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一、軸的分類 根據(jù)幾何軸線形狀的不同,軸可分為直軸、曲軸和撓性軸。曲軸可用來(lái)傳遞往復(fù)運(yùn)動(dòng),在內(nèi)燃機(jī)、空壓機(jī)中應(yīng)用比較廣泛;撓性軸可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳到所需要的任何位置;直軸是最基本的一種軸,我們主要討論直軸。
曲軸 撓性軸 直軸按形狀可分為光軸和階梯軸兩種。
按載荷性質(zhì)又可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸三種。工作中既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸;工作中只承受彎矩不傳遞轉(zhuǎn)矩的軸稱為心軸,又可分為轉(zhuǎn)動(dòng)心軸和固定心軸;傳動(dòng)軸主要承受轉(zhuǎn)矩,不承受彎矩或能承受較小的彎矩。
轉(zhuǎn)動(dòng)心軸(如火車輪軸、自行車后輪軸)
固定心軸(如自行車前輪軸)
傳動(dòng)軸(汽車變速箱與后橋之間的傳動(dòng)軸)
轉(zhuǎn)軸(減速器中的軸) 二、軸的材料及選擇 軸的設(shè)計(jì)主要根據(jù)軸的工作要求,并考慮制造工藝等因素,選擇合適的材料,進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),以定出軸的各部分尺寸,必要時(shí)還要驗(yàn)算其振動(dòng)穩(wěn)定性。 軸的材料品種很多,主要根據(jù)軸的強(qiáng)度、剛度、耐磨性以及加工、熱處理等要求來(lái)選擇。通常多用碳素鋼、合金鋼或球墨鑄鐵。其中碳素鋼價(jià)格低廉,對(duì)應(yīng)力集中敏感性小,機(jī)械性能也較好,故應(yīng)用最為廣泛。 常用的碳素鋼為35、45、50鋼,其中最常用的是45鋼。為提高軸的機(jī)械性能,采用調(diào)質(zhì)或正火處理。對(duì)于載荷不大或不太重要的軸,可采用Q235、Q275等普通碳素鋼。 對(duì)于傳遞功率大而又受到空間限制,要求截面尺寸較小或要求耐磨性較高的軸,可采用合金鋼并進(jìn)行相應(yīng)的熱處理。但進(jìn)行熱處理只能提高鋼材的強(qiáng)度和硬度,而不能提高其剛度,所以從提高剛度來(lái)考慮,就不能采用合金鋼。 球墨鑄鐵成本低,易鑄造成形,吸振性、耐磨性好,可靠性低,品質(zhì)難控制,常用于凸輪軸、曲軸。軸的毛坯一般用軋制的圓鋼或鍛件,重要的軸采用鍛制毛坯。 第二節(jié) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、軸的組成 軸主要由軸頸、軸頭和軸身三部分組成。軸和軸承配合部分稱為軸頸;軸上安裝輪轂的部分稱為軸頭;聯(lián)接軸頭和軸頸的部分稱為軸身。軸頸直徑與軸承內(nèi)徑、軸頭直徑與相配合零件的輪轂內(nèi)徑應(yīng)一致,而且為標(biāo)準(zhǔn)值。為便于裝配,軸頸和軸頭的端部均應(yīng)有倒角。用作零件軸向固定的臺(tái)階部分稱為軸肩,環(huán)形部分稱為軸環(huán)。軸上螺紋或花鍵部分的直徑應(yīng)符合螺紋或花鍵的標(biāo)準(zhǔn)。
二、軸上零件的軸向固定和定位 為防止軸上零件沿軸向移動(dòng),應(yīng)對(duì)它們進(jìn)行軸向固定和定位。常用的有:軸肩和軸環(huán)、套筒、圓螺母和止動(dòng)墊圈、彈性擋圈和緊定螺釘、軸端擋圈。此外軸承端蓋常用來(lái)做整個(gè)軸的軸向定位。
二、軸上零件的周向固定 周向固定的目的主要是為了傳遞轉(zhuǎn)矩和防止零件與軸產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。一般采用鍵、銷聯(lián)接、緊定螺釘及過(guò)盈配合等聯(lián)接方式。
三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 1、為便于零件的裝拆,軸端應(yīng)有45°的倒角,零件裝拆時(shí)所經(jīng)過(guò)的各段軸徑都要小于零件的孔徑; 2、軸肩或軸環(huán)定位時(shí),其高度必須小于軸承內(nèi)圈端部的厚度; 3、用套筒、圓螺母、軸端擋圈作軸向定位時(shí),一般裝配零件的軸頭長(zhǎng)度應(yīng)比零件的輪轂長(zhǎng)度短2-3mm,以確保套筒、螺母或軸端擋圈能靠緊零件端面。
軸端的倒角 定位高度的要求 定位長(zhǎng)度的要求 4、軸上有兩個(gè)以上鍵槽時(shí),應(yīng)盡可能布置在同一條母線上,以利于加工。5、軸上磨削的軸段和車制螺紋的軸段,應(yīng)分別留有砂輪越程槽和螺紋退刀槽,且后軸段的直徑小于軸頸處的直徑,以減少應(yīng)力集中,提高疲勞強(qiáng)度。
鍵槽的布置 砂輪越程角 螺紋退刀槽 6、裝配段不宜太長(zhǎng)。
四、減少應(yīng)力集中的措施 1、倒角和倒圓:零件截面突然發(fā)生變化的地方,都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,降低軸的強(qiáng)度,所以在兩截面的變化處應(yīng)采用圓角過(guò)渡。
2、過(guò)渡結(jié)構(gòu):當(dāng)軸肩尺寸不夠,圓角半徑達(dá)不到規(guī)定值而又要減小軸肩處的應(yīng)力集中,可采用間隔環(huán)、凹圓角或制成卸載槽的形式。
3、過(guò)盈配合:當(dāng)軸與軸上零件采用過(guò)盈配合時(shí),軸上零件的輪轂邊緣和軸過(guò)盈配合處將會(huì)引起應(yīng)力集中。可采用減小輪轂邊緣處的剛度、將配合處的軸徑略為加大做成階梯軸,或在配合處兩端的軸上磨出卸載槽。
4、改善受力情況。
5、提高軸表面的機(jī)械性能,降低表面粗糙度,對(duì)提高軸的疲勞強(qiáng)度有重要意義。 五、結(jié)構(gòu)改錯(cuò)
1、軸肩的高度應(yīng)低于軸承內(nèi)圈的厚度; |
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