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1、一般轴的轴肩高度优化设计徐大伟上(海高等机械专科学校顾佩芝上(海交通大学提要本文综合分析轴上零件与轴肩之间的力学关系、着力点、几何位置、材料的许用挤压应力与相,,互间的滑动摩擦系数等诸因素推导出一组简便计算轴肩高度的公式从而使轴肩的设计达到理性的优化,避免了传统经验方法的盲。目性关键词轴肩高度计算公式优化设计1问题之提出传统方法的优点是设计十分简便。然而,由于传,,在轴结构设计过程中几乎均会遇到轴肩统方法仅局限于考虑轴颈直径d等几何尺寸高度设计的问题。确定轴肩高度的传统方法之几乎没有计及轴上零件轴向力的大小及作用点,,、一是按照经验公式由轴颈直径d直
2、接计算出几何位置轴上零件(或轴)材料许用挤压应力.。,轴肩高度h值如利用经验公式h一(007~.0等因素对轴肩高度的影响因此不可避免地会1。,0)d确定轴肩高度另一种传统方法是类比使部分轴肩高度设计带有一定的盲目性从而,,法即参照轴结构设计手册或图册以及类近机导致某些轴结构尤其是精密轴结构设计的不,,。,械设备的轴结构图纸由设计者经过比较后选合理为了使轴肩设计得到改进及优化本文专择一个被认为较合适的轴肩高度。显见,这两种题研究轴肩高度的优化设计公式。2关于两项简化假设,毫无疑义剖析轴上零件与轴肩之间的精},,确力学关系需涉及众多复杂因素其中包括轴上零
3、件与轴之间的配合性质、轴上零件与定位。}{套筒之间的间隙量等因素:、」l到十刊(1)简化假设一,综观各类轴的实际结构情况可知由于轴一,厂的工作性质及用途不同轴上零件与轴颈之间卜--、。-存在着过盈过渡及间隙三种形式的配合为了粉,便于研讨及避免问题过于复杂这里有必要提:出一项简化假设工作时轴上零件与轴颈之间1。存在着如图所示的微量间隙a,。不难理解这是一条偏安全的假设b(2)简化假设二,众所周知轴系工作时由摩擦等因素所产生的热量会使轴、轴上零件及套筒等均产生沿图1机电设备1996年第2期,,轴线方向的热伸长为补偿热变形轴结构设计,时应在轴承端面与机架支
4、承件之间或套筒与,轴承之间或轴上零件与套筒之间留出适量的间隙。显见,若将轴承内部的间隙也计入,则在仁二二李二二二二二】轴上零件与套筒之间可提供的实际间隙量△,(更确切说工作时允许轴上零件向套筒石侧游”助△)。…动的裕量要比a大得多对部分轴结构作定’L,:量计算及统计可得护r乙>(7~12)占!。~b一Ze._,:一{…为了便于研究这里提出简化假设工作时轴上1.目片犷长,叮下人八’零件与套筒之间间隙△满足下式l阶耸叫{公)7占(1)3以简化假设为基础得到的推论,、(1)工作前轴颈轴上零件及套筒三者的相对几何位置~川b,根据简化假设一及二这里可认为工作前
5、轴颈、轴上零件及套筒三者间具有图1所示的图2。相对几何位置*S一0(g+i)(3),、(2)工作时轴颈轴上零件及套筒三者的将(2)式代入(3)式得相对几何位置~占百*王尸一一下二咬gz=+)又4)设F力为工作时其他机械零件施加于轴,C乙C—,上零件向左的轴向作用力。由于轴上零件与轴图2所示轴上零件转过日后其右端面上J点,S:颈之间存在间隙己轴上零件与套筒之间存在离开套筒的距离可写成,,J*间隙△因此在F力作用下轴上零件会绕轴肩S=乙一S(5),,(5)式改写的V点作逆时针转动并平衡于图2所示几何利用简化假设二及(4)式可将位置。成,。。,。、(3)工
6、作时轴上零件与套筒之间无接触了g十i-S“)占一(、7`一弃二苦了)(6)一一b一Zc力,由常规轴结构及轴上零件各几何参数间相令轴上零件逆时针转过一角度为O轴上,,互关系很易看出b及。2零件宽度及倒角分别为根据图可列JS>O(7)出,:为此这里可推论工作时轴上零件与套筒占,(2)b一Ze不直接接触即轴上零件与套筒之间无接触反。,,力设轴肩半径为g套筒外半径为i轴上零件左4k点离。对工作时轴上零件受力状况的分析端面轴中心线距离亦为i当轴上零件转,,,(1)工作时xkk轴上零件的简化受力图过0角时k点沿轴方向移动的距离为SS由上工作时轴上零件与套筒之间
7、无接触反可写成机电设备1996年第2期一37一,`。力作用之推论因此轴上零件受力状况可简化力之间距离为b.为如图3所示。3力的平衡方程,根据轴上零件的静力平衡条件可列出如下平衡方程尸vlZ一F一T一T一O(8)v::T+N一N=O(9)Pvg`十Nlb`e一F=O(10).4轴肩法向反力P,的名义表达式裂二二竺翔,设轴肩与轴上零件轴上零件与轴颈之间,l1N}摩擦系数均为f则(8)式及(9)式可分别改写艺T{成价P:lZ=F+f(N+N)(11)P::,=(N一N)/f(12)1、,由(0)(11)及(12)三式联列求解可得F(b,Z)v+efP``(
8、13)侧b+Zgf,对照图2及图3可认为图3b`=c(2)作用于轴上零件各力以及它们作用线b一Z(14)于:
