轴的设计.docx
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轴的设计
轴的设计
轴的设计包括轴的结构设计与轴的计算。
轴的计算包括轴的强度计算、轴的刚度计算与轴的临界转速计算。
轴设计的原则就是,在满足结构要求与强度、刚度要求的条件下,设计出尺寸小、重量轻、安全可靠,工艺上经济合理,又便于维护检修的轴。
轴的设计程序如下。
①根据机械传动方案的整体布局,确定轴上零、部件的布置与装配方案;
②选择轴的材料;
③在力的作用点及支点间跨距尚不能精确确定的情况下,按纯扭工况初步估算轴的直径;
④进行轴的结构设计(轴肩、键槽、圆角等);
⑤根据轴的受载情况?
轴的常用材料
(1)轴毛坯的选择
对于光轴或轴段直径变化不大的轴、不太重要的轴,可选用轧材圆棒做轴的毛坯,有条件的可直接用冷拔圆钢;对于重要的轴、受载较大的轴、直径变化较大的阶梯轴,一般采用锻坯;对于形状复杂的轴可用铸造毛坯。
(2)根据使用条件选用轴的材质
多数轴既承受转矩又承受弯矩,多处于变应力条件下工作,因此轴的材料应具有较好的强度与韧性,用于滑动轴承时,还要具有较好的耐磨性。
轴的常用材料见表轴的常用材料及其主要力学性能。
其中优质碳素结构钢使用广泛,45钢最为常用,它调质后具有优良
轴的常用材料及其主要力学性能
轴表面淬火处理的淬硬层深度
轴的化学热处理方法
轴的结构设计
轴的结构设计主要就是定出轴的合理外形与轴各段的直径、长度与局部结构。
轴的结构取决于轴的承载性质、大小、方向以及传动布置方案,轴上零件的布置与固定方式,轴承的类型与尺寸,轴毛坯的型式,制造工艺与装配工艺,安装运输条件及制造经济性等。
设计轴的合理结构,要考虑的主要因素如下。
①使轴受力合理,使扭矩合理分流,弯矩合理分配;
②应尽量减质量,节约材料,尽量采用等强度外形尺寸;
③轴上零、部件定位应可靠(如轮毂应长出相关轴段2~3mm等),(见“零件在轴上的定位与固定”节);
④尽量减少应力集中,提高疲劳强度,(见“轴颈及轴伸结构”节);
⑤要考虑加工工艺所必需的结构要素(如中心孔、螺尾退刀槽、砂轮越程槽等),尽量减少加工刀具的种类,轴上的倒角、圆角、键槽等应尽可能取相同尺寸,键槽应尽量开在一条线上,以减少装卡次数;
⑥要便于装拆与维修,要留有装拆或调整所需的空间与零件所需的滑动距离,轴端或轴的台阶处应有方便装拆的倒角,轴上所有零件应无过盈地装配到位,可采用锥套等易装拆的结构;
⑦对于要求刚度大的轴,要考虑减少变形的措施;
⑧在满足使用要求的条件下,合理确定轴的加工精度与表面粗糙度,合理确定轴与轴上零件的配合性质;
⑨要符合标准零、部件及标准尺寸的规定。
轴向定位与固定方法
周向定位与固定方法
提高轴疲劳强度的结构措施
在轴截面变化处(如台阶、横孔、键槽等),会产生应力集中、引起轴的疲劳破坏,所以设计轴的结构时,应考虑降低应力集中的措施。
下表提供的主要措施可供参考。
由于轴的表面工作应力最大,所以提高轴的表面质量也就是提高轴的疲劳强度的重要措施。
提高轴的表面质量包括降低轴表面粗糙度值、对轴进行表面处理(如表面热处理、化学处理、机械处理等),均能提高轴的疲劳强度。
向心轴颈
止推轴颈
轴端润滑油孔
轴的典型结构示例
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