典型轴类零件的设计与加工说明书(老)典型轴类零件的设计与加工说明书(老).doc

第一章 轴类零件结构设计及其分析 轴是组成机器的重要零件之一，它的主要功能是：①支承轴上零件，并使其具有确定的工作位置；②传递运动和动力。 1.1 轴的分类 轴的分类方式有很多，按照不同的方式，有着不同的种类。 1、按照承受载荷情况的不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。 ⑴、转轴。工作时既承受弯矩又传递转矩的轴。如机床的主轴和减速器中的齿轮轴。它是机器中最常见的轴。 ⑵、心轴。工作时只承受弯矩的轴。不随零件一同转动的心轴称为固定心轴，如自行车的前轮和滑动轴。随零件的一同转动的心轴称为转动心轴，如火车车轮轴和滑轮轴。 ⑶、传动轴。主要用以传递转矩，不承受弯矩或弯矩很小的轴，如汽车变速箱与后桥差速器之间的轴。 2、按照不同的轴线形状，轴又可分为直轴、曲轴、扰性轴。直轴按其外形的不同，可分为光轴（轴外径相同）和阶梯轴两种。光轴形状简单，易加工，应力集中源少，但轴上的零件不易装配和定位，阶梯轴方便轴上零件的装拆、固定与紧固，在机器中应用广泛，因此本课题主要围绕阶梯轴的设计。 1.2 轴的材料 由于轴工作时产生的应力多是循环交变应力，所以轴的损坏常为疲劳破坏。而轴是机器中的重要零件，因此轴的材料应具有足够的强度和韧性，对应力集中敏感性小和良好的工艺性，有的轴还有耐磨性要求等。 轴的材料主要是碳素钢和合金钢。碳素钢强度虽然较合金钢低，但价廉，对应力集中的敏感性低，故应用较广（常采用调质处理）。 常用的碳素钢有30、40、45和50钢，其中45钢最常用。对于载荷不大或不重要的轴，也可用Q235、255等普通碳素钢，不需要热处理。 合金钢比碳素钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能，但对应力集中比较敏感，价格较贵，对于受载大并要求尺寸紧凑、重量轻或耐磨性要求高的重要轴，或处于非常温度或腐蚀条件下工作的轴，常采用合金钢。常用合金钢有：20Cr、40Cr、20CrMnTi、40MnB等。轴也可以采用合金铸铁和球墨铸铁。铸铁的流动性好，易于铸造成形以获得形状复杂的轴（曲轴），价廉，有良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中不敏感等优点。但由于强度和韧性较低，铸造质量不易控制，在使用上受到了一定的限制。 轴的毛坯一般用轧制的圆钢或锻件。锻件的内部组织比较均匀，强度较高，所以重要的轴以及尺寸或阶梯变化较大的轴，应采用锻件毛坯。 轴的常用材料及其力学性能如表：1 1.3轴的结构分析 由于轴是非标准件，因此轴的设计是相当重要的。 1、轴的合理结构应满足的基本要求 ⑴、轴的受力合理，有利于提高刚度和强度，有利于节约材料减轻重量。 ⑵、保证轴上零件在轴上定位准确及固定可靠，同时也应保证轴在机架上固定可靠。 ⑶、便于轴及轴上零件的拆装和调整，轴承能够得到良好的润滑和密封。 ⑷、具有良好的工艺性和经济性。 2、轴设计的主要内容 ⑴、为了保证所设计的轴能正常工作，必须通过强度计算保证其有足够的强度，以防断裂和过大的塑性变形。 ⑵、对于强度要求的轴（如车床的主轴），要进行刚度计算，以防工作时产生不允许的弹性变形。 ⑶、对于高速运转的轴，为避免共振，还要进行振动稳定计算。 3、轴设计的特点 强度计算与结构设计是轴设计的两个主要部分。但是因为轴的具体受力情况与轴的结构密切相关，在轴的结构未确定之前，轴上力的作用点和支点间的跨距难以确定，故无法对轴进行强度计算。因此在轴的设计中，轴的强度计算和结构设计一般都是交替进行的。 4、轴设计的步骤 ⑴、选择轴的材料 ⑵、初步估算轴的最小直径 ⑶、进行轴的结构设计 ⑷、按弯矩组合作用校核轴的危险截面强度 ⑸、绘出轴的零件工作图 1.4 轴的结构设计 轴主要由轴颈、轴头、轴身三部分组成。轴上被支承的部分称为轴颈，安装轮毂的部分称为轴头，连接轴颈和轴头的部分称为轴身。 轴的结构设计就是使轴具有合理的形状和尺寸。轴在进行结构设计时，主要考虑轴上零件要有可靠的定位，轴向固定和轴向固定；便于轴上零件的装拆和轴的加工；有利于提高轴的强度和刚度，节约材料减轻重量等。 轴的直径和长度的确定：轴颈和轴头的直径尺寸应与相配零件的内孔直径一致，其他的要求如下：轴颈与滑动轴承内孔之间为间隙配合，直径尺寸的公差等级和表面粗糙度为IT4—IT7，Ra=1.6—0.2μm，轴颈与滚动轴承相配，且为过渡配合，其直径和长度尺寸均由滚动轴承决定，直径尺寸的公差等级和表面粗糙度为IT6—IT7，Ra=1.6—0.8μm；轴颈长度的确定，应考虑轴承的宽度，轴的膨胀量和安装误差，固定铰链支座处的轴颈长度，仅考虑轴承的宽