第十一章 轴及轴毂联接.ppt

,第十一章轴及轴毂联接,化学工业出版社,一、轴的分类,11-1概述,轴的功用：1）支承回转件；2）传递运动和动力。,按所受载荷的不同，分为：,按轴线形状的不同，轴可分：,有特殊要求时，如航空发动机的主轴。,可以随意弯曲，把回转运动灵活地传到任意空间位置。,轴的概述3,轴的设计过程：,根据轴上零件的安装、固定及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构和尺寸。,校核轴的强度、刚度和振动稳定性等。,二、设计轴基本要求,11-2轴的材料,对轴材料的要求：强度、刚度、耐磨性及良好的加工工艺性。,材料：,常用碳素钢、合金钢。经调质或正火处理（加工量大、便于切削）。存在局部磨损情况下，可采用局部硬化方法。,普通碳素钢如Q235A、Q275等，用于不重要的场合。,优质碳素钢如35、45、50等。,1.碳素钢：,特点,45钢使用最广泛,强度、刚度、塑性和韧性等综合机械性能好,应力集中敏感性小,热处理后提高耐磨性、疲劳强度,2.合金钢,对应力集中敏感性较大,强度和淬火性比碳素钢好,价格比碳素钢贵,低碳合金钢如20Cr、20CrMnTi等，可渗碳淬火,中碳合金钢如40Cr、1Cr18Ni9Ti、40MnB等,一般应用于有特殊要求的场合；如要求轴的重量轻，尺寸小而受力大；强度、耐磨性要求高；高温、腐蚀介质下工作等。,特点,注意,1）各种钢材、热处理前后其弹性模量差别不大，因此要提高刚度不能用合金钢或通过热处理的方法获得。,2）合金钢对应力集中敏感性高，设计时必须从结构上采取措施，减轻应力集中，并降低表面粗糙度。,3.球墨铸铁和合金铸铁：,以铁代钢,对应力集中敏感性较小,吸振性、耐磨性好,可以做成复杂形状,价廉,冲击韧性低、质量不易控制,毛坯,圆钢棒料尺寸小的轴,锻造毛坯尺寸较大或为提高轴的强度,焊接毛坯大件锻造困难,铸造毛坯形状复杂的轴、空心轴等,特点,常用材料见表11-1,11-3轴结构的选择,一.确定装配方案,1.目的,使轴各部分具有合理的形状和尺寸,2.轴的结构设计应考虑的因素：,便于装拆（装配工艺性）、调整。,定位准确、固定可靠（工作时轴上零件有位置要求）。,便于制造（制造工艺性），结构力求简单。,受力合理，有利于提高强度、刚度（材尽其用）。（并通过结构设计提高这些方面的性能）,影响轴的结构设计的因素较多，其结构设计具有较大的灵活性、多样性，没有一个统一的标准。,程序：,考虑装拆,定位固定方法与结构,兼顾受力与制造,方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一合理。,1)轴向固定,(1)轴肩和轴环,二、轴上零件的定位与固定,轴肩圆角半径应小于相配件圆角，轴肩高度应大于。,轴肩圆角应小于相配件倒角，轴肩高度应大于。,(2)套筒,(3)圆螺母,(4)轴端挡圈,(5)弹性挡圈,(6)紧定螺钉,平键、花键紧定螺钉销过盈配合,2.零件的周向固定,常用的周向固定方法：,防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩,三、各轴段直径和长度的确定,1.直径的确定原则,1)有配合要求的轴段（如轴头）要取标准值。2)装配标准件的轴段（如轴颈），其直径要取标准值，并与所装配的标准件的配合孔径一致。3)轴肩（或轴环）高度的确定。定位轴肩,（半径差）h（0.070.1）d，非定位轴肩（半径差）h12mm4)滚动轴承的定位轴肩的高度必须低于轴承内圈端面的（径向）厚度,以便于轴承的拆卸。5)当轴中间装有零件时，安装该零件轴段的直径应比装配该零件时需要通过的其他轴段的直径大,以便于装配。6)非配合直径允许取非标准值，但应圆整。7)螺纹直径应符合螺纹标准。,1)与轴上传动零件相配合的轴段（轴头）的长度，应比配合零件的轮毂宽度略短些，一般短23mm。2)轴上各旋转零件与其他静止零件之间应留有适当的间隙，以防止相互发生碰撞。3)凡装有零件的轴头和轴颈的长度，均应考虑装拆调整的需要,留足工作空间。4)其他轴段的长度，可根据轴和机器的总体结构和布局，结合零件间的相对位置关系和要求以及机器的工作要求等确定。,2.长度的确定原则,四、关于轴的结构工艺性,1)从加工工艺性的角度，轴宜取圆截面，并尽量减少阶梯数量。同一轴上的过渡圆角尽可能取相同的圆角半径，倒角尺寸宜相同，键槽要布置在轴的同一加工母线上，并尽量采用相同的规格。,2)从装配工艺性的角度,为了便于安装零件和防止突缘处的尖角划伤所装配零件的孔壁或伤人,凡装配时零件通过的轴段,其端面要加工出倒角,倒角一般为45（或30、60），宽度为24mm。,3)轴上传动零件应与轴肩定位面靠紧，以保证可靠的定位和固定,但轴上的过渡圆角常会形成障碍，从而使轴上的圆角半径受限制，为此可采用凹切圆槽（或肩环等结构解决。,4)应力集中通常是产生疲劳裂纹的主要原因，为了提高轴的疲劳强度，在结构上、加工工艺上应注意尽量避免在轴上安排和设置易严重产生应力集中的结构，如螺纹、横孔、凹槽、锥坑等。无法避免时，要采取一定的措施减缓应力集中，如适当加大轴肩处圆角半径、设置卸载槽等。,114轴的强度计算,计算准则：满足轴的强度、刚度要求，对高速轴还应验算其振动稳定性。,方法：初步完成结构设计后，再进行效核计算。,一.轴的强度效核计算,对传动轴，按扭转强度计算；对心轴，按弯曲强度计算；对转轴，按弯扭合成强度条件计算。必要时还应按疲劳强度条件进行精确计算；对瞬时过载很大的轴，还应效核其静强度。以免塑性变形过大。,该方法适用于只承受扭矩的传动轴，亦可对转轴进行近似计算。,对于转轴,由轴的结构而定,转矩,弯矩,(跨距？力作用点？),解决办法：,用降低来考虑的影响,表11-2,*设计式：,仅考虑的强度条件,对于实心圆轴的强度条件为：,一.按扭转强度计算(传动轴或初算轴径),二、心轴强度计算：,转动心轴：,固定心轴：,考虑启动、停车等的影响，弯矩视脉动循环,三、转轴按当量弯矩校核轴径,条件：已知支点、扭距，弯矩,步骤：,1)作轴的空间受力简图；,求水平面支反力、，作水平面弯矩图。求垂直平面内支反力、，作垂直平面内的弯矩图；,4)作扭矩图；,3)作合成弯矩图（）；,5)作当量弯矩图（）；,6)校核危险截面轴的强度。,设计公式,当量弯矩,和在转轴上产生的应力性质可能不同。,产生的弯曲应力,对称循环变应力,产生的扭剪应力为：,大小和方向不变,大小经常变化,大小和方向经常变化,静应力,脉动循环变应力,对称循环变应力,将转化为对称循环变化来考虑,折算系数,轴的应力分为三类,挠度,；偏转角,；扭转角,有的轴除了要满足强度要求外，还提出了变形不应过大的要求。这就需要进行刚度计算。由材料力学知，轴的刚度包括弯曲刚度和扭转刚度。弯曲刚度主要影响旋转零件及轴承的工作；扭转刚度则会影响机器的工作精度及旋转零件上载荷分布的均匀性，它们对轴的振动也有影响。为使轴满足刚度要求，轴在载荷作用下产生的挠度y、转角和扭转角应小于相应的许用值，即,115轴的刚度校核,一、键联接的类型、特点及应用,1.平键联接,平键的两侧面是工作表面，工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩。键的上表面和轮毂的键槽底面之间留有间隙。,11-6轴毂联接,1）普通平键,2）薄型平键键高约为普通平键的60%70%。圆头、方头、单圆头用于薄臂结构、空心轴等径向尺寸受限制的联接。,3）导向平键与滑键用于动联接，即轴与轮毂间有相对轴向移动的联接。,特点：装拆方便，对零件对中性无影响，容易制造，作用可靠，多用于高精度联接。但只能圆周固定，不能承受轴向力。,2、半圆键联接,轴槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽中绕几何中心摆动，键的侧面为工作面，工作时靠其侧面的挤压来传递扭矩。,优点：工艺性好，装配方便，适用于锥形轴与轮毂的联接。缺点：轴槽对轴的强度削弱较大。只适宜轻载联接。,特点：适用于低速轻载、精度要求不高。对中性较差，力有偏心。不宜高速和精度要求高的联接，变载下易松动。钩头只用于轴端联接，如在中间用键槽应比键长2倍才能装入。且要罩安全罩。,3、楔键联接,4、切向接联接,工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩。,二、平键联接的强度计算,1、键的选择,键的选择包括键的类型和尺寸的选择两方面。键的截面尺寸根据轴的直径由标准查得。键的长度L按轴上零件的轮毂宽度而定，一般略小于轮毂宽度。,2、键的失效形式和强度计算,失效形式：压溃（静联接键、轴、毂中较弱者）、磨损（动联接）、键的剪断（较少）。,挤压强度为：,花键联接由具有多个沿周向均布的凸齿的外花键和有对应凹槽的内花键组成。齿的侧面是工作面。花键按