《机械设计基础》第九章 轴和轴毂联接

1、第九章 轴和轴毂联接9.1 轴的类型和材料轴的类型和材料9.2 轴的结构设计轴的结构设计9.3 轴的计算轴的计算9.4 轴毂联接轴毂联接9.19.1轴的类型和材料轴的类型和材料一、轴的类型一、轴的类型按轴心线形状分按轴心线形状分曲轴曲轴直轴直轴钢丝软轴钢丝软轴轴是用来支撑回转零轴是用来支撑回转零件、传递运动和动力件、传递运动和动力所有回转零件都必须所有回转零件都必须支撑在轴上。支撑在轴上。几何轴线在几何轴线在同一条直线同一条直线上的轴上的轴由多组钢由多组钢丝分层卷丝分层卷绕而成，绕而成，有良好的有良好的挠性挠性几何轴线不几何轴线不在同一条直在同一条直线上的轴线上的轴9.19.1轴的类型和材料轴

2、的类型和材料心轴心轴 按传递载荷分按传递载荷分传动轴传动轴 转轴转轴 弯矩弯矩转矩转矩9.19.1轴的类型和材料轴的类型和材料光轴光轴阶梯轴阶梯轴空心轴空心轴实心轴实心轴 轴的设计，一般是根据工作条件先选择合适的材轴的设计，一般是根据工作条件先选择合适的材料，然后估计轴的直径并进行轴的结构设计，再校核料，然后估计轴的直径并进行轴的结构设计，再校核计算轴的强度。对于有刚性要求的轴，还要进行刚度计算轴的强度。对于有刚性要求的轴，还要进行刚度计算。对于高转速轴，还应考虑其振动稳定性。计算。对于高转速轴，还应考虑其振动稳定性。按轴的外形分按轴的外形分形状简单，形状简单，加工方便，加工方便，轴上零件装轴

3、上零件装配定位困难配定位困难能满足定位能满足定位和装配方便和装配方便的需要的需要9.19.1轴的类型和材料轴的类型和材料二、轴的材料二、轴的材料 碳素钢碳素钢价格便宜，对应力价格便宜，对应力集中敏感性小，为集中敏感性小，为了保证机械性能，了保证机械性能，应进行调质或正火应进行调质或正火处理。处理。常用常用30、40、45号钢号钢 合金钢合金钢具有较高的机械强度，更具有较高的机械强度，更好的淬火性能，所以，在好的淬火性能，所以，在传递大功率、减轻重量、传递大功率、减轻重量、提高轴颈耐磨性时采用。提高轴颈耐磨性时采用。40Cr、40CrNi、20Cr、20Cr2Ni4A、38SiMnMo 铸铁铸铁

4、QT6003、QT8002 选择轴的材料和热处理方式时，主要考虑强度选择轴的材料和热处理方式时，主要考虑强度和耐磨性，而不是轴的弯曲和扭转刚度。和耐磨性，而不是轴的弯曲和扭转刚度。 易做成复杂的外形，价易做成复杂的外形，价廉，具有良好的吸振性廉，具有良好的吸振性和耐磨性，对应力集中和耐磨性，对应力集中敏感性较低，但铸造品敏感性较低，但铸造品质难控制，可靠性较差质难控制，可靠性较差 9.29.2轴的结构设计轴的结构设计轴的结构应满足使用要求，保证轴和轴上零件具轴的结构应满足使用要求，保证轴和轴上零件具有确定的工作位置；应有利于提高轴的强度和刚有确定的工作位置；应有利于提高轴的强度和刚度；还应具有

5、良好的加工和装配工艺性。度；还应具有良好的加工和装配工艺性。进行轴的结构设计时，进行轴的结构设计时，首先首先要从传动要求和传动要从传动要求和传动路线来考虑轴上零件的布置，拟定合适的装拆方路线来考虑轴上零件的布置，拟定合适的装拆方案。案。然后然后以强度初步设计估算的轴径为基础，分别确以强度初步设计估算的轴径为基础，分别确定轴上零件的轴向及周向定位、固定方法，逐一定轴上零件的轴向及周向定位、固定方法，逐一确定处轴的各部分直径和长度，设计出结构合理、确定处轴的各部分直径和长度，设计出结构合理、工艺性良好的轴。工艺性良好的轴。9.29.2轴的结构设计轴的结构设计9.29.2轴的结构设计轴的结构设计轴颈

6、轴上与轴承配合的部分轴段，轴颈轴上与轴承配合的部分轴段，轴头与传动零件轮毂配合的轴段，轴头与传动零件轮毂配合的轴段，轴肩相邻直径变化处轴肩相邻直径变化处轴环两侧都是递减轴肩且长度较小，轴环两侧都是递减轴肩且长度较小，9.29.2轴的结构设计轴的结构设计二、应考虑的主要问题二、应考虑的主要问题1.轴及轴上零件的定位和轴及轴上零件的定位和固定固定轴的定位和固定轴的定位和固定轴上零件的定位和固定轴上零件的定位和固定图图a轴向定位和固定轴向定位和固定周向定位和固定周向定位和固定轴肩、套筒等轴肩、套筒等轴毂联接轴毂联接9.29.2轴的结构设计轴的结构设计轴上零件的定位和固定方法轴上零件的定位和固定方法9

7、.29.2轴的结构设计轴的结构设计9.29.2轴的结构设计轴的结构设计9.29.2轴的结构设计轴的结构设计例：分析图中所示轴系中轴上零件的定位和固定方法。例：分析图中所示轴系中轴上零件的定位和固定方法。9.29.2轴的结构设计轴的结构设计2.提高轴的强度和刚度提高轴的强度和刚度轴和轴上零件的结构，轴上零件的布置对轴的强度和轴和轴上零件的结构，轴上零件的布置对轴的强度和刚度有很大影响。刚度有很大影响。为了减小应力集中，提高轴的疲劳强度，阶梯轴相邻为了减小应力集中，提高轴的疲劳强度，阶梯轴相邻轴段直径不宜相差过大，轴径变化处通常以轴段直径不宜相差过大，轴径变化处通常以圆角圆角过渡，过渡，并尽可能采

8、用较大的圆角半径。并尽可能采用较大的圆角半径。键槽不应开到圆角处；必须在轴上开横孔时，孔边要键槽不应开到圆角处；必须在轴上开横孔时，孔边要倒圆，以避免应力集中过大。倒圆，以避免应力集中过大。改进轴上零件的结构可以减小轴所承受的弯矩，从而改进轴上零件的结构可以减小轴所承受的弯矩，从而提高轴的强度和刚度。提高轴的强度和刚度。9.29.2轴的结构设计轴的结构设计9.29.2轴的结构设计轴的结构设计3.轴的结构工艺性轴的结构工艺性(重点重点)满足加工、装拆的要求。满足加工、装拆的要求。安装轴上的零件时，应能使其无过盈地到达装配轴安装轴上的零件时，应能使其无过盈地到达装配轴段。段。为便于轴上零件的装配，

9、轴端部、轴颈和轴头的端为便于轴上零件的装配，轴端部、轴颈和轴头的端部应有倒角，一般为部应有倒角，一般为45。当零件和轴采用过盈配合时，轴上可设导向锥。当零件和轴采用过盈配合时，轴上可设导向锥。9.29.2轴的结构设计轴的结构设计轴肩的高度在保证可靠定位的前提下，要给轴上零件轴肩的高度在保证可靠定位的前提下，要给轴上零件的拆装留有余地。如用滚动轴承定位，的拆装留有余地。如用滚动轴承定位，轴肩高度应小于轴肩高度应小于轴承内圈端面高度轴承内圈端面高度。要车制螺纹，需要退刀槽；要车制螺纹，需要退刀槽；进行磨削加工要有砂轮越进行磨削加工要有砂轮越程槽。程槽。键槽应置于同一直线上。键槽应置于同一直线上。9

10、.29.2轴的结构设计轴的结构设计三、确定轴各段直径和长度三、确定轴各段直径和长度1.确定各段直径确定各段直径由估算轴的最小直径，根据轴的结构要求定出阶由估算轴的最小直径，根据轴的结构要求定出阶梯轴其他各段直径。梯轴其他各段直径。轴头轴颈按国标取轴头轴颈按国标取圆整尺寸圆整尺寸，安装滚动轴承的轴，安装滚动轴承的轴颈直径必须按滚动轴承的颈直径必须按滚动轴承的内径内径选取。选取。轴上安装其他标准件部位的轴颈，也应取相应的轴上安装其他标准件部位的轴颈，也应取相应的标准值。标准值。9.29.2轴的结构设计轴的结构设计轴肩由定位面和内圆角组成轴肩由定位面和内圆角组成bDhrRdDhCrd轴肩处轴肩处rC

11、R或(0.07 0.1)hdh定位轴肩，非定位轴肩， 可取较小值9.29.2轴的结构设计轴的结构设计轴段直径的确定轴段直径的确定2.确定各段长度确定各段长度9.29.2轴的结构设计轴的结构设计轴上安装传动零件的轴段长度由零件的轮毂宽度决定，轴上安装传动零件的轴段长度由零件的轮毂宽度决定，而轮毂宽度一般和相配轴段的直径有关。而轮毂宽度一般和相配轴段的直径有关。当采用套筒、圆螺母、轴端挡圈等作轴上零件的轴向当采用套筒、圆螺母、轴端挡圈等作轴上零件的轴向固定时，为保证固定可靠，轴端面与零件端面间通常应固定时，为保证固定可靠，轴端面与零件端面间通常应留有留有23mm的距离。的距离。轴上某些轴段长度取决

12、于传动零件与轴承之间的距离。轴上某些轴段长度取决于传动零件与轴承之间的距离。9.29.2轴的结构设计轴的结构设计例：分析图示轴系，确定轴各段直径和长度的主要依据。例：分析图示轴系，确定轴各段直径和长度的主要依据。9.29.2轴的结构设计轴的结构设计轴承采用脂润滑。轴承采用脂润滑。 9.29.2轴的结构设计轴的结构设计1.缺少密封装置；缺少密封装置； 2.缺少垫片，不能调整轴承间隙；缺少垫片，不能调整轴承间隙；3.缺少挡油环；缺少挡油环； 4.锥齿轮与轴缺少键联接；锥齿轮与轴缺少键联接；5.锥齿轮轴向固定不可靠；锥齿轮轴向固定不可靠；6.右轴承不能装配；右轴承不能装配；7.右轴承外圈缺少固定；右

13、轴承外圈缺少固定； 8.左轴承外圈缺少固定。左轴承外圈缺少固定。9.29.2轴的结构设计轴的结构设计9.29.2轴的结构设计轴的结构设计1）左端联轴器无周向定位；）左端联轴器无周向定位；2）左端盖无密封；）左端盖无密封；3）左轴承）左轴承无法装配；无法装配；4）小齿轮无法加工完整；）小齿轮无法加工完整；5）右轴承外圈左侧）右轴承外圈左侧多余固定；多余固定；6）右端轴承右侧缺少固定；）右端轴承右侧缺少固定；7）右端轴承无法）右端轴承无法拆卸。拆卸。 9.29.2轴的结构设计轴的结构设计轴承采用脂润滑。轴承采用脂润滑。9.29.2轴的结构设计轴的结构设计1）轴与端盖接触；）轴与端盖接触；2）套筒与

14、轴承外圈接触；）套筒与轴承外圈接触；3）套筒顶）套筒顶不住齿轮；不住齿轮；4）联轴器没轴向固定及定位；）联轴器没轴向固定及定位；5）联轴器没）联轴器没周向固定；周向固定；6）此弹性圈没有用；）此弹性圈没有用；7）精加工面过长，且）精加工面过长，且装拆轴承不便；装拆轴承不便； 8）联轴器孔未打通；）联轴器孔未打通；9.29.2轴的结构设计轴的结构设计9）箱体端面加工面与非加工面没有分开；）箱体端面加工面与非加工面没有分开；10）轴肩太高，）轴肩太高，无法拆卸轴承；无法拆卸轴承；11）键过长，套筒无法装入；）键过长，套筒无法装入；12）无调整）无调整垫片，无法调整轴承间隙；垫片，无法调整轴承间隙；

15、13）轴承脂润滑无挡油环）轴承脂润滑无挡油环9.39.3轴的计算轴的计算轴的主要失效形式：轴的主要失效形式：一般用途的轴，其强度计算方常用以下两种一般用途的轴，其强度计算方常用以下两种方法：方法：按扭转强度条件计算；按扭转强度条件计算；按弯扭合成强度计算。按弯扭合成强度计算。疲劳断裂、过大的弹性变形。疲劳断裂、过大的弹性变形。9.39.3轴的计算轴的计算1.按扭转强度条件计算按扭转强度条件计算适用于传动轴的强度计算及初步估算转轴的直径以适用于传动轴的强度计算及初步估算转轴的直径以便进行结构设计。便进行结构设计。实心圆剖面传动轴实心圆剖面传动轴MPandPWTTTT2 . 01055. 936强

16、度条件强度条件设计式设计式336 2 . 01055. 9nPCnPdT9.39.3轴的计算轴的计算2.按弯扭合成强度条件计算按弯扭合成强度条件计算适用于转轴的强度计算。适用于转轴的强度计算。按第三强度理论：按第三强度理论：强度条件强度条件224ebTb引入应力折算系数引入应力折算系数22eMMT22130.1eebMTMWd或或2211ebMTW设计式设计式310.1ebMd9.39.3轴的计算轴的计算例例9-3：轴强度计算的一般顺序轴强度计算的一般顺序1.初步估算轴径初步估算轴径3dC P n2.进行轴的结构设计进行轴的结构设计9.39.3轴的计算轴的计算3.按弯扭合成强度计算法校核轴的强

17、度按弯扭合成强度计算法校核轴的强度绘出轴的计算简图绘出轴的计算简图求出轴上载荷，并将空间受力图分解为水平求出轴上载荷，并将空间受力图分解为水平面、垂直面受力图面、垂直面受力图求出水平面上和垂直面上的支承反力求出水平面上和垂直面上的支承反力绘出轴的弯矩图绘出轴的弯矩图水平面的弯矩水平面的弯矩垂直面弯矩垂直面弯矩合成弯矩合成弯矩9.39.3轴的计算轴的计算9.39.3轴的计算轴的计算绘出轴的转矩绘出轴的转矩T图图计算危险剖面的当量弯矩计算危险剖面的当量弯矩Me22eMMT按当量弯矩按当量弯矩Me计算轴的直径计算轴的直径310.1ebMd9.39.3轴的计算轴的计算二、轴的刚度校核二、轴的刚度校核目

18、的：防止弯曲、扭转变形过大而影响机器正常运转，目的：防止弯曲、扭转变形过大而影响机器正常运转，这是工程上不允许的。这是工程上不允许的。例：例：计算计算刚度：指轴所受载荷与受载后产生的弹性变形比值刚度：指轴所受载荷与受载后产生的弹性变形比值、转角弯曲变形指标：挠度y扭转变形指标：扭转角9.39.3轴的计算轴的计算maxyy刚度条件：maxmax许用扭转角。许用挠度、许用转角、式中：y最大值查手册。、maxmaxmaxy9.49.4轴毂联接轴毂联接轴毂联接的主要功能是使轴与轴上零件作轴毂联接的主要功能是使轴与轴上零件作周向固定以传递转矩。周向固定以传递转矩。常用的有键、花键、过盈、弹性环、型面、常用的有键、花键、过盈、弹性环、型面、销、紧定螺钉联接等。销、紧定螺钉联接等。9.49.4轴毂联接轴毂联接一、键联接一、键联接1.类型及其选择类型及其选择键键平键平键半圆键半圆键楔键楔键普通平键普通平键导向平键导向平键滑键滑键普通楔键普通楔键钩头楔键钩头楔键键联接键联接返回返回返回返回键联接键联接 A A型导向平键型导向平键返回返回键联接键联接返回返回键联接键联接返回返回键联接键联接 点击播放动画点击播放动画点击播放动画点击播放动画点击播放动画点击播放动画键联