軸設(shè)計 | 材料 , 類型 , 如何設(shè)計軸

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什么是軸

軸基本上是任何機器的旋轉(zhuǎn)部件，其橫截面為圓形，用于將動力從一個部分傳遞到另一個部分或從動力產(chǎn)生機到動力吸收機。為傳遞動力，軸的一端與動力源相連，另一端與機器相連。軸可以根據(jù)需要是實心或空心的，空心軸有助于減輕重量并提供優(yōu)勢。

軸的一般描述

軸是機器中使用的非常重要的元件之一。它們用于支撐旋轉(zhuǎn)部件，例如滑輪和齒輪，它們由位于剛性機器外殼中的軸承支撐。位于軸上的齒輪和皮帶輪有助于傳遞運動。許多其他旋轉(zhuǎn)元件通過鍵安裝在軸上。由于軸所支撐的構(gòu)件的反作用力和動力傳遞產(chǎn)生的扭矩，它們承受彎矩和扭矩。軸總是具有圓形橫截面，可以是空心的或?qū)嵭牡摹?/P>

軸可分為曲柄軸、直線軸、鉸接軸或柔性軸，但直線軸通常用于傳遞動力。

軸通常設(shè)計為陡峭的圓柱桿，因此它們在整個長度上具有不同的直徑，盡管具有恒定直徑的軸易于生產(chǎn)。階梯軸中的應(yīng)力大小隨其長度而變化。具有統(tǒng)一直徑的軸不適合拆卸、組裝、維護，并且這些軸在緊固安裝在它們上的零件時會產(chǎn)生復(fù)雜性，特別是軸承。

軸的類型：

1. 傳動軸：

這些軸是階梯軸，用于在一個源之間傳遞動力到另一個吸收動力的機器。在軸齒輪、輪轂或皮帶輪的階梯部分上安裝用于傳遞運動。示例：高架軸、線軸、副軸和所有工廠的軸。

2. 機械軸：

這些軸位于組件的內(nèi)部，是機器的組成部分。示例：汽車發(fā)動機中的曲軸是機器軸。

3. 車橋軸

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這些軸支撐旋轉(zhuǎn)元件，例如輪子，可以安裝在帶有軸承的外殼中，但軸是非旋轉(zhuǎn)元件。這些主要用于車輛。示例：汽車中的車軸。

4. 主軸軸

這些是機器的旋轉(zhuǎn)部分；它容納工具或工作空間。它們是短軸，在機器中使用，它們是用于機器的短軸。示例：車床中的主軸。

軸用材料

通常低碳鋼是用于軸的材料。如果需要高強度，則使用合金鋼，如鎳鉻、鎳、鉻釩鋼。它們通常是通過熱軋和冷拔和研磨形成的。

通常用于常規(guī)軸的材料是50 C12、50 C4、45 C8、40 C8級的碳鋼。

用于軸的材料應(yīng)具有以下特性：

1. 材料應(yīng)具有高強度

2. 材料應(yīng)具有高耐磨性

3. 材料應(yīng)具有熱處理特性

4. 材料應(yīng)具有良好的機械性能

5. 材料必須具有低缺口敏感系數(shù)

軸的標(biāo)準(zhǔn)尺寸

l  機械軸

可達(dá) 25 毫米，步長為 0.5 毫米。

l  傳動軸

軸的標(biāo)準(zhǔn)尺寸 -步長

25 毫米至 60 毫米 – 5 毫米步長

60 毫米至 100 毫米 – 10 毫米步長

110 毫米至 140 毫米 – 15 毫米步長

140 毫米至 500 毫米 – 20 毫米步長

機器軸的標(biāo)準(zhǔn)尺寸可達(dá) 25 毫米，步長為 5 毫米。對于軸，標(biāo)準(zhǔn)長度為5m、6m和7m，但一般取1m至2m。

軸中的應(yīng)力

在軸中引起的應(yīng)力為：

l  由于扭矩傳遞而引起的剪切應(yīng)力（由于扭轉(zhuǎn)載荷引起的扭矩）

l  由于作用在機械元件（如皮帶輪和齒輪）上的力以及軸的自重而引起的彎曲應(yīng)力，其性質(zhì)為壓縮或拉伸

l  由彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷引起的組合應(yīng)力

設(shè)計應(yīng)力

最大允許剪應(yīng)力為：

1. 軸為 56000 KN/m2，鍵槽留有余量。

2. 軸為 42000 KN/m2，不帶鍵槽余量。

最大允許彎曲應(yīng)力為：

1. 軸為 112000 KN/m2，鍵槽留有余量。

2. 軸為 84000 KN/m2，不帶鍵槽余量。

軸的制造

軸采用熱軋工藝制造。與熱軋相比，冷軋時軸的強度更高，但冷軋會導(dǎo)致高殘余應(yīng)力，導(dǎo)致軸在加工時變形。鍛造工藝用于制造更大直徑的軸。軋制完成后，對軸進(jìn)行端部加工，軸的一端裝在檢查上，軸的另一端用車床的轉(zhuǎn)塔支撐。為了精加工軸，刀具固定刀架，當(dāng)電源打開時，卡盤開始旋轉(zhuǎn)軸。

千分表用于在加工前檢查軸的同心度，并根據(jù)用途進(jìn)行車削、端面、切槽、錐度車削等多種操作。

大批量、CNC 等應(yīng)用最適合最終加工過程。也可以用軸夾在刀具旋轉(zhuǎn)和夾具之間的數(shù)控雙端機床進(jìn)行加工。為實現(xiàn)同心度和圓度，旋轉(zhuǎn)刀具應(yīng)在中心線相對。傳動軸和電機通常采用這種工藝制造。

軸傳動

我們知道軸用于動力傳輸，因此用于計算動力傳輸?shù)墓�式是�?/P>

P = 2πNT/ 60 瓦

其中，P 是傳輸?shù)墓β?/P>

N 是每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) (RPM)

T 是以 Nm 為單位的扭矩

用于各種應(yīng)用的軸的速度

應(yīng)用 – RPM 速度推薦：

1.機械 ：100 – 200

2.木工機械 ：250 – 700

3.紡織業(yè) ：300 – 800

4.輕型機械車間 ：150 – 300

5.副軸 ：200 – 600

軸設(shè)計

軸可以根據(jù)不同的載荷考慮通過兩種不同的過程進(jìn)行設(shè)計：

1、以強度為基礎(chǔ)的軸設(shè)計

傳動軸通常易受彎矩、扭矩、軸向拉力及其組合的影響。通常，軸承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的組合載荷。

l  軸承受拉應(yīng)力

拉伸應(yīng)力 = P/A

其中，A = (π/ 4) x D²

D 是軸的直徑，單位為 mm

l  軸承受彎矩

彎曲應(yīng)力 = (Mb x Y)/ I

在這里，

Mb = 彎矩

Y = D/ 2 其中 D 是直徑

I = 轉(zhuǎn)動慣量= (π x D⁴)/ 64

l  軸承受扭矩

扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 = Mt x R/J

在哪里，

Mt = 扭轉(zhuǎn)力矩

R = D/ 2 其中 D 是直徑

J = 極慣性矩= (π x D⁴)/ 32

2、以剛性為基礎(chǔ)的軸設(shè)計

如果軸不會扭曲太多，則傳動軸在扭轉(zhuǎn)剛度的基礎(chǔ)上被稱為剛性。

{Mt/ J} = {(G x ө)/ L}

在這里，

Mt = 以 N為單位的扭矩 – mm

J = 極慣性矩= (π x D⁴)/ 32

D = 軸的直徑（mm）

Ө = 扭轉(zhuǎn)角

G = 剛度模量N/mm²

軸的優(yōu)點

l 他們不太可能卡住

l 與鏈條系統(tǒng)相比，它們需要更少的維護

l 它們具有很高的抗扭強度

l 它們具有很高的極慣性矩值

l 他們非常堅固，不太可能發(fā)生故障

l 空心軸的內(nèi)部形狀是空心的，因此它們需要的材料較少

l 對于相同的扭矩傳遞值，空心軸與實心軸相比重量輕

l 它們具有很高的回轉(zhuǎn)半徑

軸的缺點

l 由于松耦合，它們有功率損耗

l 它們在旋轉(zhuǎn)時發(fā)生振動

l 它們會產(chǎn)生持續(xù)的噪音

l 制造和維護成本較高

l 制造難度大

l 改變軸的速度并不容易

l 由于機械問題，停機時間較長

l 高架軸的油滴

l 使用彈性聯(lián)軸器（如板簧聯(lián)軸器）會導(dǎo)致軸之間的速度損失

l 如果軸發(fā)生故障，則需要花費大量時間進(jìn)行維修