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    第4章轴、轴系.ppt

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    第4章轴、轴系.ppt

    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=(0.070.1);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0.53mm。(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,(41),(42),4.2 轴,2.按弯曲和扭转复合强度计算轴颈,(43),(44),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,

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