3mm。
提高轴的强度的常用措施
合理布置轴上零件以减小轴的载荷
为了减小轴所承受的弯矩,传动件应尽量靠近轴承,并尽可能不采用悬臂的支承形式,力求缩短支承跨距及悬臂长度等。下图中a)方案较b)方案优。
当转矩由一个传动件输入,再由几个传动件输出时,为了减小轴上扭矩,应将输入件放在中间,而不要置于一端。下图中,输入扭矩为T1=T2+T3+T4,按图a布置时,轴所受的最大扭矩为T2+T3+T4,若改为图b布置时,轴所受的最大扭矩减小为T3+T4。 改进轴的结构以减小应力集中的影响
轴通常是在变应力条件下工作的,轴的截面尺寸发生突变处要产生应力集中,轴的疲劳破坏往往在此发生。为了提高轴的疲劳强度,应尽量减少应力集中源和降低应力集中程度。为此轴肩处应采用较大的过渡圆角半径r来降低应力集中。但对定位轴肩,还必须保证零件得到可靠的定位。当靠轴肩定位的零件的圆角半径很小时,为了增大轴肩处的圆角半径,可采用内凹圆角或加装隔离环。
用盘状铣刀加工的键槽比用键槽铣刀加工的键槽在过渡处对轴的
截面削弱较为平缓,因而应力集中较小;渐开线花键比矩形花键在齿根处的应力集中小,在作轴的结构设计时应予以考虑;由于切制螺纹处的应力集中较大,故应尽量避免在轴上受载较大的区段切制螺纹。
当轴与轮毂为过盈配合时,配合边缘处会产生较大的应力集中。为了减小应力集中,可在轮毂上或轴上开卸载槽;或者加大配合部分的直径。由于配合的过盈量愈大,引起的应力集中也愈严重,因而在设计中应合理选择零件与轴的配合。
改进轴上零件的结构以减小轴的载荷
通过改进轴上零件的结构也可减小轴上的载荷。下图的两种结构中b)方案(双联)均优于a)方案(分装),因为a)方案中轴Ⅰ既受弯矩又受扭矩,而b)方案中轴Ⅰ只受扭矩。
改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度
轴的表面粗糙度和表面强化处理方法也会对轴的疲劳强度产生影
响。轴的表面愈粗糙,疲劳强度也愈低。因此,应合理减小轴的表面及圆角处的加工粗糙度值。当采用对应力集中甚为敏感的高强度材料制作轴时,表面质量尤应予以注意。
表面强化处理的方法有:表面高频淬火等热处理;表面渗碳、氰化、氮化等化学热处理;碾压、喷丸等强化处理。通过碾压、喷丸进行表面强化处理时可使轴的表层产生预压应力,从而提高轴的抗疲劳能力。
轴的结构工艺性
轴的结构工艺性是指轴的结构形式应便于加工和装配轴上零件,并且生产率高,成本低。一般地说,轴的结构越简单,工艺性越好。因此,在满足使用要求的前提下,轴的结构形式应尽量简化。
为了便于装配零件并去掉毛刺,轴端应制出45°的倒角;需要磨削加工的轴段,应留有砂轮越程槽;需要切制螺纹的轴段,应留有退刀槽。它们的尺寸可参看标准或手册。
为了减少装夹工件的时间,在同一轴上,不同轴段的键槽应布置(或投影)在轴的同一母线上。为了减少加工刀具种类和提高劳动生产率,轴上直径相近的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺寸。
通过上面的讨论可以进一步明确,轴上零件的装配方案对轴的结构形式起着决定性的作用。现以圆锥-圆柱齿轮减速器输出轴的两种装配方案为例进行对比,显然,第二种方案较第一种方案多了一个用于轴向定位的长套筒,使机器零件增多,质量增大,故不如第一种方案好。
图一
轴的计算
轴的计算通常都是在初步完成结构设计后进行校核计算,计算准则是满足轴的强度和刚度要求。
(一)轴的强度校核计算
进行轴的强度校核计算时,应根据轴的具体受载及应力情况,采取相应的计算方法,并恰当地选取其许用应力。
对于仅仅承受扭矩的轴(传动轴),应按扭转强度条件计算; 对于只承受弯矩的轴(心轴),应按弯曲强度条件计算; 对于既承受弯矩又承受扭矩的轴(转轴),应按弯扭合成强度条
件进行计算,需要时还应按疲劳强度条件进行精确校核。
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