第4章轴、轴系

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,4,章 轴 和常见精密轴系,第,4,章,轴和常见精密轴系,4.1,概述,轴,是轴系的核心零件做回转运动的零件，必须装在轴上后才能实现回转运动。,轴的分类,（,1,）按载荷和应力的不同，分为三种,：,心 轴,随同回转零件一起或不一起转动。只承受弯矩而不传递转矩。转动,心轴,受变应力，不转动,心轴,受静应力。,转 轴,既承受弯矩又,承受,转矩。,传动轴,主要承受转矩。,（,2,）按轴的中心线的不同，分为三种：,直 轴,轴的各截面中心在同一直线上。,光轴、阶梯轴；实心轴、空心轴,曲 轴,轴的各截面中心不在同一直线上。曲轴通常是专用零件,软 轴,轴线可变，把回转运动灵活地传到任何位置。,4.1,概述,非旋转心轴型,4.1,概述,4.1,概述,传动轴支承,4.1,概述,4.1,概述,4.1,概述,精密轴系是很多精密机械和精密仪器的关键部件，其质量直接影响仪器的使用和精度。多数精密轴系由轴和轴套组成,通常仪器对轴系的要求：,a.,较高的回转精度；,b.,运动应灵活、轻便平滑，无卡滞和跳动现象；,c.,具有足够的刚度；,d.,良好的结构工艺性；,e.,较长的使用寿命。,常见的精密轴系有标准圆柱形轴系、圆锥形轴系、半运动式柱形轴系和平面轴系。,4.1,概述,设计轴时的考虑因素：,回转精度、强度、刚度、热变形、振动稳定性和结构工艺性。,设计内容：,选材、确定轴的结构、计算轴的强度和刚度，计算轴的振动稳定性（高速运转的轴），绘制出轴的零件工作图。,轴的设计要与轴承、轴系零件统一考虑。,4.2.1,轴的材料及其选择（表,4-1,）,1,、选材原则：,根据轴的工作能力（强度、刚度、振动稳定性、耐磨性等）、热处理方式、制造工艺性,经济合理。,2,、常用材料,碳素钢,对应力集中敏感性小，价格低廉，,常用。,45,、,35,、,50,（调质,or,正火），,Q235,、,Q275,合金钢,较高的力学性能和热处理性能，,用于受力较大且尺寸较小、重量轻,和耐磨性高的轴。,20Cr,、,40Cr,、含,Mo,合金钢。,4.2,轴,4.2.2,轴的结构设计,满足：轴和装在轴上的零件要有准确的轴向工作位置，并便于装拆和调整；,轴应有良好的加工工艺性。,轴 颈,轴上被支承的部位；,轴 头,安装轮毂的部位；,轴 身,联结轴颈与轴头的部分。,1.,轴的外形结构（图,4.3,）,在满足工作要求的前提下，轴的外形结构应尽可能简单,轴的结构设计内容,1,）确定并绘出轴的全部结构和尺寸；,2,）制定出满足使用要求的技术条件,。,4.2,轴,2.,零件在轴上的固定方法,轴肩、轴环,简单可靠，不需附加零件，承受较大轴向力；但使直径增大，阶梯处产生应力集中。,4.2,轴,（,1,）零件在轴上的轴向固定,a=(0.07,0.1),；,b=1.4a,定位面,内圆角半径,r,应小于零件上倒角,C,或外圆角半径,R,。,套筒,简单可靠，简化轴的结构且不消弱轴的强度；常用于轴上两个近距零件间的相对固定；不宜用于高速转轴；套筒内径与轴的配合较松。,螺母,固定可靠，承受较大轴向力，能实现轴上零件的间隙调整；常用于两零件的间距较大除，亦可用于轴端；为减小对轴的强度的消弱，常用细牙螺纹；为防松，须加止动垫圈或使用双螺母。,4.2,轴,轴端挡圈,工作可靠，承受较大轴向力；只用于轴端，且采用止动垫片等防松措施。,锥面,装拆方便，且可兼作周向定位；宜用于高速、冲击及对中性要求高的场合。,弹性挡圈,结构紧凑、简单，装拆方便，但受力较小，且轴上切槽引起应力集中；常用于轴承的固定。,紧定螺钉、锁紧挡圈,结构简单，但受力较小，不适于高速场合。,（,2,）零件在轴上的周向固定,键联接、销联接、,紧定螺钉、过盈联接,等。,见,“,键联接,”,、,“,齿轮结构设计,”,部分,4.2,轴,良好的加工工艺性,（,1,）轴的直径变化尽可能少，并尽量限制轴的最大直径与各轴段的直径差（节省材料，减少切削量）。,（,2,）轴上有磨削与切螺纹处，要留砂轮越程槽和螺纹退刀槽，以保证完整加工。,（,3,）轴上有多个键槽时，应开在同,直线上，以免加工键槽时多次装夹。,（,4,）尽可能使轴上各过渡圆角、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径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。,装配工艺性,（,1,）为便于轴上零件的装配，使其能顺利通过相邻轴段而到达轴上的确定位置，常采用直径从两端向中间逐渐增大的阶梯轴。轴上的各阶梯，除用作轴上零件轴向固定的可按规定确定轴肩高度外，其余仅为便于安装而设置的轴肩，其轴肩高度常可取,0.5,3mm,。,（,2,）轴端应倒角，以去掉毛刺并便于装配。,（,3,）固定滚动轴承的轴肩高度应小于轴承内圈厚度，以便拆卸。,4.2,轴,轴系,结构,实例,4.2,轴,4.2.3,轴的强度计算,1.,按许用切应力计算轴颈,已知：轴传递的功率,P,、,转速,n,，则,（,4,1,）,（,4,2,）,4.2,轴,2.,按弯曲和扭转复合强度计算轴颈,（,4,3,）,（,4,4,）,设计公式,4.2.4,轴的刚度计算,1.,扭转刚度计算,2.,弯曲刚度计算,计算法,工程查表法,4.3,常见精密轴系,以支承主体所形成的部件称为精密轴系,对精密轴系的要求：,（,1,）旋转精度,（,2,）,刚度,（,3,）转动的灵活性,1.,标准圆柱形轴系,（,1,）结构、特点和应用,形状简单，加工方便，易于获得较高的制造精度，轴与轴套接触面积大，摩擦力矩大，配合面间的间隙无法调整。为减少接触面积和精加工面，通常将轴套,2,的中部车去一段。（如图,a,）,（,2,）误差分析,1,）轴与轴套的尺寸误差,2,）圆柱度误差,3,）温度变化的影响,2.,圆锥形轴系,4.3,常见精密轴系,（,1,）结构、特点和应用,(2),精度分析,为了减少锥形轴与轴套间的摩擦，可采取以下措施：,a.,将轴和轴套中部车去一部分，以减少摩擦面积和精加工面，而又不降低仪器回转部分旋转的稳定性。,b.,利用轴下端中心的钢球或止推螺钉承受大部分轴向负荷，见图（,b,）、（,c,）。以减少对轴套的压力,影响因素有：锥形轴和轴套之间的配合间隙，轴系零件的几何形状误差,(,主要是圆度误差,),以及温度变化等。,3.,半运动式柱形轴系,（,1,）结构、特点和应用,a.,自动定心，置中精度高。,b.,摩擦力矩小，主轴起动灵活，磨损小，寿命长。不发生卡滞现象。,c.,装配时研磨工作量小，利于批量生产。,d.,对零件加工精度高,。,4.3,常见精密轴系,经纬仪中应用,（,2,）精度分析,a.,配合间隙的影响,b.,钢球直径差的影响,c.,同轴度误差影响,d.,垂直度误差的影响,经纬仪轴系,4.,平面轴系,（,1,）结构和特点,4.3,常见精密轴系,利用平面接触起定向作用，高度低，体积小。,精度不稳定：转动过于灵活，需使用粘度较大的油脂，以使其转动较平稳，噪音小。,（,2,）精度分析,a.,钢球的圆度误差和直径差,b.,平面度误差,c.,垂直度误差,