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1、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
2、.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
3、（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
4、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
5、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
6、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
7、）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
8、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,
