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1、第4章 轴和常见精密轴系第4章 轴 和常见精密轴系4.1 4.1 概述概述 轴轴是轴系的核心零件做回转运动的零件，必须装在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。上后才能实现回转运动。轴的分类轴的分类 （1 1）按载荷和应力的不同，分为三种）按载荷和应力的不同，分为三种：心心 轴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。转动矩。转动心轴心轴受变应力，不转动受变应力，不转动心轴心轴受静应力。受静应力。转转 轴轴既承受弯矩又既承受弯矩又承受承受转矩。转矩。传动轴传动轴主要承受转矩。主要承受转矩。（2）按轴的
2、中心线的不同，分为三种：）按轴的中心线的不同，分为三种：直直 轴轴轴的各截面中心在同一直线上。轴的各截面中心在同一直线上。光轴、阶梯轴；光轴、阶梯轴；实心轴、空心轴实心轴、空心轴 曲曲 轴轴轴的各截面中心不在同一直线上。曲轴通常是专用零件轴的各截面中心不在同一直线上。曲轴通常是专用零件 软软 轴轴轴线可变，把回转运动灵活地传到任何位置。轴线可变，把回转运动灵活地传到任何位置。第4章 轴 和常见精密轴系4.1 4.1 概述概述非旋转心轴型非旋转心轴型 第4章 轴 和常见精密轴系4.1 4.1 概述概述第4章 轴 和常见精密轴系4.1 4.1 概述概述传动轴支承传动轴支承第4章 轴 和常见精密轴系
3、4.1 4.1 概述概述第4章 轴 和常见精密轴系4.1 4.1 概述概述第4章 轴 和常见精密轴系4.1 4.1 概述概述第4章 轴 和常见精密轴系n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器的使用和精度。多数精密轴系由轴和轴套组成 n通常仪器对轴系的要求：通常仪器对轴系的要求：a.a.较高的回转精度；较高的回转精度；b.b.运动应灵活、轻便平运动应灵活、轻便平滑，无卡滞和跳动现象；滑，无卡滞和跳动现象；c.c.具有足够的刚度；具有足够的刚度；d.d.良好的结构工艺性；良
4、好的结构工艺性；e.e.较长的使用寿命。较长的使用寿命。n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。和平面轴系。4.1 4.1 概述概述设计轴时的考虑因素：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。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：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。定性（高速运转的轴），绘制出轴的零件工作图。轴的设计要
5、与轴承、轴系零件统一考虑。轴的设计要与轴承、轴系零件统一考虑。第4章 轴 和常见精密轴系4.2.1 4.2.1 轴的材料及其选择（表轴的材料及其选择（表4-14-1）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 4.2 轴轴第4章 轴 和常见精密轴系4.2.2 4.2.2 轴的结构设计轴的结构设计满足：轴和装在
6、轴上的零件要有准确的轴向工作位置，并便于装拆和调整；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。轴应有良好的加工工艺性。轴轴 颈颈轴上被支承的部位；轴上被支承的部位；轴轴 头头安装轮毂的部位；安装轮毂的部位；轴轴 身身联结轴颈与轴头的部分。联结轴颈与轴头的部分。1.1.轴的外形结构（图轴的外形结构（图4.34.3）在满足工作要求的前提下，轴的外形结构应尽可能简单在满足工作要求的前提下，轴的外形结构应尽可能简单 轴的结构设计内容轴的结构设计内容 1 1）确定并绘出轴的全部结构和尺寸；）确定并绘出轴的全部结构和尺寸；2 2）制定出满足使用要求的技术条件
7、）制定出满足使用要求的技术条件。4.2 4.2 轴轴第4章 轴 和常见精密轴系n2.零件在轴上的固定方法 轴肩、轴环轴肩、轴环简单可靠，不需附加零件，承受较大轴向力；但简单可靠，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。使直径增大，阶梯处产生应力集中。4.2 4.2 轴轴（1 1）零件在轴上的轴向固定）零件在轴上的轴向固定 a=(0.070.1)；b=1.4a 定位面定位面内圆角半径内圆角半径r应小于零件上倒角应小于零件上倒角C或外圆角半径或外圆角半径R。套筒套筒简单可靠，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
8、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。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，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。常用细牙螺纹；为防松，须加止动垫圈或使用双螺母。第4章 轴 和常见精密轴系4.2 4.2 轴轴轴端挡圈轴端挡圈工作可靠，承受较工作可靠，承受较大轴向力；只用于轴端，且采用大轴向力；只用于
9、轴端，且采用止动垫片等防松措施。止动垫片等防松措施。锥面锥面装拆方便，且可兼作周向定位；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宜用于高速、冲击及对中性要求高的场合。场合。弹性挡圈弹性挡圈结构紧凑、简单，装拆方便，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；但受力较小，且轴上切槽引起应力集中；常用于轴承的固定。常用于轴承的固定。紧定螺钉、锁紧挡圈紧定螺钉、锁紧挡圈结构简单，结构简单，但受力较小，不适于高速场合。但受力较小，不适于高速场合。第4章 轴 和常见精密轴系（2 2）零件在轴上的周向固定）零件在轴上的周向固定 键联接、销联接、键联接、销联接、紧定螺钉
10、、过盈联接紧定螺钉、过盈联接等。等。见见“键联接键联接”、“齿轮结构设计齿轮结构设计”部分部分 4.2 4.2 轴轴第4章 轴 和常见精密轴系n良好的加工工艺性良好的加工工艺性（1 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）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）。材料，减少切削量）。（2 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。）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 3）轴上有多个键槽时，应开在同）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。
11、直线上，以免加工键槽时多次装夹。（4 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）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。别相同，并符合标准和规定，以利于加工和检验。（5 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）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。寸选取：轴上的螺纹部分直径应符合螺纹标准等。n装配工艺性装配工艺性（1 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，）为便
12、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，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，其轴肩高度常可取其轴肩高度常可取0.50.53mm3mm。（2 2）轴端应倒角，以去掉毛刺并便于装配。）轴端应倒角，以去掉毛刺并便于装配。（3 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。）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 4.2 轴轴
13、第4章 轴 和常见精密轴系n轴系轴系结构结构实例实例4.2 4.2 轴轴第4章 轴 和常见精密轴系第4章 轴 和常见精密轴系第4章 轴 和常见精密轴系第4章 轴 和常见精密轴系第4章 轴 和常见精密轴系4.2.3 轴的强度计算1.1.按许用切应力计算轴颈按许用切应力计算轴颈 已知：轴传递的功率已知：轴传递的功率P P、转速转速n，则 66449.55 10(/)9.55 10(/)(/32)0.1pTLP n LP n LGIGdGd（41）（42）4.2 4.2 轴轴2.2.按弯曲和扭转复合强度计算轴颈按弯曲和扭转复合强度计算轴颈（43）（44）2.0/1055.936TTtdnpWT设计公
14、式设计公式 336 2.0/1055.9npCnPdT1bVbWM31 1.0bVMd4.2.4 轴的刚度计算轴的刚度计算1.1.扭转刚度计算扭转刚度计算2.弯曲刚度计算弯曲刚度计算 计算法计算法aEIxMdxyd/)(/22工程查表法工程查表法第4章 轴 和常见精密轴系4.3 常见精密轴系常见精密轴系n以支承主体所形成的部件称为精密轴系以支承主体所形成的部件称为精密轴系n对精密轴系的要求：对精密轴系的要求：（1 1）旋转精度）旋转精度 （2 2）刚度刚度 （3 3）转动的灵活性）转动的灵活性n1.1.标准圆柱形轴系标准圆柱形轴系 （1）结构、特点和应用）结构、特点和应用 形状简单，加工方便，
15、易于获得较高形状简单，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，通常将轴套少接触面积和精加工面，通常将轴套2 2的的中部车去一段。（如图中部车去一段。（如图a a）（2）误差分析）误差分析1）轴与轴套的尺寸误差）轴与轴套的尺寸误差 2）圆柱度误差）圆柱度误差3）温度变化的影响）温度变化的影响 第4章 轴 和常见精密轴系2.圆锥形轴系圆锥形轴系4.3 常见精密轴系常见精密轴系（1 1）结构、特点和应用）结构、特点和应用(2)(2)精度分析精度分析 为了
16、减少锥形轴与轴套间的摩擦，可采取以下措施：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。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）。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误差(主要是圆度误差主要是圆度误差)以及温度变化等。以及温度变化等。第4章 轴 和常见精密轴系3.3.半运动式柱形轴系半运动式柱形轴系（1 1）结构、特点和应用结构、特点和应用 a.a.自动定心，置中精度高。自动定心，置中精度高。b.b.摩擦力矩小，主轴起动灵活，磨损小，寿命长。摩擦力矩小，主轴起动灵活，磨损小，寿命长。不发生卡滞现象。不发生卡滞现象。c.c.装配时研磨工作量小，利于批量生产。装配时研磨工作量小，利于批量生产。d.d
