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1、第15章 轴15-1 15-1 概概 述述15-215-2 轴的结构设计轴的结构设计15-315-3 轴的计算轴的计算15-4 15-4 轴设计例题轴设计例题15-2 15-2 轴的结构设计轴的结构设计 轴应该具有合理的外形和尺寸。决定各轴段的长度、直各轴段的长度、直径以及其它细小尺寸在内的全部结构尺寸径以及其它细小尺寸在内的全部结构尺寸的过程就是轴的结构设计。通常轴的结构应该从以下几个方面来考虑：1）轴应该便于加工，轴上零件装拆容易，轴的受力合理。2）轴上零件和轴要有准确的相对位置，即定位要准确。3）轴和轴上零件在受力后，由定位确定的相对位置不应改变，即需要固定。4）尽可能地减小应力集中，提
2、高轴的强度。轴颈与轴承相配的部分；轴头与轮毂相配的部分；轴身连接轴颈和轴头的部分；轴颈轴颈轴头轴头轴身轴身一般采用一般采用中间粗、两端细中间粗、两端细的阶梯轴的阶梯轴考虑轴的制造、轴上零件的装拆、调整及固定等因素。一、轴段的组成轴环轴肩二、确定轴上零件的布置方案二、确定轴上零件的布置方案 拟定轴上零件的布置方案就是预定出轴上主要零件的装配方向、轴上主要零件的装配方向、装配顺序和相互关系装配顺序和相互关系，从而决定轴的结构形状。它是轴进行结构设计的前提。在拟定方案时，一般应考虑几个方案，可以进行比较选择。装配方案轴上零件的装配方案对轴的结构形式起着决定性的作用。装配方案 1装配方案 2 方案2比
3、方案1多了一个用于轴向定位的长套筒，使机器零件增多，质量增大。故不如方案1好。比较两种装配方案，哪种好？三、轴上零件的定位和固定 为了保证零件在轴上安装时位置准确可靠，同时防止轴上零件受力时发生沿轴向和周向的相对运动，轴上零件一般都必须进行轴向轴向和周向周向的定位和固定，以保证其准确的工作位置。1.零件在轴上的轴向定位和固定轴向定位和固定通常是以轴肩、轴环、套筒、轴端挡圈、轴承端盖轴肩、轴环、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母圆螺母等实现。轴肩和轴环定位轴肩和轴环定位优点：方便可靠、不需要附加零件，能承受的轴向力大。缺点：轴径加大，有应力集中。结构尺寸 h=(0.070.1)d b=1.4h非定
4、位轴肩非定位轴肩 套筒定位 简化轴的结构，减小应力集中，结构简单，定位可靠。套筒与轴之间存在间隙，不宜用于较高转速的轴。定位面定位面定位面 轴端挡圈用螺钉将档圈固定在轴的端面；用螺钉将档圈固定在轴的端面；要与锥面或轴肩配合，固定轴端零件。要与锥面或轴肩配合，固定轴端零件。尺寸要求尺寸要求23mm加圆柱销双螺钉加止动垫片 圆螺母圆螺母为保证固定可靠，螺母端面保证与零件端面接触。为保证固定可靠，螺母端面保证与零件端面接触。LB尺寸要求尺寸要求B-L=23mm螺纹应力集中严重，不宜在轴的螺纹应力集中严重，不宜在轴的中间部位。中间部位。锁紧挡圈锁紧挡圈用紧定螺钉固定在轴上，装拆方便，通常用于光轴上零件
5、的定位，但不能承受大的轴向力 弹性挡圈弹性挡圈用于轴向力较小的场合。轴承端盖轴承端盖轴承端盖轴承端盖通常用螺钉通常用螺钉2.零件在轴上的周向定位和固定目的限制轴上零件与轴发生相对转动。常用的周向定位方法有键联接、花键联接、成形联接、销联接和过盈配合等，通称轴毂联接。四、各轴段的直径和长度的确定四、各轴段的直径和长度的确定 各轴段直径确定 按扭矩估算轴段直径dmin从dmin处开始，按轴上零件安装、定位要求确定各轴段轴径与标准零件相配合轴径应取标准值，非配合轴段轴径应取整数各轴段长度确定 应尽可能使轴结构紧凑。主要是根据轴上各零件与轴配合部分的轴向尺寸以及相邻零件间必要的间隙来确定。与齿轮、联轴
6、器等零件相配合的部分的轴段长度应比其轮毂宽度短23mm。五、轴的结构工艺性五、轴的结构工艺性 1）留有砂轮越程槽、螺纹退刀槽等。轴的结构形式应该具有良好的加工和装配性能。结构应尽量简单。2）不同轴段键槽应布置在同一母线上。3）装零件的轴端应有倒角。倒角倒角4）直径相近的轴段，其过渡圆角、倒角、键槽、退刀槽等结构尺寸尽量统一。为什么？便于一次装夹就能加工六、提高轴的强度措施六、提高轴的强度措施 1.改进轴的结构以减小应力集中的影响 在直径变化处，要有过渡圆角，半径尽可能大，但受到结构限制，可用内凹圆角结构或加装过渡肩环。轴与零件毂孔过盈配合时，配合边缘处会产生较大的应力集中，可采用在轴或轮毂上开
7、卸载槽以及加大配合部分的直径等措施进行改善。轮毂上开卸载槽轴上开卸载槽加大直径2.合理布置轴上零件以减小轴的载荷 a、b哪种布置好？3.改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 卷筒结构的两种不同方案 卷筒轴只受弯矩不受转矩既受弯矩又受转矩a）结构轴直径小于b）双联齿轮结构分装 既受弯矩又受转矩双联齿轮只受扭矩4.改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 轴的表面粗糙度和表面强化处理方法也会对轴的疲劳强度产生影响。轴的表面愈粗糙，疲劳强度也愈低。应合理减小轴的表面及圆角处的加工粗糙度值。应注意对应力集中甚为敏感的高强度材料制作轴时的表面质量。表面强化处理的方法有：表面高频淬火等热处理表面渗碳、氰化、氮化等化学热处理碾压、喷丸等强化处理通过碾压、喷丸进行表面强化处理时可使轴的表层产生预压应力，从而提高轴的抗疲劳能力。