第14章 轴

第 14 章
轴
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1.箱体； 2.轴承； 3.放油螺塞； 4.齿轮； 5.油标； 6.轴； 7.垫片； 8.端盖； 9.螺钉； 10.定位销； 11、12.螺栓； 13.观察孔盖； 14.螺钉； 15.箱盖； 16.齿轮轴 17.轴承； 18. 垫片； 19.端盖； 20.螺钉 21. 端盖； 22. 螺钉； 23. 垫片； 24.螺帽；
2 毛坯形式
直轴: 轧制或锻造毛坯 曲轴: 锻造或铸造毛坯 再经加工制成。
14. 2 轴的结构设计 - 掌握
对轴的设计要求： 合理的结构 和 足够的强度 轴的设计 结构设计 工作能力计算 -- 强度、刚度和振动稳定性
•
• 轴的设计步骤
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 按工作要求选择轴的材料； 估算轴的基本直径； 轴的结构设计； 轴的强度校核计算； 必要时作刚度或振动稳定性等的校核计算； 绘制轴的零件工作图。
(1)轴肩（轴环）
错误
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正确
要求轴肩高度<滚动轴承内圈高度
错 误
正 确
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(2) 圆螺母
特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 由于切制螺纹 使轴的疲劳强度下降 应用：常用于轴的中部和端部
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(3) 弹性挡圈
特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力。 应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位
•与标准零件（滚动轴承、联轴器、密封圈）相配合轴径 应取标准值； • 与传动零件配合的轴 头直径应尽可能圆整 成标准尺寸系列，或 是以0、2、5、8结尾 的尺寸。 • 非配合的轴身直径： 整数
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轴承
毛毡圈
• 产品用途：适用于机械、机电、航天、 航空、船舶、火车、汽车、冶金、化工 、水泥、轻纺等行业用于密封、防震、 绝缘、保温、隔音、隔热、过滤，
•弯曲刚度条件：
y [ y]
[ ]
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已知电动机功率为30KW,转速 n=970r/min,减速器效率为 0.92，传动比i=4,单向传动，从动齿轮分度圆直径d2=410mm,轮 毂长度 105mm,采用深沟球轴承。试设计从动齿轮轴的结构 和尺寸。
轴的设计实例 (一)
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实例二
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1)轴的直径变化应尽可能少
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2)轴上有磨削与切螺纹处，要留砂轮越程槽和螺纹退刀槽， 以保证加工的完整和方便。
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3)轴上有多个键槽时，布置在同一直线上，以免加工键槽 时多次装夹，从而提高生产效率。
4)如有可能，应使轴上各过渡圆角、倒角、键槽、越程槽、 退刀槽及中心孔等尺寸分别相同，并符合标准和规定，以利 于加工和检验。 5) 轴上配合轴段直径应取标准值； 与滚动轴承配合的轴颈应按滚动轴承内径尺寸选取； 轴上的螺纹部分直径应符合螺纹标准等。
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(4) 轴端挡圈（压板） 特点：可承受剧烈振动和冲击。 应用：用于轴端零件的固定，
采用套筒、圆螺母、轴端挡圈作轴向定位时， 应使装零件的轴段长度 L ＜该零件的轮毂宽度 B 一般 L = B －（ 2 ~ 3 ） mm
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(5) 紧定螺钉
特点：可承受很小的轴向力。 应用：适用于轴向力很小，转速低的场 合
• 1：轮毂无法轴向固定，轴头不应长于轮毂宽； • 2：轴承盖应与轴之间有间隙，轴承盖上的通孔直径应 比对应的轴径大 • 3：轴承拆装麻烦，轴承左端应设计一过渡轴肩。 • 4：轴承内圈应顶着挡油环而不是轴肩，此处轴肩应向 右移些； • 5：齿轮无周向固定，缺少键； • 6：角接触球轴承安装反了； • 7：挡圈左端轴径的变化处应向左移，理由同4，或者 该处挡圈去除； • 8、9：应有一组调整垫片。
简支梁 悬臂梁
一端固定铰支座 一端活动铰支座 外伸梁
一端固定
一端自由
一端固定铰支座
活动铰支座位于梁中某个位置 56
•轴承的载荷作用中心
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计算梁内力的截面法
剪力 和 弯矩
梁内任一横截面m－m上 的内力，由m－m左边分离 体(图b)的平衡条件可知： 剪力
FQ FA M FA x
顺序：
6 54 132
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• (3)确定轴的各段长度 轴段6的长度比半联轴器的毂孔长度要(为84mm)短2～3mm，这样可保证 轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故该段轴长取为82mm。 同理，轴段3的长度要比齿轮的轮毂宽度(为100mm)短2～3mm，故该段轴 长取为98mm。 轴段1的长度即为滚动轴承的宽度，查手册为21mm。 轴环2宽度取为18mm。 轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根 据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联 轴器左端面间的距离l=25mm，故取轴段5的长度为45mm。 取齿轮距箱体内壁之距离为10mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动 轴承位置时，应距箱体内壁一段距离，取5mm。已知滚动轴承宽度为21mm， 齿轮轮毂长为100mm,则轴段4的长度为：10＋5＋(100-98)+21=38mm
3) 4) 5) 6)
轴应具有良好的制造工艺性； 轴的受力合理，有利于提高强度和刚度； 节省材料，减轻重量； 形状及尺寸有利于减小应力集中。
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二 零件在轴上的固定
1 轴向定位
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(1) 轴肩（轴环）
特点：结构简单，定位可靠 ，可承受较大的轴向力 应用：齿轮、带轮、联轴器、 轴承等的轴向定位
定位轴肩 高度 h ≥ 3mm 一般 h=(0.07~ 0.1)d ，d 为与零件相配处 的轴直径 非定位轴肩 高度 1 － 2mm 22
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•传动轴
只传递转矩而不承受弯矩或承受弯矩很小，
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•
心轴 只承受弯矩而不传递转矩，如自行车的前轴、火车的轴，
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根据承载情况 下列各轴分别为哪种类型？
转轴 转动心轴 转轴 转轴 转动心轴
传动轴
0 轴： 传动轴 Ⅰ轴： 转轴 Ⅱ轴： 转动心轴 Ⅲ轴： 转轴 Ⅳ轴： 转轴
Ⅴ轴： 转动心轴
如何判断轴是否传递转矩： 从原动机向工作机画传动路线，若传动路线沿该轴轴线走过一 段距离，则该轴传递转矩。
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轴的结构设计内容：
•轴的合理外形 •包括 各轴段长度、直径及其他细小尺寸在内的全部结构尺寸。
•注意：轴 没有 标准的结构形式。
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一
轴 的 组成
•轴颈 轴上被支承 的部分。 •轴头 安装轮毂 部分。 • •轴身 联接轴颈和 轴头的部分。
•轴肩或轴环 阶梯轴上 截面尺寸变化 的部位
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轴的设计应满足的要求： 1) 轴和轴上零件要有准确的工作位置； 2) 轴上零件应便于装拆和调整；
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2. 装配工艺性
1)为了便于轴上零件的装配，常采用直径从两端向中间逐 渐增大的阶梯轴。 2)轴端应倒角，去掉毛刺并便于装配。 3)固定滚动轴承的轴肩高度通常应不大于内圈高度的3/4， 过高不便于轴承的拆卸。
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结构
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结构改错
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结构改错
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结构改错
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•轴系的组合设计
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14.6 提高轴的强度和刚度的措施 1.合理布置轴上零件，减小轴受转矩
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2 改善轴上零件结构， 减小轴受弯矩
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轴的设计实例（二） 例：设计带式运输机减速器的主动轴. 已知传递功率 =10kW, 转速 =200 r/min, 齿轮齿宽 B=100mm, 齿数 =40, 模数 =5mm, 螺旋角 ＝ ，轴端装有联轴器。
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6、轴的结构设计
• (1)拟定轴上零件的装配方案
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(2)确定轴的各段直径 由于联轴器型号已定，右端用轴端挡圈定位,左端用轴肩定位。故轴段6的 直径即为相配合的半联轴器的直径，取为45mm。 联轴器是靠轴段5的轴肩来进行轴向定位的，为了保证定位可靠，轴段5 要比轴段6的直径大5～10mm，取轴段5的直径为52mm。 轴段1和轴段4均是放置滚动轴承的，所以直径与滚动轴承内圈直径一样， 为55mm。 考虑拆卸的方便，轴段3的直径只要比轴段4的直径大1～2mm就行了，这 里取为58mm。 轴段2是一轴环，右侧用来定位齿轮，左侧用来定位滚动轴承，查滚动轴 承的手册，可得该型号的滚动轴承内圈安装尺寸最小为64mm，同时轴环的直 径还要满足比轴段3的直径(为58mm)大5～10mm的要求，故这段直径最终取为 66mm。
顺序： 6 31254
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• (4) 轴上零件的周向定位 齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。 对于齿轮，由手册查得平键的截面尺寸宽×高 =16×10(GB1095-79)，键槽用键槽铣刀加工，长为 80mm(标准键长见 GB1096-79),同时为了保证齿轮轮毂 与轴的配合为H7/n6； 同样，半联轴器与轴的联接，选用平键为14×9×63， 半联轴器与轴的配合为H7/k6。滚动轴承与轴的周向定 位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差 为k6。 • (5)确定轴上圆角和倒角尺寸。 取轴端倒角为2×45°
图 销定位
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2 周向固定
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2 周向固定
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三 各轴段直径和长度的确定 1.各轴段直径的确定
1) 按 扭矩 估算 轴段最小直径 d min
T 9.55 106 P / n [ ] 3 WT 0.2d
d 3
9.55 10 P P 3 A 0.2[ ]n n
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2) 按 轴上零件安装、定位要求 确定各段轴径
作业: 14.1； 14.2； 14.7 交
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轴结构设计步骤
1．确定轴上零件装配方案 2 确定轴上零件定位方式：
3 确定各轴段直径
4 确定各轴段长度： 主要根据轴上配合零件毂孔长度、位置、轴承宽度、轴 承端盖的厚度等因素确定。