发布时间 : 星期日 文章单级直齿圆柱齿轮减速器设计说明书(内嵌CAD图纸)更新完毕开始阅读5cdf3c31783e0912a3162a4e
性的要求；4)轴的加工、热处理、装配、检验、维修等都应有良好的工艺性；5)对重型轴还须考虑毛坏制造、探伤、起重等问题。 16，2轴的结构设计 16．2．1轴的毛坯
尺寸较小的轴可以用圆钢车制，尺寸较大的轴则应用锻造毛坯。铸造毛坯应用很少。 为了减少质量或结构需要，有一些机器的轴(如水轮机轴和航空发动机主轴等)常采用空心的截面。因为传递转矩主要靠轴的近外表面材料，所以空心轴比实心轴在材料的利用上较经济。但空心轴的制造比较费工，所以必须从经济和技术指标进行全面分析才能决定是否有利。有时为了节约贵重的合金钢或优质钢，或是为了解决大件锻造的困难，也可用焊接的毛坯。
16. 2．2 轴颈、轴头、轴身
轴主要由轴颈、轴头、轴身三部分组成：轴上被支承部分叫做轴颈，安装轮毂部分叫做轴头，联接轴颈和轴头的部分叫做轴身。轴颈和轴头的直径应该按规范取圆整尺寸，特别是装滚动轴承的轴颈必须按轴承的内直径选取。轴颈的结构随轴承的类型及其安装位置而有所不同，可参看本章及滑动轴承和滚动轴承两章中有关的图。轴颈、轴头与其相联接零件的配合要根据工作条件合理地提出，同时还要规定这些部分的表面粗糙度，这些技术条件对轴的运转性能关系很大。为使运转平稳，必要时还应对轴颈和轴头提出平行度和同轴度等要求。对于滑动轴承的轴颈，有时还须提出表面热处理的条件等。
从节省材料、减少质量的观点来看，轴的各横截面最好是等强度的。但是从加工工艺观点来看，轴的形状却是愈简单愈好。简单的轴制造时省工，热处理不易变形，并有可能减少应力集中。当决定轴外形时，在保证装配精度的前提下，既要考虑节约材料，又要考虑便于加工和装配。因此，实际的轴多做成阶梯形(阶梯轴)，只有一些简单的心轴和一些有特殊要求的转轴，才做成具有同一名义直径的等直径轴。
16．2．3 零件在轴上的固定
轴上零件常以其毂和轴联接在一起。轴和毂的固定可分为轴向固定和周向固定两类。
1．轴上零件的轴向固定
轴上零件轴向固定的方法有：轴肩(或轴环)、挡圈、圆螺母、套筒、圆锥形轴头等。轴肩结构简单，可以承受较大的轴向力；螺钉锁紧挡圈用紧定螺钉固定在轴上，在轴上零件两侧各用一个挡圈时，可任意调整轴上零件的位置，装拆方便，但不能承受大的轴向力，且钉端坑会引起轴应力集中；当轴上零件一边采用轴肩定位时，另一边可采用套筒定位，以便于装拆；如果要求套筒很长时，可不采用套筒而用螺母固定轴上零件，螺母也可用于轴端；轴端挡圈常用于轴端零件的固定；圆锥形轴头对中好，常用于转速较高时，也常用于轴端零件的固定。为了使轴上零件与轴肩端面紧密贴合，应保证轴的圆角半径ra、轮毂孔的倒角高度
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C(或圆角半径r)、轴肩高度a之间有下列关系：ra 2．轴上零件的周向固定 周向固定方法可采用键、花键、成形、弹性环、销、过盈等联接，通称轴毂联接。 16．2，4 结构草图画法 画轴的结构草图是设计轴的重要环节之一，也是轴受力分析和进行强度计算的主要依据。除了轴的直径有待强度或刚度计算确定外，其他如轴上零件布置和固定方法、支承点位置、装配工艺、制造方法等都必须在结构设计中有通盘的考虑。 16. 3轴的强度计算 轴的强度计算主要有三种方法：许用切应力计算；许用弯曲应力计算；安全系数校核计算。 许用切应力计算只需知道转矩的大小，方法简便，但计算精度较低。 许用弯曲应力计算必须先知道作用力的大小和作用点的位置、轴承跨距、各段轴径等参数。为此，常先按转矩估算轴径并进行轴的结构设计后，即可画出轴的弯扭合成图，然后计算危险截面的最大弯曲应力。它主要用于计算一般重要的、弯扭复合的轴，计算精度中等。 安全系数校核计算也要在结构设计后进行，不仅要定出轴的各段直径，而且要定出过渡圆角、轴毂配合、表面粗糙度等细节。它主要用于重要的轴，计算精度较高，但计算较复杂，且常需有足够的资料才能进行。安全系数校核计算能判断各危险截面的安全程度，从而改善各薄弱环节，有利于提高轴的疲劳强度。 ． 以上三种方法可单独使用或逐个使用。一般转轴按许用弯曲应力计算已足够可靠，不一定再用安全系数法校核。要用安全系数法校按的轴，不一定要再用许用弯曲应力法计算。强度计算不能满足要求时，应修改结构设计，两者常相互配合、交叉进行。 16．3.1 按许用切应力计算· 受转矩T的实心圆轴，计算公式如下： ——设计公式 16.3.2 按许用弯曲应力计算 25 ——校核公式 计算公式如下： ——校核公式 ——设计公式 一般设计步骤如下： ——画出轴的空间受力筒图。将轴上作用力分解为水平面受力图和垂直面受力图。求出水平面上和垂直面上的支承点反作用力。 ——分别作出水平面上的弯矩Mxy图和垂直面上的弯矩Mxz图。 ——作出合成弯矩M; ——作出转矩T图。 ——绘出当量弯矩M’图. 16，3．3安全系数校核计算 1．疲劳强度校核 疲劳强度的校核即计入应力集中，表面状态和尺寸影响斟后的精确校核。同上节所述方法，绘出轴的弯矩M图和转矩T以后，选择轴上的危险截面进行校校。根据截面上受到的弯矩和转矩可求出弯曲应力和切应力，这两项循环应力可分解平均应力和应力幅；然后就可以分别求出弯矩作用下的安全系数和转矩作用下的安全系数。 16.4 轴的刚度计算 轴受载荷以后要发生弯曲和扭转变形，如果变形过大，会影响轴上零件正常工作。例如，在电动机中如果由于弯矩使轴所产生的挠度)J过大，就会改变电机转子和定于间的间隙而影响电机的性能。又如，内燃机凸轮轴受转矩所产生的扭角声如果过大就会影响气门启闭时间。 轴的变形有三种：挠度、转角和扭角。在各种机器中对轴的刚度要求并不一致，所以没有统一的规定。 16.4．1、扭角的计算 26 式中 l——轴受转矩作用的长度；Ip——轴截面的极惯性矩；G——轴材料的切变模量。 16．4，2 弯曲变形的计算 计算轴在弯矩作用下所产生的挠度夕和转角有几种方法，这里主要介绍两种。 1．当量轴径法 对于阶梯轴，可以简化为一当量等径光轴，然后利用材料力学中的公式计算y和θ。 式中 l——支点间距离；li、di——轴上第i段的长度和直径。 2．能量法 用能量法计算阶梯轴的弯曲变形，运算较方便。此处略。 16.5 轴的临界转速 轴的转速达到一定值时，运转便不稳定而发生显著的反复变形，这现象称为轴的振动。如果继续提高转速，振动就会衰减，运转又趋于平稳，但是当转速达到另一较高的定值时，振动又复出现。发生显著变形的转速，称为轴的临界转速。同型振动的临界转速可以有好多个，最低的一个叫做第一阶临界转速。轴的工作转速不能和其临界转速重合或接近，否则将发生共振现象而使轴遭到破坏。计算临界转速的目的就在于使工作转速n避开轴的临界转速。轴的振动可分为横向振动、扭转振动和纵向振动三类。纵向振动的自振频率很高，在轴的工作转速范围内一般不会发生纵向振动。工作转速低于第一阶临界转速的轴，称为刚性轴；超过第一阶临界转速的轴，称为挠性轴。 16．6 提高轴的强度、刚度和减轻重量的措施 可以从结构和工艺两方面采取措施来提高轴的承载能力。轴的尺寸如能减小，整个机器的尺寸也常会随之减小。 1．合理布置轴上零件，减小轴受转矩； 2．改进轴上零件结构，减小轴受弯矩； 3．采用载荷分担的方法减小轴的载荷； 27