机械设计14轴与轴毂联接

1、第14章轴与轴毂联结14 轴与轴毂联结轴与轴毂联结14.1 概述14.2 轴的结构设计14.3 轴的强度计算14.1.1 轴的功用及分类轴的功用及分类1.用途：2.分类：直轴（阶梯轴）14.1 概述概述按轴线形状分：直轴曲轴光轴阶梯轴挠性钢丝软轴(灵活传递)按所受载荷分： 心轴： 弯矩2.分类：转轴 ：弯矩+扭矩（齿轮轴）传动轴： 扭矩（汽车的传动轴）固定心轴（滑轮轴,自行车车轮轴）转动心轴（火车车厢的车轴）14.1.1 轴的功用及分类轴的功用及分类14.1 概述概述转转动动心心轴轴固固定定心心轴轴3.失效分析：14.1 概述概述 原因失效形式强度不足疲劳断裂静强度不足塑性变形或脆性断裂刚度不

2、足弯曲变形或扭转变形4.设计轴的主要内容:1)选取材料、 毛坯形式、 热处理方法2)轴的结构设计3)轴的强度校核14.1.2 轴的材料及选用轴的材料及选用14.1 概述概述1.要求：强度、 韧性、 耐磨性 调质 淬火 高频淬火 渗碳淬火 渗氮淬火2.材料： 碳素钢45# ： 一般条件（价廉，对应力集中敏感性低） 常用热处理方法：调质或正火 合金钢 40Cr：高温、低温、重载、腐蚀（力学性能高、淬透性高、对应力集中较敏感性） 常用热处理方法：调质 、淬火等14.1 概述概述比较：选用合金钢, 采用热处理只能提高轴的强度和耐磨性,对刚度几 乎没有影响原因: 钢的种类和热处理对弹性模量E影响很小.

3、3.毛坯 圆钢 (轧制) 锻件铸铁、球墨铸铁(价廉、吸振性和耐磨性好、对应力集中敏感性低)-用于形状复杂的轴14.1.2 轴的材料及选用轴的材料及选用14.2 轴的结构设计轴的结构设计轴颈：、轴头：、轴身：、轴颈轴头轴身14.2 轴的结构设计轴的结构设计机构设计的内容:定出合理外形和全部结构尺寸机构设计应满足的要求:定位要求、定位要求、固定要求、固定要求、工艺要求、工艺要求、疲劳强度要疲劳强度要求、尺寸要求、尺寸要求求一般已知：装配简图、轴的转速、传递的功率、传动件（如齿轮）的主要参数和尺寸等以圆锥圆柱齿轮减速器的输出轴为例说明（如图所示）、确定轴上主要零件的相互位置、a、c、s、l14.2

4、轴的结构设计轴的结构设计14.2.1 轴上零件的装配与布置轴上零件的装配与布置现以圆锥-圆柱齿轮减速器输出轴的两种装配方案为例进行对比，显然，第二种方案较第一种方案多了一个用于轴向定位的长套筒，使机器零件增多，质量增大，故不如第一种方案好。拟定轴上零件的装配方案1.轴上零件的轴向定位及固定14.2.2轴上零件的定位和固定轴上零件的定位和固定1）轴肩和轴环 要求r轴R孔或r轴C孔 错误 正确 轴肩定位轴向固定轴向固定特点：特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力 应用：应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位2）套筒 3）轴用圆螺母 错误 正确要求轴肩高度滚动轴承内圈高度圆螺母定位轴向固定

5、轴向固定特点：特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降 应用：应用：常用于轴的中部和端部当用轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈进行零件的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，要求L轴L毂4）轴端挡圈 错误 正确5）弹性挡圈）弹性挡圈 7）锁紧挡圈、紧定螺钉或销 6）圆锥面（挡圈 +螺母） 弹性挡圈固定轴向固定轴向固定特点：特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力切槽需要一定的精度 应用：应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位 轴端压板定位和紧定螺钉固定轴向固定轴向固定用于轴端定位可承受剧烈振动和冲击适用于轴向力小，转速低的场合1.轴上零件的轴向定位及固定14.2.2

6、轴上零件的定位和固定轴上零件的定位和固定14.2.2轴上零件的定位和固定轴上零件的定位和固定1.轴上零件的轴向定位及固定注意：圆角尺寸关系14.2.2 轴上零件的定位和固定轴上零件的定位和固定2.轴上零件的周向固定键、花键、销、弹性环、过盈配合、成形联接、紧定螺钉轴系结构改错四处错误正确答案三处错误正确答案两处错误1.左侧键太长，套筒无法装入2.多个键应位于同一母线上14.2.3 轴各段直径和长度的确定轴各段直径和长度的确定1.轴的直径2）由dmin逐渐放大（考虑定位固定）3）配合处取标准值，非配合处可不取标准值，各段轴径相差510mm。4）圆角、倒角（手册）。1）按扭转强度初估dmin（见下

7、一节）2.轴段的长度2）零件与零件间的距离（图）1）轴段的长度略小于（约23mm）配合的毂长14.2.4 轴的结构工艺性轴的结构工艺性1.形状、尺寸便于加工和装拆便于加工键槽：尺寸尽量一致 开在同一母线上圆角：r尽量相同；倒角：尺寸相同螺纹有退刀槽、磨削需有砂轮越程槽（标准值）2.中心孔：提高同轴度3.各轴段作用不同，其精度和表面粗糙度不同阶梯轴便于装拆轴端有倒角：45、30、60轴端有倒锥（过盈配合处）定位轴间（套筒）高度1.形状、尺寸便于加工和装拆14.2.4 轴的结构工艺性轴的结构工艺性轴端加工450倒角14.2.4 轴的结构工艺性轴的结构工艺性14.2.5 提高轴强度的措施提高轴强度的

8、措施1.改进轴的结构以减小轴的应力集中14.2.5 提高轴强度的措施提高轴强度的措施2.改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度降低表面粗糙度轴表面碾压、喷丸等强化处理表面进行热处理3合理布置轴上传动零件的位置以减小轴的载荷轴系改错轴系零件的拆装训练轴系零件的拆装训练 n轴设计的主要问题轴设计的主要问题 （1）选择轴的材料； （2）在轴系结构设计中进行轴的结构设计： 确定轴的各段直径和长度 轴的结构工艺性 解决轴上零件的固定和定位等问题 （3）进行轴的强度校核（防止疲劳折断）； （4）必要时进行轴的刚度（防止过渡变形）和振动稳定性计算（防止共振）。 轴的一般设计过程：估算轴径 初步结构设计 按弯扭合

9、成强度计算 修正结构设计 按疲劳强度精确核算 绘制工作图。 dM、T14.3 轴的强度计算脉动循环应力脉动循环应力对称循环应力对称循环应力 （ ）to （ ） （ ）ttoo 轴的应力分为三类 扭矩：脉动循环应力(常见)n转轴 弯矩：对称循环应力t静应力静应力14.3.1 按扭转强度计算（初步确定轴的最小直径）2 .01055.936TTTdnpWT校核式：336 2 . 01055. 9npAnpdT设计式：A值：如所计算的轴值：如所计算的轴径上有键槽等结构，应将径上有键槽等结构，应将计算的直径适当放大，并计算的直径适当放大，并将直径按标准直径系列圆将直径按标准直径系列圆整。教材标为整。教材

10、标为C值值,可按表可按表查查C值。值。14.3 轴的强度计算14.3.2 按弯扭合成强度计算14.3 轴的强度计算bebdTMWM1 . 0)(1322强度校核： 31 . 0beMd设计公式： 转轴同时承受扭矩和弯矩，必须按二者组合强度进行计算。通常把轴当作置于铰链支座上的梁，作用于轴上零件的力作为集中力，其作用点取为零件轮毂宽度的中点上。具体的计算步骤如下：1）画出轴的空间力系图；（分解为水平面分力和垂直面分力）2）计算水平面和垂直面上的弯矩并作出弯矩图；3）计算合成弯矩M并作出弯矩图；4）计算转矩M T并作出转矩图；5）计算当量弯矩M ，绘出当量弯矩图。6）根据当量弯矩图找出危险截面，进

11、行轴的强度校核。14.3.2 按弯扭合成强度计算14.3 轴的强度计算条件：已知支点、扭距，弯矩 步骤： 1、作轴的空间受力简图14.3.2 按弯扭合成强度计算14.3 轴的强度计算2、求水平面支反力RH1、RH2作水平面弯矩图 14.3.2 按弯扭合成强度计算14.3 轴的强度计算3、求垂直平面内支反力RV1、RV2，作垂直平面内的弯矩图 14.3.2 按弯扭合成强度计算14.3 轴的强度计算4、作合成弯矩图 22VHMMM14.3.2 按弯扭合成强度计算14.3 轴的强度计算5、作扭矩图 14.3.2 按弯扭合成强度计算14.3 轴的强度计算6、作当量弯矩图 22)( TMMe：考虑扭矩和弯矩产生应力的循环特性差异的系数。 扭转切应力为静应力、脉动循环应力、对称循环应力时，分别取 =0.3、0.6、1。14.3.2 按弯扭合成强度计算14.3 轴的强度计算7、校核 危险截面轴的强度bebdTMWM1 . 0)(1322强度校核： 31 . 0beMd设计公式：挠 度： yy 偏转角： 22)3(xzxyMMM作出合成弯矩：22)()5(TMM作出当量弯矩：bebdTMWM1 . 0)()6(1322强度校核：考虑扭矩和弯矩产生应力的循环特性差异的系