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一、軸的分類 根據幾何軸線形狀的不同,軸可分為直軸、曲軸和撓性軸。曲軸可用來傳遞往復運動,在內燃機、空壓機中應用比較廣泛;撓性軸可將旋轉運動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。
按載荷性質又可分為轉軸、心軸和傳動軸三種。工作中既承受彎矩又承受轉矩的軸稱為轉軸;工作中只承受彎矩不傳遞轉矩的軸稱為心軸,又可分為轉動心軸和固定心軸;傳動軸主要承受轉矩,不承受彎矩或能承受較小的彎矩。
轉動心軸(如火車輪軸、自行車后輪軸)
固定心軸(如自行車前輪軸)
傳動軸(汽車變速箱與后橋之間的傳動軸)
轉軸(減速器中的軸) 二、軸的材料及選擇 軸的設計主要根據軸的工作要求,并考慮制造工藝等因素,選擇合適的材料,進行強度、剛度計算和結構設計,以定出軸的各部分尺寸,必要時還要驗算其振動穩定性。 軸的材料品種很多,主要根據軸的強度、剛度、耐磨性以及加工、熱處理等要求來選擇。通常多用碳素鋼、合金鋼或球墨鑄鐵。其中碳素鋼價格低廉,對應力集中敏感性小,機械性能也較好,故應用最為廣泛。 常用的碳素鋼為35、45、50鋼,其中最常用的是45鋼。為提高軸的機械性能,采用調質或正火處理。對于載荷不大或不太重要的軸,可采用Q235、Q275等普通碳素鋼。 對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,可采用合金鋼并進行相應的熱處理。但進行熱處理只能提高鋼材的強度和硬度,而不能提高其剛度,所以從提高剛度來考慮,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 軸的結構設計 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;聯接軸頭和軸頸的部分稱為軸身。軸頸直徑與軸承內徑、軸頭直徑與相配合零件的輪轂內徑應一致,而且為標準值。為便于裝配,軸頸和軸頭的端部均應有倒角。用作零件軸向固定的臺階部分稱為軸肩,環形部分稱為軸環。軸上螺紋或花鍵部分的直徑應符合螺紋或花鍵的標準。 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,應對它們進行軸向固定和定位。常用的有:軸肩和軸環、套筒、圓螺母和止動墊圈、彈性擋圈和緊定螺釘、軸端擋圈。此外軸承端蓋常用來做整個軸的軸向定位。
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矩和防止零件與軸產生相對轉動。一般采用鍵、銷聯接、緊定螺釘及過盈配合等聯接方式。
三、軸的結構設計時應注意的問題 1、為便于零件的裝拆,軸端應有45°的倒角,零件裝拆時所經過的各段軸徑都要小于零件的孔徑; 2、軸肩或軸環定位時,其高度必須小于軸承內圈端部的厚度; 3、用套筒、圓螺母、軸端擋圈作軸向定位時,一般裝配零件的軸頭長度應比零件的輪轂長度短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 定位長度的要求 4、軸上有兩個以上鍵槽時,應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,以減少應力集中,提高疲勞強度。
鍵槽的布置 砂輪越程角 螺紋退刀槽 6、裝配段不宜太長。四、減少應力集中的措施 1、倒角和倒圓:零件截面突然發生變化的地方,都會產生應力集中現象,降低軸的強度,所以在兩截面的變化處應采用圓角過渡。 2、過渡結構:當軸肩尺寸不夠,圓角半徑達不到規定值而又要減小軸肩處的應力集中,可采用間隔環、凹圓角或制成卸載槽的形式。 3、過盈配合:當軸與軸上零件采用過盈配合時,軸上零件的輪轂邊緣和軸過盈配合處將會引起應力集中。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、提高軸表面的機械性能,降低表面粗糙度,對提高軸的疲勞強度有重要意義。 五、結構改錯
1、軸肩的高度應低于軸承內圈的厚度; |