机械综合实验教学中心
2.2 轴的传统设计
发布时间: 2013-05-29     发布人: 陈本德     访问次数: 132

        根据减速器的相关概述,我们了解了减速器的组成。设计减速器的传统方法,我们将重点讲解传动系统中轴、齿轮的设计以及箱体的设计,附带讲述轴承的选择和减速器附件的设计。
一、轴的设计
          轴的设计,主要是根据工作要求并考虑制造工艺等因素,选用合适的材料,进行结构设计,经过强度和刚度计算,定出轴的结构形状和尺寸。轴的设计包括设计计算和结构设计两部分。轴的结构设计是在设计计算初估轴径dmin基础上进行的。
1. 轴的设计计算

1.1 轴的材料
       轴的材料常采用碳素钢和合金钢。碳素钢中,35、45.、50等优质碳素结构钢因具有较高的综合力学性能,应用较多,其中以45号钢用得最为广泛。为了改善其力学性能,应进行正火或调质处理。不重要或受力较小的轴,则可采用Q235、Q275等碳素结构钢。
       合金钢具有较高的力学性能与较好的热处理性能,但价格较贵,多用于有特殊要求的轴。合金钢对应力集中的敏感性较高,因此设计合金钢轴时,更应该从结构上避免或减小应力集中,并减小其表面粗糙度。
       轴的毛坯一般用圆钢或锻件,有时也可采用铸钢和球墨铸铁。二级圆柱齿轮减速器中的轴材料可根据实际设计要求选取。
1.2 最小轴径的初估
       计算轴的最小轴径,可按扭转强度进行计算。对于既传递转矩又承受弯矩的转轴,其最小轴径的近似计算公式为

 

式中,C是由轴的材料和承载情况确定的常数。常用材料的[τ]值和C值如表3-1所示。

轴的材料 Q235,20 35 45 40Cr,35SiMn
[τ]/MPa 12~20 20~30 30~40 40~52
C 160~135 135~118 118~107 107~98

表3-1 常用材料的[τ]值和C值



2. 轴的结构设计
       轴的结构设计包括确定轴的形状、轴的径向尺寸和轴向尺寸。
2.1 轴的形状的确定
       设计时既要满足强度要求,也要保证轴上零件的定位和固定,便于装配,并有良好的加工工艺性。所以轴一般设计成阶梯形。
2.2 阶梯轴径向尺寸的确定
       阶梯轴径向尺寸是根据轴上零件的受力情况、安装、固定及对轴表面粗糙度、加工精度等要求而定的。一般把轴制成中部大、两端小的阶梯状结构,其径向尺寸的变化要考虑到以下因素:
(1)定位轴肩的尺寸;
(2)非定位轴肩的尺寸;
(3)有配合处的轴径;
(4)轴径尺寸;
(5)加工工艺要求;
(6)与轴上零件相配合的轴段直径应尽量取标准直径系列值。
2.3 阶梯轴轴向尺寸的确定
       阶梯轴轴向尺寸是根据轴上零件的位置、配合长度及支承结构等要求而定的。确定时要考虑到以下因素:
(1)保证传动件在轴上固定可靠;
(2)轴承的位置要适当;
(3)应便于零件的拆装。