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1、1引言 轴是组成机器的重要零件之一, 各种作回转( 或 摆动) 运动的零件( 如齿轮、 带轮等) 都必须安装在轴 上才能进行运动及动力的传递。 因此, 在机械设计过 程中, 轴的设计必不可少, 除了必须进行轴的强度计 算和刚度校核( 有刚度要求的轴, 必须进行校核) 外, 还要进行轴的结构设计:即确定轴的合理外形和全 部结构尺寸。 但工程设计人员往往注重前者, 而在结 构设计上考虑较少, 即重视轴的使用要求, 而轻视轴 的加工和装配要求, 同时较少考虑降低成本。 本文综 合考虑以上各方面影响因素,重点在轴的结构设计 方面提出一些较为系统的措施。 2轴结构设计的总体要求 轴的结构设计是否合理也直
2、接关系到与之配合 零件的结构设计。 轴的结构主要取决于以下因素: 轴 在机器中的安装位置及形式; 轴上安装零件的类型、 尺寸、 数量以及和轴联接的方法; 载荷的性质、 大小、 方向及分布情况; 轴的加工工艺等。 由于影响轴的结 构因素很多, 且结构形式又要随具体情况不同而异, 所以轴没有标准的结构形式。 设计时, 必须针对不同 情况进行具体分析。 但是, 轴结构设计的总体要求如 下: 1 ( P 2 9 2 ) (1)便于轴上零件的拆装; (2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定; (3)具有良好的制造工艺性; (4)有利于提高轴的强度和刚度; (5)轴各部分的直径和长度尺寸要合理。 本文以单级
3、圆柱齿轮减速器的高速轴( 图1) 2 (P 2 9 0) 为例, 说明优化设计轴的结构须采取的合理措施。 3满足总体设计要求应采取的措施 3 . 1便于轴上零件拆装的措施 轴的形状, 从满足强度和节省材料考虑, 最好是 等强度的抛物线回转体。但是这种形状的轴既不便 于加工, 也不便于轴上零件的固定; 从加工考虑, 最 好是直径不变的光轴,但光轴不利于零件的拆装和 定位。 如图1所示的轴的段上的轴承, 其轴承内圈 与轴为过渡配合, 为了便于安装, 应将滚动轴承内圈 经过的前段的直径做得比的直径小,同样的 直径应比的直径小才便于齿轮的安装。因此通常 是将轴做成阶梯形的, 其形状(直径)通常是中间大
4、, 两端小, 由中间向两端依次减小, 以便于轴上零件的 拆装(如图1所示), 可依次将齿轮、 套筒、 右端轴承、 轴承端盖和联轴器从轴的右端进行装拆;左端轴承 和轴承盖则从左端装拆。同时为了避免装配时划伤 工人的手和零件配合部表面,轴端应去掉锐边或制 成倒角。当轴上装有质量较大的零件或与轴颈有过 盈配合联接的零件时,其装入端最好应加工出半锥 角为1 0 的导向锥面, 以便于装配。 3 3 . 2保证轴上零件的准确定位和可靠固定的措施 工作条件不同,对零件在轴上的定位方式和配 收稿日期:2 0 0 6 - 0 6 - 2 1 作者简介: 罗海玉(1 9 7 0 -) , 男, 甘肃天水人,天水师
5、范学院工学院讲师, 兰州理工大学在读硕士研究生。 重视轴的结构设计满足加工工艺及装配要求 罗海玉,郑丽 ( 天水师范学院 工学院,甘肃 天水7 4 1 0 0 1) 摘要:在进行轴的结构设计时应把握总体设计要求,采取合理措施,保证轴和装配在轴上的零件要有准 确的工作位置,轴上零件应便于拆装和调整,轴应该具有良好的制造工艺性。 关键词:优化设计;轴;加工工艺;装配;措施 中图分类号:T H 1 3 3文献标识码:A文章编号:1 3 7 1 - 1 3 5 1(2 0 0 6)0 5 - 0 0 5 0 - 0 4 2 0 0 6年9月天水师范学院学报S e p . , 2 0 0 6 第2 6卷
6、第5期J o u r n a l o f T i a n s h u i N o r m a l U n i v e r s i t yV o l . 2 6 N o . 5 5 0 合性质也不相同,而轴上零件的定位方法又直接影 响到轴的结构形状。因此, 在进行轴的结构设计时, 必须综合考虑轴上载荷的大小及性质、 轴的转速、 轴 上零件的类型及其使用要求等, 合理做出定位选择。 3 . 2 . 1轴向定位与固定 为了保证零件在轴上有确定的相对位置,承受 轴向力时不发生窜动,常采用的轴向定位与固定形 式有: 轴肩与轴环定位、 螺母、 套筒、 轴端挡圈、 弹性 挡圈、 圆锥面、 紧定螺钉等。 阶梯
7、轴上截面尺寸变化之处叫做轴肩或轴环, 它们可起轴向定位作用。如图1中和之间轴环 可以使齿轮定位,和之间的轴肩使左轴承定位, 、之间的轴肩使联轴器定位。 图2轴肩圆角和倒角图3用圆螺母固定 为保证轴上零件能靠紧定位面,轴肩或轴环过 渡圆角半径r必须小于相配零件的倒角C或倒角半 径R, 即r ( 0 . 1 0 . 2 ) d 图9降低轴毂过盈配合处应力集中的措施 b D d 1 1 . 6 b d 1 图6砂轮越程槽图7螺纹退刀槽 5 2 工工艺性,同时考虑了提高其强度和刚度以及降低 成本等。笔者认为, 结合现代先进技术和先进手段, 采取更为合理的措施改进轴的结构设计应该是轴设 计的重点研究方向
8、。 参考文献: 1 李正锋,等.机械设计基础M .上海: 上海交通大学出版社,2 0 0 5 . 2 徐锦康.机械设计 M .北京:高等教育出版社,2 0 0 4 . 3 卢永胜.轴结构设计应注意的三个问题 J .机械设计与制 造: 2 0 0 5 , ( 3 ) : 3 4 - 3 5 . 4 邓昭铭.机械设计基础 M .北京: 高等教育出版社,1 9 9 3 . 5 胡家秀.机械设计基础 M .北京: 机械工业出版社,2 0 0 5 . 6 黄书晔.轴的结构设计中应注意的几个问题 J .机械设计 与制造, 2 0 0 4 , ( 5 ) : 7 8 . 责任编辑艾小刚 H i g h l
9、i g h t i n g S t r u c t u r e D e s i g n o f A x i s t o S a t i s f y t h e R e q u i r e m e n t s o f P r o c e s s i n g T e c h n i c s a n d A s s e m b l y L u o H a i y u , Z h e n g L i ( S c h o o l o f E n g i n e e r i n g S c i e n c e , T i a n s h u i N o r m a l U n i v e r s i t
10、y , T i a n s h u i G a n s u 7 4 1 0 0 1 , C h i n a ) A b s t r a c t : G e n e r a l d e s i g nr e q u i r e m e n t s s h o u l db e w e l l u n d e r s t o o dw h e nd e s i g n i n g s t r u c t u r e o f a x i s . Wi t hr e a s o n a b l e m e a s u r e s , t o g u a r a n t e e a x i s a n
11、d t h e p a r t s a s s e m b l e d o n a x i s p r e c i s e w o r k i n g p o s i t i o n . P a r t s o n a x i s s h o u l d b e e a s y t o d i s m a n t l e , a s s e m b l e a n d a d j u s t . T h e a x i s s h o u l d p o s s e s s g o o d m a n u f a c t u r i n g t e c h n i c s . K e y w
12、o r d s : o p t i m i z i n g d e s i g n ; a x i s ; p r o c e s s i n g t e c h n i c s ; a s s e m b l y ; m e a s u r e ! (上接第4 9页) 1 3 S i g w o r t hK . T h i r de l e m e n t a d d i t i o n s t oa l u m i n u m - t i t a n i u m m a s t e r a l l o y P . U SP a t e n t : 5 0 4 1 2 6 3 , 1 9
13、9 1 - 0 8 . 1 4 S i g w o r t hK . T h i r de l e m e n t a d d i t i o n s t oa l u m i n u m - t i t a n i u m m a s t e r a l l o y P . U SP a t e n t : 5 1 0 0 4 8 8 , 1 9 9 2 , ( 3 ) . 1 5 B r i n k m a nHJ , Z u p a z i F , D u s z e z y kJ , K a t g e r m a nL , P r o d u c t i - o no f A l -
14、 T i - Cg r a i nr e f i n e r a l l o y s b yr e a c t i v es y s t h e s i s o f e l e m e n t a l p o w e r s J . M a t e r . R e s . , 2 0 0 0 , 1 5 ( 1 2 ) : 2 6 2 0 - 2 6 3 5 . 1 6 B a n e r j i A , R e i f W. D e v e l o p m e n t o f A l - T i - Cg r a i nr e f i n e r s c o n t a i n i n g
15、T i C J . M e t a l l T r a n s A , 1 9 8 6 , 1 7 A : 2 1 2 7 - 2 1 3 0 . 1 7 J o n e s GP , P e a r s o nJ . F a c t o r s a f f e c t i n gt h eg r a i nr e f i n e m e n t o f a l u m i n u mu s i n gt i t a n i u ma n db o r o na d d i t i v e s J . M e t a l l T r a n s B , 1 9 7 6 , 7 B : 2 2
16、3 - 2 3 4 . 责任编辑艾小刚 P r e p a r a t i o n R e s e a r c h o f A l - T i - CM a s t e r A l l o y b y S e l f - P r o p a g a t i n g H i g h - T e m p e r a t u r e S y n t h e s i s Z h e n g L i , L u o H a i Y u , L i Q i n L a n ( S c h o o l o f S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g , T i a
17、 n s h u i N o r m a l U n i v e r s i t y , T i a n s h u i G a n s u , 7 4 1 0 0 1 , C h a i n ) A b s t r a c t : A l - T i - Cm a s t e r a l l o y i s p r e p a r e d b y s e l f - p r o p a g a t i n g h i g h - t e m p e r a t u r e s y n t h e s i s i n t h i s p a p e r . Wi t h e v a l - u
18、 a t i o no ni t s r e f i n i n g e f f e c t , i t i s d e s c r i b e dt h a t t h i s m a s t e r a l l o y h a s o b v i o u s r e f i n i n g e f f e c t o ni n d u s t r i a l p u r e a l u - m i n u m . K e y w o r d s : A l - T i - Cm a s t e r a l l o y ; s e l f - p r o p a g a t i n g h i g h - t e m p e r a t u r e s y n t h e s i s ; g r a i n r e f i n e m e n t 5 3