湖南科技大学本科生毕业设计
沿轴向安装和拆装轴承部件时，应优先选用内外圈而分离的轴承。当轴承在长轴上安装时，为了便于拆装，可以选用其内外圈可分离的轴承。
当轴承在长轴上安装时，为了便于装拆，可以选用其内圈孔为1:12的圆锥孔的轴承。 此外，轴承类型的选择还应考虑轴承装置整体设计的要求，如轴承的配置使用要求、游动要求等。
对于手腕转动机构Ⅰ涡轮轴φ17部分由于该轴承基本不受轴向力所以出于经济性考虑选择深沟球轴承；对于φ100部分由于承受不大的轴向力选用角接触球轴承背靠背安装；对于蜗杆轴φ15部分，由于承受较大的轴向力，故必须选用圆锥滚子轴承。 3.5.3键的选择
键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应该更根据键连接的结构特点、使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定。键的主要尺寸为其截面尺寸和长度L。键的截面尺寸b×h按轴的直径d有标准中选定。键的长度L一般按轮毂的长度而定，即键长等于或略短于轮毂的长度；而导向平键则按轮毂的长度及其滑动距离而定。一般轮毂的长度可取为L≈（1.5~2.5）d，这里d为轴的直径。所选定的键长亦应该符合标准规定的长度系列。普通平键的主要尺寸见下表：
表3.2 键的主要尺寸选择
轴的直径d 键宽b×键高h 轴的直径d 键宽b×键高h 轴的直径d 键宽b×键高h
6~8 >8~10 >10~12 >12~17 >17~22 －
2×2 3×3 4×4 5×5 6×6 －
>22~30 >30~38 >38~44 >44~50 >50~80 －
8×7 10×8 12×8 14×9 16×10 －
>58~65 >65~75 >75~85 >85~95 >95~110 >110~130
18×11 20×12 22×14 25×14 28×16 32×18
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轴的长度系列L
6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，250…
对于手腕转动机构Ⅰ涡轮轴由于轴颈为d=17mm故选择键宽b×键高h=5mm×5mm的键，由于涡轮宽24mm故从键的长度系列中选择L=18mm；同样，对于传动齿形带，由于轴颈d=15mm故选择键宽b×键高h=5mm×5mm的键，但是由于此轴段只有22mm故从键的长度系列中选择L=16mm；对于手腕转动机构Ⅱ由于轴颈d=18mm故选择键宽b×键高h=6mm×6mm的键，根据实际和键的长度系列选择L=32mm。
第4章 典型零件设计
4.1 轴的设计与校核
4.1.1轴用途及分类
轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。 按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既承受弯矩有承受扭矩的轴称为心轴。心轴又分为转动心轴和固定心轴两种。只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。
轴还可以按照轴线形状不同，分为曲轴和直轴两大类。曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动，或作相反的运动变换。直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴两种。光轴形状简单，加工容易，应力集中减少，但轴上的零件不易装配及定位；阶梯轴则正好相反。因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则常用于转轴。 直轴一般都制成实心的。在那些由于机器结构的要求而需要在轴中装设其他零件或者减小轴的质量具有重大作用的场合，则将轴制成空心的。空心轴内径和外径的比值通常为0.5~0.6，以保证轴的刚度和扭转稳定性。
此外，还有一种钢丝软轴，又称钢丝挠性轴。它是有多组钢丝分层卷绕而成的，具有良好的挠性，可以把回转运动灵活地传到不开敞的空间位置。 4.1.2轴设计的主要内容
轴的设计也和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两个方面的内容。
轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的
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工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。因此，轴的结构设计是轴设计中的重要内容。
轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运动的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止发生过振而破坏。 4.1.3轴的结构设计
轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。
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；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴的连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素很多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，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，不论何种具体条件，轴的结构都应满足；轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。手腕转动机构Ⅰ涡轮轴结构如下：
图4.1 手腕转动机构Ⅰ涡轮轴
对于这种结构，首先，轴的左端带挡块的盘通过端面的螺钉轴向定位于轴肩，箱体内部与外部通过唇形密封圈隔开。其次，小轴颈部分深沟球轴承是通过弹性挡圈进行轴向定位，涡轮通过4个螺钉连接与轴上。最后，轴的大径处采用双角接触球轴承背靠背安装，左边用螺母进行轴向定位，右端通过端盖定位，再通过唇形密封圈与外界隔开，在轴的最右边转动机构连接法兰，同样通过螺钉定位于轴上。 4.1.4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，
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并恰当地选取其许用应力。对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴（传动轴），应按照扭转强度条件计算；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），应按弯矩合成条件进行计算，需要时还应按疲劳强度条件进行精确校核。此外，对于瞬时过载很大或应力循环不对称较为严重的轴，还应按峰尖载荷校核其静强度，以免产生过量的塑性变形。
（1）按扭转强度条件计算 轴的扭转强度条件为：
P9550000Tn?[?] ?T??T3Wt0.2d （4.1）
式中： ?T——扭转切应力，MPa； T——轴所受的扭矩，N·mm； Wt——轴的抗扭截面系数，mm3； n——轴的转速，r/min; P——轴传递的功率，KW； d——计算截面处轴的直径，mm； [?T]——许用扭转切应力，MPa；
表4.1 轴常用几种材料的[?T]及A0
40Cr、35SiMn、
轴的材料
Q235-A、20
Q275、35(2Cr18Ni9Ti)
45
38SiMnMo、
3Cr13
[?t/MPa]
15~25 20~35 25~45 35~55
A0
149~126 135~112 126~103 112~97
由式（4.1）：
P2.295500009550000?Tn?1430?14.95Mpa?25MPa?T??3Wt0.2d0.2?173
结果符合要求。
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