轴的设计与制作

设计题目:轴的设计与制作设计内容和要求:1、了解轴的设计和制作的一般步骤和方法。2、运用工程力学知识进行力学模型分析。3、运用工艺知识合理安排加工工艺。4、通过课程练习达到掌握一般通用零部件设计思路和方法。5、培养撰写论文的能力。通过这个学期的学习，使我们对机械设计这门课程有了一个基本的了解。在众多章节中，我选择“轴的设计和加工”作为我本学期的结课课题。在学习这一章的过程中发现本章所涉及的知识十分丰富，与实际联系紧密，而且综合了机械设计基础、材料力学、加工工艺、公差配合等多个学科的知识，对于各个学科知识的理解和运用十分有益。下面我就以设计计算法对轴的结构设计与加工进行说明。如图所示：设计斜齿圆柱齿轮减速器的从动轴（Ⅱ轴）。

已知：传递功率P=8KW，从动齿轮的转速n=280r/min，分度圆直径d=265mm，圆周力Ft=763.8N，轴向力Fa=405.7N。齿轮轮毂宽度为60mm，工作时单向运转，轴承采用深沟球轴承。第一部分:轴的设计首先，对图纸进行分析。减速器的工作原理就是通过小齿轮与大齿轮的互相啮合，从而达到减速的目的。由P=FV可知，在P恒定的情况下，V减小，F增大。所以，通过减速器可以达到最大的扭矩。由图可知，Ⅲ为整个减速器的动力部分，即电机。Ⅰ为高速轴，Ⅱ为低速轴。Ⅰ轴通过联轴器与电机Ⅲ相连。Ⅱ轴也通过联轴器与输出部分相连。在明白减速器各个部分的结构和作用后，开始对从动轴Ⅱ进行设计。一、选择材料，确定许用应力通过已知条件和查阅相关的设计手册得知，该减速器所传递的功率属于中小型功率。因此周所承受的扭矩不大。故选择45号钢，并进行调质处理。（由于45号钢成本适中，且经过调质处理后，可提高其综合性能，所以选为本轴的制作材料。）由手册查得45号钢经调质处理后强度极限δB=650MPa，弯曲应力[δ-1b]=60MPa二、按扭转强度估算轴径由于手册查得C=118～107。由公式d≥CP/N=（1O7～118）8/280=32.7～36.1mm由于考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽存在，故将估算直径加大3%～5%，取为33.68～37.91mm。最后经由设计手册取标准直径d1=35mm。三、设计轴的结构并绘制结构草图由于设计的单级减速器，可将齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装联轴器。⑴.确定轴上零件的固定位置和固定方式要确定轴的结构形状，必须先确定轴上零件的拆装顺序和固定方式。由经验判断，齿轮多从轴的右端装入，齿轮的左端用轴肩（或轴环）定位，右端用套筒固定。这样，齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮的周向固定采用平键连接。轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴向用轴肩固定，轴向采用过盈配合固定。⑵.确定各轴段的直径由扭转强度估算出轴径为35mm。这是轴的最小尺寸，即安装联轴器的外伸端①，d1=35mm；由于要对①上的联轴器进行定位，所以轴段②应有轴肩，由于轴段②上装轴承，所以轴段②应上磨床加工，另外为了装拆轴承的方便，故将轴段②直径定为d2=40mm；同理，出于对装拆轴承方便，故将轴段③和④的直径定为d3=45mm、d4=55mm、d5=47mm。⑶.确定各轴段的长度齿轮轮毂宽度为60mm，为保证齿轮固定可靠，轴段③的长度应略短于齿轮轮毂

宽度，取为58mm；为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间应留有一定的间距，取该距离为15mm；为保证轴承安装在箱体轴承座孔中（轴承宽度为18），并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁的距离为5mm；所以轴段④的长度为20mm，轴承支点距离l=118mm，根据箱体结构及联轴器距轴承盖有一定距离的要求，取l'=75mm；查阅有关联轴器手册取l'为70mm；在轴段①、③上分别加工出键槽，使两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽的长度比相应的轮毂宽度小5～10mm，键槽的剖面尺寸按轴段直径查手册得到.（4）选定轴的结构细节如圆角、倒角、退刀槽、越程槽等的尺寸，这些尺寸均可查手册得到。(5)轴的结构草图四、按弯矩合成强度校核1.轴的受力图Ft2＝FHA＋FHBFHA＝FHB∴FHA＝FHB＝＝1030NFVA＝－＝(－)N＝-73.65NFVB＝Fr2－FVA＝(763.8-(-73.65))N2.水平面内弯矩图Ⅰ-Ⅰ截面弯矩:MHⅠ＝FHA·＝1030×N·mm＝60770N·mmⅡ-Ⅱ截面弯矩:MHⅡ＝1030×29N·mm＝29870N·mm3.垂直面内弯矩图Ⅰ-Ⅰ截面左侧弯矩:MVⅠ左＝FVA·＝-73.65×N·mm＝-4345N·mmⅠ-Ⅰ截面右侧弯矩:MVⅠ右＝FVB·＝837.5×N·mm＝49410N·mmⅡ-Ⅱ截面弯矩:MVⅡ＝FVB×29＝837.5×29N·mm＝24287.5N·mm4.合成弯矩图M＝Ⅰ-Ⅰ截面弯矩:MⅠ左＝＝N·mm＝60925N·mmMⅠ右＝＝N·mm＝78320N·mmⅡ-Ⅱ截面弯矩:MⅡ＝＝N·mm＝39776N·mm5.扭矩图T＝＝N·mm＝272900N·mm6.计算当量弯矩因减速器单向运转，故可认为转矩为脉动循环变化，修正系数α为0.6。Ⅰ-Ⅰ截面：MeⅠ＝＝N·mm＝181500N·mmⅡ-Ⅱ截面:MeⅡ＝＝N·mm＝168502N·mm7.确定危险截面及校核强度由扭矩图可以看出，截面Ⅰ-Ⅰ和截面Ⅱ-Ⅱ所受转矩相同，但弯矩MeⅠ＞MeⅡ，且轴上还有键槽，故截面Ⅰ-Ⅰ可能为危险截面。但由于轴径d3＞d2，故也应对截面Ⅱ-Ⅱ进行校核。Ⅰ-Ⅰ截面：σeⅠ＝＝＝Mpa＝19.9MpaⅡ-Ⅱ截面:σeⅡ＝＝＝Mpa＝26.3Mpa查表得：［σ-1b］＝60Mpa∵σe≤［σ-1b］∴设计的轴有足够的强度。第二部分:轴的加工一、车制轴类零件常用的车刀①

高速钢精车刀：1刀片材料：YT302应用范围：适用于细长及细小零件的精加工，也可以加工有色金属及非金属材料②弯头车刀：1刀片材料：YT5、YT152适用范围：用于钢件的粗车和半精车外圆、端面

③75外圆车刀：1刀片材料：YT5、YT152应用范围：粗车各种钢，锻件和铸钢件。

④90外圆车刀：1刀片材料：YT5、YT30（75铸铁粗车刀、45铸铁精车刀、不锈钢精车刀、铝合金弯头车刀、90可转位外圆车刀、90机夹集屑车刀等）二、车制轴类零件的按夹方法1用四爪单动卡盘装夹：这种方法虽然加紧力大，但使用不便。适用于装夹大型或形状不规则的工件2用三爪自定心盘装夹：用这种方法装夹效率高，但夹紧力没有四爪的大，适用于外观规则，长度不太大的中小型零件。3用两顶尖装夹：这种方法装夹方便，不需找正，而且精度高，适用于长度较长或必须多次装夹才能完成的工件。4用反向顶尖不停机装夹：这种方法上靠反向顶尖顶紧时的摩擦力来带动工件旋转，所以生产效率高，但车削时要顶紧后顶尖，否则容易打刀。适用于直径小于50mm，长度与最小直径直比小于12，精度要求不高的轴类零件。5用一夹一顶装夹：夹紧刚性比两顶尖好。工作时要加限位支撑适用于重负荷。6在两顶尖中加中心架：用于增加工件的装夹刚性，适用于细长轴零件。三、中心孔的类型1A型：适用于精度要求一般的轴类零件。2B型；适用于精度要求较高，工序较多的轴类零件。3C型：使用于重型轴类零件作吊运时使用。4R型：适用于定位精度要求高的轴类零件。中心孔的尺寸从手册中查得四、工作余量的确定由手册查得（图纸家标注尺寸+加工余量=毛坯轴尺寸）五、轴类零件的测量1测量轴类零件常用的量具：⑴游标卡尺

⑵外径千分尺⑶百分尺⑷轴用量规在了解这些基础知识之后，就可以开始对轴的加工了。在确定好以45号钢为原料以后，开始正式的加工了，首先对毛坯轴进行车断面的处理，去掉毛刺。然后钻出中心孔，由于该轴尺寸不大，且形状规则，故选择用三爪自定心盘装夹。接着开始车外圆。第一遍要粗车，并且单边要保留2-3mm，这是为了保证调质变形后加工余量足够。介于此轴各个轴段的轴径相