《汽车机械基础》项目十三-轴

12返回项目十三轴13.1轴的概述13.2轴的结构设计要求１３.１轴的概述１３.１.１轴的类型轴的类型很多。按所受载荷性质可分为传动轴、心轴和转轴。１)传动轴只承受转矩而不承受弯矩或承受弯矩很小的轴。如汽车的传动轴(图１３-１)。２)心轴只承受弯矩的轴。它分为固定心轴。如自行车前轮轴[图１３-２(ａ)]。和转动心轴。如滑轮轴[图１３-２(ｂ)]。３)转轴同时承受转矩和弯矩的轴。如减速器轴(图１３-３)。机器中大多数轴都属于这类。按轴线的形状不同可分为直轴(图１３-４)、曲轴(图１３-５)和挠性轴(图１３-６)。此外。轴还可分为光轴和阶梯轴等。下一页返回１３.１轴的概述１３.１.２轴的材料选择轴的材料时。首先考虑应具有足够的强度和刚度。同时还应考虑对应力集中的敏感性、工艺性及经济性等因素。常用的材料主要有碳素钢、合金钢。其次是球墨铸铁和高强度铸铁。碳素钢有足够高的强度。比合金钢价廉。应力集中敏感性差。可以进行各种热处理(调质、正火、淬火等)及机械加工。材料来源方便。故应用最广。一般机器中的轴。采用３５、４０、４５、５０等优质中碳钢。其中以４５钢经调质处理最为常用。对受力较小和不重要的轴也可采用碳素结构钢。如Ｑ２３５Ａ和Ｑ２７５Ａ。下一页返回上一页１３.１轴的概述合金钢比碳素钢具有更高的机械性能和更好的淬透性。用于制造高速、重载的轴。或受力大而要求尺寸小、重量轻的轴。以及处于高温、低温或腐蚀介质中工作的轴。常用的合金钢有２０Ｃｒ、３８ＳｉＭｎＭｏ、３５ＳｉＭｎ、４０ＭｎＢ等。但合金钢对应力集中较敏感。且价格较贵。在一般工作温度下。合金钢和碳钢具有相近的弹性模量。所以采用合金钢并不能提高轴的刚度。对于形状复杂的轴也可采用球墨铸铁和高强度铸铁。铸造工艺性好。具有吸振性好、强度较高、成本低等优点。但铸件质量不易控制。球墨铸铁和高强度铸铁的机械强度比碳钢低。易于得到较复杂的外形。耐磨性好。对应力集中敏感性低。故应用日趋增多。轴的常用材料可参阅表１３-１。下一页返回上一页１３.１轴的概述１３.１.３轴的设计基本准则一般情况下。轴设计的基本准则应该满足以下两个要求:１)具有足够的承载能力。即轴必须具有足够的强度和刚度。以保证能正常工作。２)具有合理的结构。应使轴上零件定位和固定可靠且便于装拆。同时轴加工方便、成本降低。返回上一页１３.２轴的结构设计要求图１３-７所示为一齿轮减速器轴。安装轮毂的部分①、④称为轴头。轴上被支承的部分③、⑦称为轴颈。连接轴颈和轴头的部分②、⑥称为轴身。轴上的环形部分⑤称为轴环。轴的结构设计就是合理地定出轴的各部分几何形状和尺寸。保证轴具有足够的强度和刚度。由于影响轴的结构因素很多。具体情况各异。所以轴没有标准结构。结构设计时。主要考虑以下几方面的问题。１.轴上零件的装配方案轴的结构设计就是合理地定出轴的各部分几何形状和尺寸。保证轴具有足够的强度和刚度。由于影响轴的结构因素很多。具体情况各异。所以轴没有标准结构。结构设计时。主要考虑以下几方面的问题。１.轴上零件的装配方案下一页返回１３.２轴的结构设计要求２.轴上零件的定位和固定轴上的每个零件都应该有确定的工作位置。既要定位准确。又要固定牢靠。一般情况下。应在轴向和周向均加以固定。(１)轴上零件的轴向定位和固定为防止轴上零件的轴向移动。常需轴向定位。常用的方法有以下几种:１)轴肩或轴环。用于传递轴向力的轴肩。是最简单可靠的结构。为了保证轴上零件端面能靠紧轴肩(或轴环)定位面。轴肩(或轴环)的过渡圆角半径ｒ必须小于轴上零件毂孔的圆角半径ｒ１

[图１３-８(ａ)]或倒角高度Ｃ１[图１３-８(ｂ)]。轴肩(或轴环)的高度ｈ应取(０.０７ｄ＋３ｍｍ)~(０.１ｄ＋５ｍｍ)。轴环宽度一般取ｂ≈１.４ｈ。滚动轴承的定位轴肩尺寸。下一页返回上一页１３.２轴的结构设计要求由轴承标准规定的尺寸确定。仅为加工和装配方便而设计的非定位轴肩。轴肩高度和过渡圆角半径没有严格的规定。一般可取轴肩高度ｈ＝１.５~２ｍｍ。半径ｒ≤(Ｄ－ｄ)/２。２)套筒。当轴上两零件相距较近时。使用套筒来相对固定(图１３-９)。为使轴上零件定位可靠。应使轴段长度比零件毂长短２~３ｍｍ。但套筒与轴配合较松。两者难以同心。不适宜用在高速转轴上。３)圆螺母。当轴上两个零件之间的距离较大。可采用圆螺母压紧零件端面来轴向固定(图１３-１０)。圆螺母定位装拆方便。能传递较大的轴向力。下一页返回上一页１３.２轴的结构设计要求４)轴端挡板。当零件位于轴端时。可以用轴端挡板与轴肩、轴端挡板与圆锥面相结合来双向固定零件。如图１３-１１所示。联轴器由轴端挡板与锥面固定。该方法简单可靠、装拆方便。常用于有冲击载荷的场合。５)弹性挡圈。在轴上切出环形槽。将弹性挡圈嵌入槽中。利用它的侧面压紧被定位零件的端面(图１３-１２)。这种定位方法工艺性好、装拆方便。但对轴的强度削弱较大。常用于所受轴向力小而刚度大的轴。６)紧定螺钉。这种定位方法常用于光轴(图１３-１３)。结构简单。但只能承受较小的轴向力。下一页返回上一页１３.２轴的结构设计要求(２)轴上零件的周向定位和固定周向定位的目的是限制轴上零件绕轴线转动。这种定位通常是以轮毂与轴联接的形式出现。常用的周向定位和固定方法有:键连接、花键连接、销连接、成形连接及过盈配合连接等。定位和固定方法根据其传递转矩的大小和性质、零件对中精度的高低、加工难易等因素来选择。３.良好的制造工艺性轴的结构应尽量简单。便于加工。当轴上有两个以上键槽时。应将键槽开在轴的同一母线上。以便一次装夹就能加工。同一轴上所有圆角半径、倒角尺寸尽可能一致。以减少换刀次数及装夹时间。需要磨削的轴段。应留有砂轮越程槽[图１３-１４(ａ)]。需要车螺纹的轴段。应留有退刀槽[图１３-１４(ｂ)]。下一页返回上一页１３.２轴的结构设计要求４.减小应力集中轴的截面尺寸突变会造成应力集中。相邻轴段的直径相差不宜过大。在直径变化处。尽量采用圆角过渡。圆角半径尽可能大。在重要的结构中。若增大定位轴肩过渡圆角半径有困难。可采用凹切圆角[图１３-１５(ａ)]、过渡肩环[图１３-１５(ｂ)]等结构。以增加轴肩处过渡圆角半径和减小应力集中。当采用紧定螺钉、弹性挡圈、圆锥销钉、圆螺母等定位时。需要在轴上加工出凹坑、环槽、横孔、螺纹。引起较大的应力集中。应尽量避免使用。返回上一页图１３-１传动轴返回图１３-２心轴返回图１３-３转轴返回图１３-３转轴返回图１３-４直轴返回图１３-５曲轴返回图１３-６挠性轴返回表１３-１轴的常用材料及其主要机械性能返回表１３-１轴的常用材料及其主