸承相配合處軸肩或軸環高應查手冊,一般軸肩高不超過內圈厚的2/3~4/5,以便軸承拆卸。
           
          (3)彈性擋圈、螺母、套筒等。套筒內徑和軸一般為動配合,套筒結構、尺寸可視需要靈活設計,但一般套筒壁厚大于3mm(注:不宜用于高轉速軸)。
           
          (4)軸端擋圈與圓錐面。
           
          (5)緊定螺釘與鎖緊擋圈等。
           
          (6)銷。結構工藝性好,同時起軸向和周向固定作用。但軸上要鉆孔,較嚴重地削弱軸的強度,破壞轉子的平衡。
           
          (7)夾緊環。夾緊環結構較復雜,定位精度差,并破壞了轉子的平衡,但軸的結構簡單,適用于光軸上的零件的定位。
           
          (8)過盈配合。結構簡單,兼有固定作用,定位精度差。作軸向固定時也作了軸向固定。
           
          (9)螺母。軸表面制出螺紋,削弱了軸的強度。承受載荷的能力強,固定可靠。
           
          (10)軸端壓板。軸端鉆螺紋孔,不削弱軸的強度。承受載荷的能力強,固定可靠。只能用于軸端。
           
             為了保證軸向定位可靠,與齒輪和聯軸器等零件相配合部分的軸段長度一般應比輪轂寬度短2~3mm。
           
          2)軸上零件的周向固定:
           
          軸上零件的周向固定可采用鍵、花鍵、銷、過盈配合和脹套連接等。
           
          鍵、花鍵、過盈配合、銷、成形、彈性環,統稱為軸轂連接。
           
          注意事項:
           
          (1)鍵槽開在軸上同一加工直線上,減少裝夾次數。若開有鍵槽的軸段直徑相差不大時,盡可能采用相同寬度的鍵槽,以減少換刀次數。
           
          (2)月牙鍵開在同一側,否則對軸削弱更厲害。
           
          (3)用鉤頭楔形鍵時,鍵上表面與轂槽底面各有1:100的斜度。
           
          3)制造安裝要求:
           
          (1)便于零件裝拆做成階梯軸,且軸上所有零件都應能無過盈地到達配合的部位。
           
          (2)為了便于加工和檢驗,與零件配合的軸的直徑應取圓整值,并從標準直徑系列中選取。(見GB/T2822-2005);與滾動軸承相配合部分應符合滾動軸承內孔尺寸。
           
          (3)螺紋軸段應留退刀槽,且有螺紋的軸段直徑應符合螺紋標準直徑。
           
          (4)磨削軸端應有砂輪越程槽或砂輪修緣。
           
          (5)除結構有特別要求之外,為了便于裝配零件并去掉毛刺,軸端應加工出45°倒角。
           
          (6)過盈配合零件裝入段常加工出導向錐面(斜面角度一般為10°),以便零件能較順利地壓入。
           
          (7)同一根軸上的圓角應盡可能取相同值,退刀槽取相同的寬度,倒角尺寸相同。
           
          4)減小應力集中,改善受力情況:
           
          (1)避免形狀突變,使各級階梯軸比較均勻。
           
          (2)截面變化處采用圓角,且不宜過?。ň唧w尺寸查相關手冊)。
           
          (3)避免軸上開橫孔、凹槽,必須開橫孔時(應避免盲孔)須將邊倒圓(孔口應倒角)。
           
          (4)在重要軸的結構中,可采用卸載槽B、過渡軸環或凹切圓角增大軸肩圓角半徑,以減小局部應力。
           
          (5)在輪轂上做出卸載槽B(減小輪轂兩側厚度),也能減小過盈配合處的局部應力。
           
          (6)在過盈配合部位輪轂兩端面處,軸上切出卸載槽。
           
          (7)使過盈配合部位的直徑大于相鄰部位的直徑。
           
          (8)退刀槽設圓角。
           
          (9)加大軸環和軸肩的圓角半徑,必要時可設中間環。
           
          5)改進軸的表面質量,提高軸的疲勞強度。
           
          (1)軸的表面越粗糙,疲勞強度越低。因此,應盡量減小軸的表面及圓角處的加工粗糙度值。(使用對應力集中敏感的材料時應尤為注意)
           
          (2)鍵槽端部與階梯處距離不宜過小,以避免損傷過渡圓角及減少多種應力集中源重合的機會。
           
          (3)鍵槽根部圓角半徑越小,應力集中越嚴重。因此,在重要軸的零件圖上應注明其大小。
           
          (4)避免在軸上打印及留下一些不必要的痕跡,因為它們可能成為初始疲勞裂紋源。
           
           
          (5)常用表面強化處理方法:表面高頻淬火等熱處理;表面滲碳、氰化、氮化等化學熱處理;碾壓、噴丸等強化處理。(碾壓、噴丸可使軸的表面產生預壓應力,從而提高軸的抗疲勞能力。)
           
          參數表
           
          四、軸結構設計注意事項:
           
          (1)軸肩長度應比輪轂長度稍短,否則輪轂無法可靠定位(軸向)。
           
          (2)與軸承配合的軸端,軸肩或定位套筒必應超過軸承內圈的高度,否則將不便于軸承拆卸。
           
          (3)注意鍵的長度是否影響到軸向定位零件的安裝,且注意鍵開的位置。
           
           
          五、軸設計計算常用公式及相關參數、常用軸孔的推薦配合、軸類零件工程圖注意事項(下期分享)
           
           


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