【正文】 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 不 合 理的 話 ， 將 會(huì) 嚴(yán) 重 的 影 響 軸 上 零 件 的 工 作 可 靠 性 和 軸 的 工 作 能 力 ， 同 時(shí) 還 會(huì) 增加 軸 的 制 造 成 本 和 軸 上 零 件 裝 配 的 困 難 等 。 因 此 ， 軸 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 是 軸 設(shè) 計(jì) 中 的重 要 內(nèi) 容 。軸 的 工 作 能 力 計(jì) 算 主 要 指 的 是 軸 的 強(qiáng) 度 、 剛 度 和 振 動(dòng) 穩(wěn) 定 等 方 面 的 計(jì) 算 。在 大 多 數(shù) 情 況 下 ， 軸 的 工 作 能 力 主 要 取 決 于 軸 的 強(qiáng) 度 。 這 時(shí) 需 要 及 時(shí) 對 軸 的進(jìn) 行 強(qiáng) 度 計(jì) 算 ， 以 防 止 塑 性 變 形 和 斷 裂 。 而 對 剛 度 要 求 比 較 高 的 軸 和 受 力 比較 大 的 細(xì) 長 軸 是 ， 不 僅 需 要 以 上 計(jì) 算 ， 同 時(shí) 還 應(yīng) 進(jìn) 行 剛 度 的 計(jì) 算 ， 這 樣 是 為了 防 止 軸 在 工 作 的 過 程 中 產(chǎn) 生 過 大 的 彈 性 變 形 。 對 與 高 速 運(yùn) 轉(zhuǎn) 的 軸 ， 還 要 進(jìn)行 振 動(dòng) 穩(wěn) 定 性 的 計(jì) 算 ， 以 防 止 因 為 軸 的 共 振 而 產(chǎn) 生 破 壞 。根 據(jù) 軸 上 零 件 的 安 裝 、 定 位 以 及 軸 的 制 造 工 藝 等 方 面 的 要 求 ， 合 理 地 確 定 軸的 結(jié) 構(gòu) 形 式 和 尺 寸 。 軸的設(shè)計(jì)過程：選擇材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的承載能力驗(yàn)算驗(yàn)算合格?結(jié)束YN北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22 軸 的 材 料 軸 的 材 料 主 要 是 碳 鋼 和 合 金 鋼 ,常 見 圖 。 碳 鋼 軸 的 毛 坯 多 數(shù) 軋 制 圓 鋼和 鍛 件 ， 有 的 則 直 接 用 圓 鋼 。 由 于 碳 鋼 比 合 金 鋼 價(jià) 廉 ， 對 應(yīng) 力 集 中 的 敏 感 性 較低 ， 同 時(shí) 也 可 以 用 熱 處 理 活 化 學(xué) 熱 處 理 的 辦 法 提 高 其 耐 磨 性 和 抗 疲 勞 強(qiáng) 度 ， 故采 用 碳 鋼 制 造 軸 尤 為 廣 泛 ， 其 中 最 常 用 的 45鋼 。 合 金 鋼 比 碳 鋼 具 有 更 高 的 力 學(xué)性 能 和 更 好 的 淬 火 性 能 。 因 此 ， 在 穿 多 大 動(dòng) 力 ， 并 要 求 減 少 尺 寸 與 質(zhì) 量 ， 提 高軸 勁 的 耐 磨 性 ， 以 及 處 于 高 溫 或 低 溫 條 件 下 工 作 的 軸 ， 常 采 用 合 金 鋼 。必 須 指 出 ： 在 一 般 工 作 溫 度 下 （ 低 于 200℃ ） ， 各 種 碳 鋼 和 合 金 鋼 的 彈 性 模量 均 相 差 不 多 ， 因 此 在 選 擇 鋼 的 種 類 決 定 剛 的 熱 處 理 方 法 時(shí) ， 所 依 據(jù) 的 是 強(qiáng) 度與 耐 磨 性 ， 而 不 是 州 的 彎 曲 或 扭 轉(zhuǎn) 強(qiáng) 度 。 但 也 應(yīng) 當(dāng) 注 意 ， 在 既 定 條 件 下 ， 有 時(shí)也 可 以 選 擇 強(qiáng) 度 較 低 的 鋼 材 ， 而 用 適 當(dāng) 增 大 軸 的 截 面 面 積 的 辦 法 來 提 高 軸 的 剛度 。各 種 熱 處 理 （ 如 高 頻 淬 火 、 滲 碳 、 氮 化 、 氰 化 等 ） 以 及 表 面 強(qiáng) 化 處 理 （ 如噴 丸 、 滾 壓 等 ） ， 對 提 高 軸 的 抗 疲 勞 強(qiáng) 度 都 有 著 顯 著 的 效 果 。高 強(qiáng) 度 鑄 鐵 和 球 墨 鑄 鐵 容 易 做 成 復(fù) 雜 的 形 狀 ， 且 具 有 廉 價(jià) 、 良 好 的 吸 振 性和 耐 磨 性 ， 以 及 對 應(yīng) 力 集 中 的 敏 感 性 較 低 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 可 用 于 制 造 外 形 復(fù) 雜 的 軸 。北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23抗拉強(qiáng)度極限 K?屈服極限強(qiáng)度 S彎曲疲勞極限 1?剪切疲勞極限?許用彎曲應(yīng)力??1??材料牌號(hào)熱處理毛坯直徑（mm）硬度/HBSMPa備注100?400 420:225Q235A 熱軋或鍛后空冷100 250:375 390 215170 105 40 用于不太重要及受載荷不大的軸100 170 217 590 295 255 140正火100 300 162 217 570 285 245 1355545調(diào)質(zhì) 200?217 255:640 355 275 155 60應(yīng)用最廣泛100 735 540 355 20220Cr 調(diào)質(zhì)100 300241 286685 490 355 18570 用于載荷較大，而無很大沖擊的重要軸100 270 300 900 735 430 26040CrNi 調(diào)質(zhì)100 300:240 270 785 570 370 21075 用于很重要的軸100?229 286 735 590 365 21038SiMnMo調(diào)質(zhì)100 300 217 269 685 540 345 19570 用于很重要的軸，性能接近于40CrNi60 293 321 930 785 440 28060 100:277 302 835 685 410 27038CrMoAlA調(diào)質(zhì)100 160 241 277 785 590 375 22075 用于要求耐磨性和強(qiáng)度高且熱處理變形很小的軸20Cr 滲磷、淬火、回火60?滲磷52 62HRC640 390 305 160 60 用于要求強(qiáng)度和韌性較高的軸3Cr13 調(diào)質(zhì) 100 241?835 635 395 230 75 用于腐蝕條件下的軸100?530 190 1151Cr18Ni9Ti淬火100 160:192 490 195 180 110 45 用于高低溫以及腐蝕條件下的軸QT6003 190 270 600 370 215 185QT8002 245 335 800 480 290 250用于制造復(fù)雜外形的軸 軸 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)軸 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 包 括 定 出 軸 的 合 理 外 形 和 全 部 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 。軸 的 結(jié) 構(gòu) 主 要 取 決 于 以 下 因 素 ： 軸 在 機(jī) 器 中 的 安 裝 位 置 及 形 式 ： 軸 上 安 裝 的零 件 的 類 型 、 尺 寸 、 數(shù) 量 以 及 和 軸 的 連 接 的 方 法 ； 載 荷 的 性 質(zhì) 、 大 小 、 方 向 及北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24分 布 的 情 況 ； 軸 的 加 工 工 藝 等 。 由 于 影 響 軸 的 結(jié) 構(gòu) 的 因 素 較 多 ， 且 其 結(jié) 構(gòu) 形 式又 要 隨 著 具 體 情 況 的 不 同 而 異 ， 所 以 軸 沒 有 標(biāo) 準(zhǔn) 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 。 設(shè) 計(jì) 時(shí) ， 必 須 針對 不 同 情 況 進(jìn) 行 具 體 的 分 析 。 但 是 ， 不 論 何 種 具 體 條 件 ， 軸 的 結(jié) 構(gòu) 都 因 該 滿 足 ：軸 和 裝 在 軸 上 零 件 要 有 準(zhǔn) 確 的 工 作 位 置 ； 軸 上 的 零 件 贏 便 于 裝 拆 和 調(diào) 整 ； 軸 應(yīng)具 有 良 好 的 制 造 工 藝 性 等 。 下 面 討 論 軸 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 中 要 解 決 的 幾 個(gè) 主 要 問 題 。（ 1） 擬 定 軸 上 零 件 的 裝 配 方 案 擬 定 軸 上 零 件 的 裝 配 方 案 是 進(jìn) 行 軸 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 的 前 提 ， 它 決 定 著 軸 的 基 本形 式 。 所 謂 裝 配 方 案 ， 就 是 預(yù) 定 出 軸 上 主 要 零 件 的 裝 配 方 向 、 順 序 和 相 互 關(guān)系 。 軸 上 零 件 的 裝 配 方 案 不 同 ， 則 軸 的 結(jié) 構(gòu) 形 狀 也 不 相 同 。 設(shè) 計(jì) 時(shí) 可 擬 定 幾 種裝 配 方 案 ， 進(jìn) 行 分 析 與 選 擇 。 （ 2） 軸 上 零 件 的 定 位 為 了 防 止 軸 上 零 件 受 力 時(shí) 發(fā) 生 沿 軸 向 或 周 向 的 相 對 運(yùn) 動(dòng) ， 軸 上 零 件 除 了 有游 動(dòng) 或 空 轉(zhuǎn) 的 要 求 外 ， 都 必 須 進(jìn) 行 軸 向 和 周 向 定 位 ， 以 保 證 其 準(zhǔn) 確 的 工 作 位 置 。 零 件 的 軸 向 定 位軸 上 零 件 的 軸 向 定 位 是 以 軸 肩 、 套 筒 ， 軸 端 擋 圈 、 軸 承 端 蓋 和 圓 螺 母 等 來保 證 的 。 本 文 主 要 是 用 到 的 軸 肩 定 位 的 ， 所 以 重 點(diǎn) 介 紹 軸 肩 定 位 。軸 肩 分 為 定 位 軸 肩 和 非 定 位 軸 肩 兩 類 。 利 用 軸 肩 定 位 是 最 方 便 可 靠 的 方 法 ，但 采 用 軸 肩 就 必 然 會(huì) 使 軸 的 直 徑 加 大 ， 而 且 軸 肩 處 將 因 截 面 突 變 而 引 起 應(yīng) 力 集中 。 另 外 ， 軸 肩 過 多 時(shí) 也 不 利 于 加 工 。 因 此 ， 軸 肩 定 位 多 用 于 軸 向 力 較 大 的 場合 。 定 位 軸 肩 的 高 度 h一 般 取 為 ， 為 零 件 相 配 處 的 軸 的 直 徑 ，()d?:滾 動(dòng) 軸 承 的 定 位 軸 肩 高 度 必 須 低 于 軸 承 內(nèi) 圈 端 面 的 高 度 ， 以 便 于 拆 裝 軸 承 ， 周建 的 高 度 可 查 手 冊 中 軸 承 的 安 裝 尺 寸 。 為 了 使 零 件 能 靠 緊 軸 肩 而 得 到 準(zhǔn) 確 可 靠的 定 位 ， 軸 肩 處 的 過 渡 圓 角 半 徑 r 必 須 小 于 與 之 相 配 的 零 件 轂 孔 端 部 的 圓 角 半徑 R 或 倒 角 尺 寸 。 非 定 位 軸 肩 是 為 了 加 工 和 裝 配 方 便 而 設(shè) 置 的 ， 其 高 度 沒 有嚴(yán) 格 的 規(guī) 定 ， 一 般 取 為 。12m:（ 3） 各 軸 段 直 徑 和 長 度 的 確 定 零 件 在 軸 上 的 定 位 個(gè) 拆 裝 方 案 確 定 后 ， 軸 的 形 狀 變 大 體 確 定 。 各 軸 段 所 需的 直 徑 與 軸 上 的 在 和 大 小 有 關(guān) 。 初 步 確 定 軸 的 直 徑 時(shí) ， 通 常 還 不 知 道 支 反 力 的作 用 點(diǎn) ， 不 能 決 定 彎 矩 的 大 小 與 分 布 情 況 ， 因 而 還 不 能 按 軸 所 受 的 具 體 載 荷 及北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）25其 引 起 的 應(yīng) 力 來 確 定 軸 的 直 徑 。 但 在 進(jìn) 行 軸 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 前 ， 通 常 已 能 求 得 軸 所受 的 扭 矩 。 因 此 ， 可 按 軸 所 受 的 扭 矩 初 步 估 算 周 所 需 的 直 徑 。 將 初 步 求 出 的直 徑 作 為 承 受 扭 矩 的 軸 段 的 最 小 直 徑 ,然 后 再 按 照 軸 上 零 件 的 裝 配 方 案 和 定mind位 要 求 ， 從 處 起 逐 一 確 定 各 段 軸 的 直 徑 。 在 實(shí) 際 設(shè) 計(jì) 中 ， 軸 的 直 徑 亦 可 憑mind設(shè) 計(jì) 者 的 經(jīng) 驗(yàn) 取 定 ， 或 參 考 同 類 機(jī) 器 用 類 比 的 方 法 確 定 。最 小 軸 徑 的 確 定 : in ??????≈ Mpa ??..02An????m—扭 矩 ， —抗 扭 截 面 系 數(shù) ， —功 率 ， —轉(zhuǎn) 速 ， —許 用 應(yīng) 力 ，TTWP??T?—計(jì) 算 直 徑 ， —材 料 系 數(shù) 。 d0A(4)提 高 軸 的 強(qiáng) 度 的 常 用 措 施軸 和 軸 上 零 件 的 結(jié) 構(gòu) 、 工 藝 以 及 軸 上 零 件 的 安 裝 布 置 等 對 軸 的 強(qiáng) 度 有 很 大 的影 響 ， 所 以 應(yīng) 在 這 些 方 面 進(jìn) 行 充 分 考 慮 ， 以 利 提 高 軸 的 承 載 能 力 ， 減 少 軸 的 尺寸 和 機(jī) 器 的 質(zhì) 量 ， 降 低 制 造 成 本 。 理 布 置 軸 上 零 件 以 減 少 軸 的 載 荷為 了 減 少 軸 所 承 受 的 彎 矩 ， 傳 動(dòng) 件 應(yīng) 盡 量 靠 近 軸 承 ， 并 盡 可 能 不 采 用 懸 臂 的支 承 形 式 ， 力 求 縮 短 支 承 跨 距 及 懸 臂 長 度 等 。 進(jìn) 軸 上 零 件 的 結(jié) 構(gòu) 以 減 少 軸 的 載 荷通 過 改 進(jìn) 軸 上 零 件 的 結(jié) 構(gòu) 也 可 減 少 軸 上 的 載 荷 。 進(jìn) 軸 的 結(jié) 構(gòu) 以 減 少 應(yīng) 力 集 中 的 影 響軸 通 常 是 在 變 應(yīng) 力 條 件 下 工 作 的 ， 軸 的 截 面 尺 寸 發(fā) 生 在 突 變 處 要 產(chǎn) 生 應(yīng) 力 集中 ， 軸 的 疲 勞 破 壞 往 往 在 此 出 發(fā) 生 。 為 了 提 高 軸 的 疲 勞 強(qiáng) 度 ， 應(yīng) 盡 量 減 少 應(yīng) 力集 中 源 和 降 低 應(yīng) 力 集 中 的 程 度 。 為 此 ， 軸 肩 處 應(yīng) 采 用 較 大 的 過 渡 圓 角 半 徑 r 來 降 低 應(yīng) 力 集 中 。 但 對 定 位 軸 肩 ， 還 必 須 的 保 證 零 件 得 到 可 靠 的 定 位 。 當(dāng) 靠 軸肩 定 位 的 零 件 的 圓 角 半 徑 很 小 時(shí) ， 為 了 增 大 軸 肩 處 圓 角 半 徑 ， 可 采 用 內(nèi) 凹 圓 角北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）26或 加 裝 隔 離 環(huán) 。當(dāng) 軸 與 輪 轂 為 過 盈 配 合 時(shí) ， 配 合 邊 緣 處 會(huì) 產(chǎn) 生 較 大 的