【杭州结构设计】杭州鼎典创造体带您解析产品中转轴的运用

一、轴的概念

1.1轴的定义

轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。

1.2 轴的设计准则

一、 根据轴的工作条件、生产批量和经济性原则，选取适合的轴材料、毛坯形式及轴热处理方法。

二、根据轴的受力情况、轴上零件的安装位置、配合尺寸及定位方式、轴的加工方法等具体要求，确定轴的合理结构形状及尺寸、阻尼力度，即进行轴的结构设计。

三、轴的强度计算或校核。对受力大的细长结构轴和对刚度要求高的轴结构，还要进行刚度计算。

二、 轴的分类

例如在对高速工作下的轴，因有共振现象出现，故进行振动稳定性计算。

常见的轴根据轴的结构形状可分为曲轴、直轴、软轴、实心轴、空心轴、刚性轴、挠性轴（软轴）

2.1 曲轴

曲轴是发动机中最重要的部件。它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。

2.1.1 曲轴的功能分析

曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，

使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。

为减小曲轴质量及运动时所产生的离心力，曲轴轴颈往往作成中空的。在每个轴颈表面上都开有油孔，以便将机油引入或引出，用以润滑轴颈表面。

为减少应力集中，主轴颈、曲柄销与曲柄臂的连接处都采用过渡圆弧连接。

2.2 软轴

软轴是刚性很小具有弹性可自由弯曲传动的轴。

用于联接不同一轴线和不在同一方向或有相对运动的两轴以传递旋转运动和扭矩。能把旋转运动和转矩灵活地传到任何位置。

2.2.1 软轴的功能分析

弯曲型：通过材料的柔软可塑性从而实现支撑以及调节方向的作用，其便利性较强，可塑性较高，但强度相对较弱，稳定性较差，适用于轻小型产品中

收纳型：通过软轴所具有的软弹性而实现折叠收纳

2.3 直轴

直轴指的是轴线为直线的轴。根据直轴所受载荷不同，可将其分为转轴、传动轴和心轴三类。

2.3.1 直轴的分类

转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器中的轴等。

心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。

传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。

2.3.2转轴的功能分析：

① 连接型 用于连接产品部件，可实现一定角度旋转，多运用在产品连接处及把手支撑部分。

外露走线，结构简单，组装方便，节省成本，但由于电线裸露，破坏其整体性，也会产生一定的危险性适用于小功率电器。

隐藏走线，使得整体更加统一，安全性能高，但结构较为复杂，需要考虑走线位置。

② 调节型 用于调节产品连接处的松紧程度以实现角度固定

螺丝调节，通过调整螺丝的松紧以达到固定角度的目的，结构简单，但调整较为费力。阻尼调节，其结构无需松紧便可以阻止物体继续运动，

使物体可以固定在任一个角度，方便好用，调节时会有顿挫感及噪音。无极调节，是一种连续的，无挡位的调速，方便，没有换档的顿挫感，传动效率高。但故障率相对较高，成本相对较高。

③ 折叠型 通过轴的转动，从而实现产品部件的翻转折叠既能实现转动调节，又能进行折叠收纳

④ 转向型 通过多个直轴的组合来实现不同方向调节转向，因其灵活度较高，限制性较小，被广泛运用到各种产品中。

⑤ 稳定型 通过多个轴相互连接从而实现稳定可调节性

⑥ 万向型 通过一种滚珠结构转动来实现各方位角度的调节，多应用于轻小型产品中,这种滚珠结构一般都会打孔，一来是能够防止塑料缩水，二来可以方便从中间走线。

01 液压传动机械手

是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。

其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。

02 气压传动机械手

是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。

其主要特点是:介质来源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。

03 机械传动机械手

即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。

它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，用于工作主机的上、下料。动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。

04 电力传动机械手

即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。

其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。

三、运用分析

转轴是一件产品调节旋转的关键部分，大多都会由单个轴以及多个轴构成

轴在产品的不同位置会发挥不同的作用

四、总结

转轴具有转动，调节，连接，折叠，稳定以及调整方位的作用，可以通过不同的材质，不同的形式来表现，是一件产品不可或缺的部分。

设计此类产品时应针对产品功能，产品属性以及使用环境来选择相应类型的轴，将其通过设计手法相互组合，使其能够发挥最大的作用。

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