摘要：軸的設(shè)計(jì)會(huì)影響到軸上各個(gè)零件的配合、轉(zhuǎn)動(dòng)，從而影響整個(gè)機(jī)器的工作情況。所以，軸類(lèi)零件的設(shè)計(jì)顯的非常的重要進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮軸的軸向及周向固定，并且還要對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度的校核。

關(guān)鍵詞：軸；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

軸是組成機(jī)器的重要零件之一，軸的主要功用是支持旋轉(zhuǎn)零件并傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。大多數(shù)軸都做成階梯軸，因?yàn)殡A梯軸的強(qiáng)度接近于等強(qiáng)度，容易加工，也便于軸上零件的定位及安裝。對(duì)于軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸時(shí)，還要滿足：軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的相對(duì)位置；軸的結(jié)構(gòu)有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度；軸的加工、裝配有良好的工藝性能；軸的結(jié)構(gòu)能減少應(yīng)力集中等等。下面我們就以單級(jí)圓柱齒輪減速器的輸出軸為例來(lái)說(shuō)明軸的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

圖1 軸的結(jié)構(gòu)

1 初步確定軸的直徑

初步選擇軸的材料，根據(jù)軸所傳遞的功率及軸的轉(zhuǎn)速，初步確定軸的最小直徑：

式中： dmin-軸的最小直徑；

P-軸傳遞的功率；

n-軸的轉(zhuǎn)速；

C-與材料有關(guān)的系數(shù)。

最小軸的直徑確定后，考慮到有鍵槽，應(yīng)增大軸徑，提高因鍵槽降低的強(qiáng)度和剛度，其直徑d為： d=dmin×(1+3%～5%)

然后將軸徑根據(jù)聯(lián)軸器的孔徑標(biāo)準(zhǔn)取值，得到軸段①。

2 確定軸的結(jié)構(gòu)

根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)方案的整體布局，確定軸上零件的固定方法，進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：初步確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度，選擇合適的軸承和聯(lián)軸器等。

3 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的要求

3.1 軸的加工和工藝性的要求

如果僅僅從加工角度考慮，軸制成光軸最容易加工。但是從裝配角度出發(fā)，它不便于軸上零件的定位和固定，因些光軸不適用。如圖1所示，軸段③上的軸承，其軸承內(nèi)圈與軸過(guò)盈配合，為了便于安裝，應(yīng)將滾動(dòng)軸承內(nèi)圈經(jīng)過(guò)的前段②的直徑做的比③小，同樣為了有利于齒輪的安裝，③應(yīng)該比④小才行。因些通常將軸做成階梯形的，其形狀通常是中間大，兩頭小?？梢来螌⒙?lián)軸器、右端端蓋、軸承、套筒、齒輪從軸的右端進(jìn)行裝拆；左端端蓋、軸承則由左端裝拆。

需要磨削的軸段，應(yīng)有砂輪越程槽（圖2），需車(chē)制螺紋的軸段應(yīng)加工退刀槽（圖3），以保證刀具的安全退出。當(dāng)軸上有多個(gè)退刀槽或砂輪越程槽時(shí)，應(yīng)盡可能取相同的尺寸，以便于加工。軸上有多處過(guò)渡圓角半徑和倒角時(shí)，應(yīng)盡可能使圓角半徑、倒角大小一致，以減少換刀次數(shù)和刀具規(guī)格。

圖2 砂輪越程槽圖3 螺紋退刀槽

3.2 軸上零件的固定要求

軸上零件的固定有周向和軸向兩種。

軸上零件的軸向固定是為了防止軸上零件沿軸向竄動(dòng)。階梯軸上截面尺寸變化所形成的臺(tái)階稱為軸肩。狹義上的軸肩只指一個(gè)方向上截面尺寸發(fā)生變化所形成的臺(tái)階。而兩個(gè)方向尺寸發(fā)生變化所形成的臺(tái)階稱為軸環(huán)。廣義上的軸肩兩者都包含了。在這里的軸肩指的是廣義上的軸肩。如圖1中，軸段①和軸段②之間的軸肩可以使聯(lián)軸器定位，軸段④和軸段⑤的軸肩可以使齒輪定位，而軸段⑥和軸段⑦的軸肩可以使左邊軸承定位。

除些之外軸向固定還可以用套筒、圓螺母與止動(dòng)墊圈、雙螺母、軸端擋圈、彈性擋圈等方法。

軸上零件的周向固定是為了傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，避免軸上零件與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖1中齒輪的周向固定靠的鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)。除些外，零件的周向固定常用的方法還有彈性環(huán)連接、銷(xiāo)連接、成形聯(lián)接、過(guò)盈配合等方法。

4 軸強(qiáng)度的校核

減速器的輸出軸是轉(zhuǎn)軸，按彎-扭組合變形強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算。首先繪出軸的空間受力圖；求支點(diǎn)反力，繪出水平面彎矩圖（MH）、垂直面彎矩圖（MV）、合成彎矩圖（M=■）和扭矩圖（T）；計(jì)算當(dāng)量彎矩Me=■，繪出當(dāng)量彎矩Me圖（?琢是根據(jù)扭矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)），如圖4；按彎矩組合強(qiáng)度計(jì)算

。

結(jié)語(yǔ)

軸的設(shè)計(jì)會(huì)影響到軸上各個(gè)零件的配合、轉(zhuǎn)動(dòng)，從而影響整個(gè)機(jī)器的工作情況。所以，軸類(lèi)零件的設(shè)計(jì)顯的非常的重要。在這里對(duì)于軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較全面、系統(tǒng)的分析，使軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更易于理解，使學(xué)生能更好的掌握。

參考文獻(xiàn)

[1]譚放鳴.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2007.

[2]陳立德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)[M].北京：高等教育出版社.2007.

[3]李長(zhǎng)文.軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與自動(dòng)化.2006.