7172轴的概述与结构设计.pptx

一、轴的用途与分类一、轴的用途与分类 1 1、功用：、功用：1 1）支承回转零件；）支承回转零件；2 2）传递运动和动力）传递运动和动力 2 2、分类：、分类：按承载情况分：按承载情况分：转轴转轴扭矩和弯矩扭矩和弯矩 心轴心轴只受弯矩只受弯矩 传动轴传动轴主要受扭矩主要受扭矩 概概 述述 概概 述述 铁路机车的轮轴铁路机车的轮轴 概概 述述 自行车轴自行车轴概概 述述 概概 述述 按轴线形状分按轴线形状分 直轴：直轴：阶梯轴阶梯轴 光轴光轴 概概 述述 曲轴：曲轴：概概 述述 空心轴和钢丝软轴空心轴和钢丝软轴(变速器的转速传到仪表板变速器的转速传到仪表板)概概 述述 二、轴的材料二、轴的材料 轴的材料轴的材料 轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素：轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素：1.1.轴的强度、刚度及耐磨性要求轴的强度、刚度及耐磨性要求；2.2.轴的轴的热处理方法及机加工工艺性热处理方法及机加工工艺性的要求；的要求；3.3.轴的轴的材料来源和经济性材料来源和经济性等。等。轴的常用材料是轴的常用材料是碳钢和合金钢碳钢和合金钢。碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般用途的轴，多用含碳量为最广，一般用途的轴，多用含碳量为0.250.250.5%0.5%的中的中碳钢碳钢，尤其是，尤其是4545号钢。号钢。轴的材料轴的材料 球墨铸铁和高强度铸铁球墨铸铁和高强度铸铁因其具有良好的工艺性，不需因其具有良好的工艺性，不需要锻压设备，吸振性好，对应力集中的敏感性低，近要锻压设备，吸振性好，对应力集中的敏感性低，近年来被广泛应用于制造结构形状复杂的曲轴等。只是年来被广泛应用于制造结构形状复杂的曲轴等。只是铸件质量难于控制。铸件质量难于控制。轴的毛坯多用轧制的轴的毛坯多用轧制的圆钢或锻钢圆钢或锻钢。锻钢内部组织均匀。锻钢内部组织均匀，强度较好，因此，重要的大尺寸的轴，常用锻造毛，强度较好，因此，重要的大尺寸的轴，常用锻造毛坯。坯。轴的材料轴的材料 三三.设计轴的要求：设计轴的要求：足够的强度，刚度合理的结构；足够的强度，刚度合理的结构；有的还要求有良好的振动稳定性；有的还要求有良好的振动稳定性；轴设计的主要内容轴设计的主要内容 ：1 1、结构设计、结构设计 2 2、工作能力计算、工作能力计算 轴的材料轴的材料 轴的结构和形状取决于下面几个因素：轴的结构和形状取决于下面几个因素：（1 1）轴的）轴的毛坯种类毛坯种类：（2 2）轴上作用）轴上作用力的大小及其分布力的大小及其分布情况；情况；（3 3）轴上）轴上零件的位置零件的位置、配合性质及其联接固定的方法；、配合性质及其联接固定的方法；（4 4）轴承的类型、尺寸和位置轴承的类型、尺寸和位置；（5 5）轴的）轴的加工方法、装配方法加工方法、装配方法以及其他特殊要求。以及其他特殊要求。可见影响轴的结构与尺寸的因素很多，设计轴时要可见影响轴的结构与尺寸的因素很多，设计轴时要全面综合的考虑各种因素。全面综合的考虑各种因素。轴的结构设计轴的结构设计 要求：要求：轴和轴上零件要有准确的工作位置轴和轴上零件要有准确的工作位置 轴上零件应有可靠的相对固定轴上零件应有可靠的相对固定 轴应具有良好的制造工艺性和安装工艺性等轴应具有良好的制造工艺性和安装工艺性等 形状和尺寸应有利于避免应力集中形状和尺寸应有利于避免应力集中 轴的结构设计轴的结构设计 轴身轴身 轴拆装轴拆装 一、便于轴上零件的装配一、便于轴上零件的装配 轴的结构设计轴的结构设计 1 1、零件的轴向定位和固定、零件的轴向定位和固定 1 1）轴肩和轴环轴肩和轴环 二、保证轴上零件的准确定位和可靠固定二、保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴的结构设计轴的结构设计 轴向定位和固定轴向定位和固定轴肩和轴环轴肩和轴环轴肩与轴环轴肩与轴环由定位面和过度圆角组成。由定位面和过度圆角组成。为为保保证证零零件件端端面面能能靠靠紧紧定定位位面面，轴轴肩肩(环环)圆圆角角半半径径r必必须须小小于于零零件件毂毂孔孔的的圆圆角角半半径径R或或倒倒角角高高度度C1;轴轴肩肩(环环)高高度度h应应大大于于C1和和R，为为了了有有足足够够的的强强度度来来承承受受轴轴向向力力，通通常常取取h=(0.070.1)d。轴环宽度。轴环宽度b1.4h。rhDdbrRhDd轴环轴环C1轴肩轴肩轴的结构设计轴的结构设计 错误错误 正确正确要求轴肩高度要求轴肩高度 滚动轴承内圈高度滚动轴承内圈高度轴的结构设计轴的结构设计 轴的结构设计轴的结构设计 2 2）套筒）套筒 3 3）轴用圆螺母）轴用圆螺母 轴的结构设计轴的结构设计 当用轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈当用轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈进行零件的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，进行零件的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，要求要求L L轴轴LL毂毂 4 4）轴端挡圈）轴端挡圈 轴的结构设计轴的结构设计 5 5）轴承端盖）轴承端盖 6 6）弹性挡圈）弹性挡圈 7 7）锁紧挡圈、紧定螺钉或销）锁紧挡圈、紧定螺钉或销 轴承端盖与机座间加垫片，以调整轴的位置。轴承端盖与机座间加垫片，以调整轴的位置。轴的结构设计轴的结构设计 8 8）圆锥面（）圆锥面（+挡圈、螺母）挡圈、螺母）2 2、零件的周向定位、零件的周向定位 1 1）键）键2 2）花键）花键轴的结构设计轴的结构设计 3 3）紧定螺钉、销）紧定螺钉、销 4 4）过盈配合）过盈配合 轴上零件的轴向定位和周向定位轴上零件的轴向定位和周向定位 轴的结构设计轴的结构设计 三、良好的制造工艺性和装配工艺性三、良好的制造工艺性和装配工艺性 1 1）轴肩圆角）轴肩圆角r r和倒角高度和倒角高度C C 2 2）轴端倒角）轴端倒角 3 3）砂轮越程槽）砂轮越程槽 4 4）螺纹退刀槽）螺纹退刀槽 5 5）多个键槽）多个键槽 轴的结构设计轴的结构设计 三、良好的制造工艺性和装配工艺性三、良好的制造工艺性和装配工艺性 轴的结构设计轴的结构设计 四四.减小应力集中，改善轴的受力情况减小应力集中，改善轴的受力情况 1.1.减小应力集中减小应力集中 2.2.提高轴的表面质量提高轴的表面质量 五五.轴上零件的装拆和调整轴上零件的装拆和调整1.1.中间粗两端细中间粗两端细 2.2.轴肩高度轴肩高度1-3mm1-3mm（定位轴键大）（定位轴键大）3.3.轴承定位轴肩高度轴承定位轴肩高度 轴承内圈高度轴承内圈高度 轴的结构设计轴的结构设计 轴系结构改错轴系结构改错 四处错误四处错误正确答案正确答案轴的结构设计轴的结构设计 轴系结构改错轴系结构改错 三处错误三处错误正确答案正确答案轴的结构设计轴的结构设计 轴的结构设计轴的结构设计 1.1.左侧键太长，套筒无法装入左侧键太长，套筒无法装入2.2.多个键应位于同一母线上多个键应位于同一母线上轴的结构设计轴的结构设计 请完成如完成如图图所示的所示的轴系系设计。请选择齿轮的装配方向的装配方向轴的结构设计轴的结构设计 1234567891011121314轴的结构设计轴的结构设计 轴向定位和固定轴向定位和固定轴肩和轴环轴肩和轴环轴肩与轴环轴肩与轴环由定位面和过度圆角组成。由定位面和过度圆角组成。为为保保证证零零件件端端面面能能靠靠紧紧定定位位面面，轴轴肩肩(环环)圆圆角角半半径径r必必须须小小于于零零件件毂毂孔孔的的圆圆角角半半径径R或或倒倒角角高高度度C1;轴轴肩肩(环环)高高度度h应应大大于于C1和和R，为为了了有有足足够够的的强强度度来来承承受受轴轴向向力力，通通常常取取h=(0.070.1)d。轴环宽度。轴环宽度b1.4h。rhDdbrRhDd轴环轴环C1轴肩轴肩轴向定位和固定轴向定位和固定轴套（套筒）轴套（套筒）轴轴套套适适用用于于轴轴上上两两个个相相距距较较近近零零件件之之间间的的定定位位，其其两两个个端端面面为为定定位位面面，应应有有较较高高的的平平行行度度和和垂垂直直度度。为为使使轴轴上上零件定位可靠，应使零件定位可靠，应使轴段长度轴段长度比比零件毂长零件毂长短短23mm。1234轴向定位和固定轴向定位和固定圆螺母圆螺母可可用用圆圆螺螺母母与与轴轴肩肩、轴轴环环等等的的组组合合实实现现零零件件在在轴轴上上的的双双向向定定位位和固定和固定。圆圆螺螺母母定定位位装装拆拆方方便便，通通常常用用细细牙牙螺螺纹纹来来增增强强防防松松能能力力和和减减小小对对轴轴的的强强度度消消弱弱及及应应力力集中。集中。12轴向定位和固定轴向定位和固定圆锥面圆锥面将将轴轴与与零零件件的的配配合合面面加加工工成成圆圆锥锥面面，可可以以实实现现轴轴向向定定位位。圆圆锥锥面面的的锥锥度度小小时时，所所需需轴轴向向力力小小，但但不不易易拆拆卸卸，通通常常取取锥度锥度1:301:8。紧定套紧定套轴向定位和固定轴向定位和固定轴端挡板轴端挡板当当零零件件位位于于轴轴端端时时，可可用用轴轴端端挡挡板板与与轴轴肩肩、轴轴套套、圆圆锥锥面面等等的的组组合合，使使零零件件双双向向固固定定。挡挡板板用用螺螺钉钉紧紧固固在在轴轴端端并并压压紧紧被被定定位位零零件件的的端端面面。该该方方法法简简单单可可靠靠、装装拆拆方方便便，但需在但需在轴端加工螺纹孔轴端加工螺纹孔。轴向定位和固定轴向定位和固定弹性挡圈弹性挡圈在在轴轴上上切切出出环环形形槽槽(手手册册)，将将弹弹性性挡挡圈圈嵌嵌入入槽槽中中，利利用用它它的的侧侧面面压压紧紧被被定定位位零零件件的的端端面面，图图为为轴轴肩肩与与弹弹性性挡挡圈圈联联合合使使用用的的情情况况。这这种种定定位位方方法法工工艺艺性性好好、装装拆拆方方便便，但对轴的强度消弱较大，常用于所受轴向力小的轴。但对轴的强度消弱较大，常用于所受轴向力小的轴。轴向定位和固定轴向定位和固定锁紧挡圈、紧定螺钉锁紧挡圈、紧定螺钉锁锁紧紧挡挡圈圈用用紧紧定定螺螺钉钉固固定定在在轴轴上上，装装拆拆方方便便，但但不不能能承承受大的轴向力。受大的轴向力。轴轴结结构构的的工工艺艺性性是是指指轴轴的的结结构构应应尽尽量量简简单单，有有良良好好的的加加工工和和装装配配工工艺艺性性，以以利利减减少少劳劳动动量量，提提高高劳劳动动生生产产率率及及减少应力集中，提高轴的疲劳强度。减少应力集中，提高轴的疲劳强度。注意点注意点(1)为为减减少少加加工工时时换换刀刀时时间间及及装装夹夹工工件件时时间间，同同一一根根轴轴上上所所有有圆圆角角半半径径、倒倒角角尺尺寸寸、退退刀刀槽槽宽宽度度应应尽尽可可能能统统一一；当当轴轴上上有有两两个个以以上上键键槽槽时时，应应置置于于轴轴的的同同一一条条母母线线上上，以以便一次装夹后就能加工。便一次装夹后就能加工。(2)轴轴上上的的某某轴轴段段需需磨磨削削时时，应应留留有有砂砂轮轮的的越越程程槽槽；需需切切制制螺纹螺纹时，应留有时，应留有退刀槽退刀槽。(3)为了去掉毛刺，便于装配，轴端应制出为了去掉毛刺，便于装配，轴端应制出45倒角倒角。(4)当当采采用用过过盈盈配配合合连连接接时时，配配合合轴轴段段的的零零件件装装入入端端，常常加加工工成成导导向向锥锥面面。若若还还附附加加键键连连接接，则则键键槽槽的的长长度度应应延延长长到到锥锥面面处处，便便于于轮轮毂毂上上键键槽槽与与键键对对中。中。(5)如如果果需需从从轴轴的的一一端端装装入入两两个个过过盈盈配配合合的的零零件件，则则轴轴上上两两配配合合轴轴段段的的直直径径不不应应相相等等，否否则则第第一一个个零零件件压压入入后后，会会把第二个零件配合的表面拉毛，影响配合。把第二个零件配合的表面拉毛，影响配合。提高轴的强度的措施提高轴的强度的措施 1.改进改进轴的结构轴的结构以以减少应力集中减少应力集中(1)轴轴上上相相邻邻轴轴段段的的直直径径不不应应相相差差过过大大，在在直直径径变变化化处处，尽量尽量用圆角过渡用圆角过渡，圆角半径尽可能大圆角半径尽可能大。(2)轴轴上上与与零零件件毂毂孔孔配配合合的的轴轴段段，在在配配合合边边缘缘会会产产生生较较大大的的应应力力集集中中。可可以以在在轴轴或或轮轮毂毂上上开开卸卸载载槽槽以以及及加加大大配配合部分的直径等措施进行改善。合部分的直径等措施进行改善。(3)尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽。尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽。(4)盘盘铣铣刀刀加加工工的的键键槽槽与与端端铣铣刀刀铣铣出出的的键键槽槽相相比比，前前者者槽槽底底过过渡渡平平缓缓；采采用用渐渐开开线线花花键键结结构构代代替替矩矩形形花花键键，均均可可减减小小应应力力集集中中。避避免免在在轴轴上上受受载载较较大大的的部部分分设设计计螺螺纹结构纹结构。2.改善轴的改善轴的表面品质表面品质以以提高其疲劳强度提高其疲劳强度u轴轴的的表表面面粗粗糙糙度度对对疲疲劳劳强强度度有有很很大大的的影影响响。疲疲劳劳裂裂纹纹常常发生在表面最粗糙的地方。常常发生在表面最粗糙的地方。u为为提提高高轴轴的的疲疲劳劳强强度度，可可采采用用表表面面强强化化处处理理，如如碾碾压压、喷喷丸丸、氮氮化化、渗渗碳碳、淬淬火火等等方方法法，可可显显著著提提高高轴轴的的承承载能力。载能力。提高轴的强度的措施提高轴的强度的措施 3.改进改进轴上零件的结构或布置轴上零件的结构或布置以以减小轴的载荷减小轴的载荷Example 1 起重卷筒的两种不同结构方案比较起重卷筒的两种不同结构方案比较Motor123FQMotor123FQl左左图图方方案案齿齿轮轮2与与卷卷筒筒3之之间间用用螺螺栓栓连连接接，空空套套于于轴轴上上，固固定定心心轴轴。也也可可改改为齿轮为齿轮2与轴用键连接，与轴用键连接，转动心轴转动心轴。轴直径小轴直径小。l右图方案右图方案齿轮齿轮2和卷筒和卷筒3分别用键与轴连接，分别用键与轴连接，转轴转轴。轴直径大轴直径大。提高轴的强度的措施提高轴的强度的措施 InputT1+T2OutputT1OutputT2InputT1+T2Output T2OutputT1Torque diagramT1T2T1+T2T1T2T1+T2Torque diagramExample 2 合理安排轴上载荷的传递路线合理安排轴上载荷的传递路线当当动动力力需需要要两两个个轮轮输输出出时时，为为了了减减小小轴轴上上的的转转矩矩，尽尽量量将将输输入入轮轮布布置置在在中中间间（左左图图）。当当输输入入转转矩矩为为T1+T2时时，此此时时左左图图轴轴上上的的最最大大转转矩矩为为T1。而右图的结构，轴上的最大转矩为。而右图的结构，轴上的最大转矩为T1+T2。提高轴的强度的措施提高轴的强度的措施