文档介绍：机械设计基础
第十四章轴
精密机械与精密仪器系
李永新 ******@ustc.
第一节概述
一、轴的功用
轴是组成精密机械的重要零件之一。一切作回转运动的零件,都必须装在轴上才能实现其运动。
二、轴的分类
1、按所受载荷和应力分
转轴:工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。
心轴:与回转件一同转动,只承受弯矩而不传递转矩。
转动心轴
固定心轴
传动轴:用来传递转矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。
(1)直轴、曲轴、钢丝轴等。
(2)光轴、阶梯轴、空心轴。
光轴,截面直径相同,形状简单,易加工。
阶梯轴,各段强度相近,便于零件安装、固定。
空心轴,可以减轻重量。
2、按结构形状分
轴的材料
碳素钢
30、40、45、和50钢
其中45钢应用最多
合金钢
20Cr、40Cr、35SiMn
和35CrMo等
第二节轴的材料
合金钢具有较高的综合力学性能和较好的热处理性能,常用于重要、承载大而尺寸受限或有较高耐磨性、防腐性要求的轴。
应力集中敏感性小,价格较廉,具有较高的综合机械性能,常用于比较重要或承载较大的轴,一般需进行调质或正火处理。
球墨铸铁
Q235、Q275 等
工具钢
T8A、T10A 等
适于制造成形轴,它价廉、强度较高、良好的耐磨性、吸振性和易切性以及对应力集中敏感性较低。
受力很小、耐磨性高、保证硬度选用T8A、T10A 等碳素工具钢;防磁可用黄铜和青铜材料;防腐蚀采用 2Cr13 及 4Cr13 等不锈钢。
轴的材料
轴主要由轴颈、轴头和轴身三部分组成,轴上被支承的部分叫做轴颈,安装轮毅部分叫做轴头,联接轴颈和轴头的部分叫做轴身。
轴的结构设计的主要要求:
1、满足使用要求:
a、周向固定;
b、轴向固定。
2、良好的结构工艺性:
a、加工工艺性;
b、装配工艺性。
3、提高轴的疲劳强度:
a、改进轴的结构形状;
b、改善轴的表面状态。
第三节轴的结构设计
1、轴径的初步估算
(1)、类比法
(2)、经验公式计算
高速输入轴的直径d可按与其相联的电动机轴的直径D估算
d=(~)D
各级低速轴的直径d可按同级齿轮传动中心a估算
d=(~)a
通常估算轴的最小直径,作为结构设计的依据
参考同类已有机器的轴的结构和尺寸进行分析对比
式中:
τT ―轴中产生的切应力(N/mm2) ;
T ―轴所传递的转矩(Nmm ) ;
WT ―轴的抗扭截面系数(mm3);
d ―轴的直径(mm);
P ―轴传递的功率( kw ) ;
n ―轴的转速( r/min );
[τT] ―许用切应力(N/mm)。
式中的 C 值是随许用切应力变化的系数,其大小决定于所选用的轴的材料和载荷的性质。
轴的最小直径设计公式
(3)、按扭转强度计算
当最小直径剖面上有一个键槽时增大5%,当有两个键槽时增大10%,然后圆整为标准直径。
轴在T作用下的剪切应力
2、轴的结构设计
轴的结构设计的主要要求是:
(Ⅰ)轴应便于加工,轴上零件应便于装拆。
(制造安装要求)
(Ⅱ)轴和轴上零件应有正确而可靠的工作位置。
( 定位固定要求)
(Ⅲ)轴的受力合理,尽量减少应力集中等。