下册 第一篇 第七章 轴及轴毂联接

1、 第第7章章 轴和轴毂联接轴和轴毂联接Machinery FoundationMachinery Foundation 第一篇第一篇 机构及机械零件基础机构及机械零件基础目目 录录Machinery Foundation组成机器中的最基本的和主要的零件，一切作旋转运动的传组成机器中的最基本的和主要的零件，一切作旋转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能实现旋转和传递动力。动零件，都必须安装在轴上才能实现旋转和传递动力。 7.1 概述概述z 轴轴q 按轴受载情况分类按轴受载情况分类 心轴：心轴：火车轮轴自行车前轴只受弯曲作用而不传递动力。只受弯曲作用而不传递动力。 传动轴：只传送动力，只受扭转作用

2、而不受弯曲作用，传动轴：只传送动力，只受扭转作用而不受弯曲作用， 或者弯曲作用很小。或者弯曲作用很小。 传动轴 7.1 概述概述 转轴：既支承转动零件又传递动力，转轴：既支承转动零件又传递动力，转轴本身是转动的，同时承受弯曲和扭转轴本身是转动的，同时承受弯曲和扭转两种作用。转两种作用。 1-1-套筒套筒 2-2-轴端轴端 3-3-轴头轴头4-4-中轴颈中轴颈 5-5-轴身轴身 6-6-轴头轴头 7.1 概述概述q 按轴线特点及轴的结构分类按轴线特点及轴的结构分类直轴直轴 7.1 概述概述心部构造心部构造实心轴实心轴空心轴空心轴外形外形光轴光轴阶梯轴阶梯轴 曲轴曲轴 挠性轴挠性轴直轴直轴q 曲轴

3、：将旋转运动改变为往复直线运动或者作相反的运曲轴：将旋转运动改变为往复直线运动或者作相反的运动转换。动转换。 7.1 概述概述Machinery Foundation 挠性轴：由几层挠性轴：由几层紧贴在一起的钢丝卷紧贴在一起的钢丝卷绕而成。绕而成。 可方便的将转矩和可方便的将转矩和回转运动传递到空间回转运动传递到空间其他任意位置。其他任意位置。 7.1 概述概述 轴头：用于安装旋转传动零件轴头：用于安装旋转传动零件 轴颈：用于与轴承配合 轴身：用联接轴头和轴颈q 设计要求：足够的强度、合理的结构和良好的工艺。设计要求：足够的强度、合理的结构和良好的工艺。 进行轴的结构设计进行轴的结构设计 按工

4、作要求选择轴的材料按工作要求选择轴的材料 初步估计轴的最小尺寸初步估计轴的最小尺寸q 设计步骤：设计步骤： 进行必要的强度、刚度或震动稳定性等的校核计算进行必要的强度、刚度或震动稳定性等的校核计算 碳素钢：价格低廉，应力集中敏感性低，可通过热处理碳素钢：价格低廉，应力集中敏感性低，可通过热处理提高耐磨性和抗疲劳强度。型号主要有提高耐磨性和抗疲劳强度。型号主要有3535、4040、4545、5050等。等。 合金钢：有更高的力学性能，但价格较高，对应合金钢：有更高的力学性能，但价格较高，对应力集中敏感，型号主要有力集中敏感，型号主要有20Cr20Cr、40Cr40Cr、35SiMn35SiMn等

5、。等。7.2 轴轴 的的 材材 料料 在进行轴的设计时，首在进行轴的设计时，首先要根据传动装置简图，先要根据传动装置简图，布置轴上零件并确定装配布置轴上零件并确定装配方案。方案。7.3 轴轴 结结 构构 的的 选选 择择 设设 计计第第7章章 轴和轴毂联接轴和轴毂联接对轴的结构进行设计主要是对轴的结构进行设计主要是:确定轴的结构形状和尺寸确定轴的结构形状和尺寸3.3.轴的结构设计轴的结构设计无论何种具体因素，轴的结构都应满足以下条件无论何种具体因素，轴的结构都应满足以下条件：轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴上的零件应便于装拆和调

6、整；轴应具有良好的制造工艺性等。轴应具有良好的制造工艺性等。7.3 轴轴 结结 构构 的的 选选 择择 设设 计计轴肩、圆螺母（止动片）、套筒、轴肩、圆螺母（止动片）、套筒、弹性挡圈、紧定螺钉、轴端挡圈定位等弹性挡圈、紧定螺钉、轴端挡圈定位等周向固定周向固定轴向固定轴向固定键、花键、销、过盈配合、键、花键、销、过盈配合、弹性环联接、成形联接等弹性环联接、成形联接等q 轴向定位与固定 轴肩和轴环7.3 轴轴 结结 构构 的的 选选 择择 设设 计计特点特点：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 套筒 圆螺母7.3 轴轴 结结 构构 的的 选选 择

7、择 设设 计计 轴端挡圈 弹性挡圈轴向固定轴向固定特点特点：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常用于轴的中部和端部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q 径向尺寸径向尺寸 径向尺寸确定的原则和注意点：径向尺寸确定的原则和注意点： 有配合要求的轴段要取标准值有配合要求的轴段要取标准值 装配标准件的轴段，其

8、直径要取标准值，并与配合孔径一致装配标准件的轴段，其直径要取标准值，并与配合孔径一致 轴肩高度的确定轴肩高度的确定7.3 轴轴 结结 构构 的的 选选 择择 设设 计计 当轴中间装有零件时，安装该零件轴段的直径应比装配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，以便于装配该零件时需要通过的其他轴段的直径大，以便于装配 非配合直径允许取非标准值非配合直径允许取非标准值 螺纹直径应符合螺纹标准螺纹直径应符合螺纹标准 滚动轴承的定位滚动轴承的定位7.3 轴轴 结结 构构 的的 选选 择择 设设 计计Machinery Foundationq 轴向尺寸原则和要求

9、：轴向尺寸原则和要求： 与轴上传动零件相配合的轴段的长度，应比配合零件的轮毂宽度略短些与轴上传动零件相配合的轴段的长度，应比配合零件的轮毂宽度略短些 轴上各旋转零件与其他静止零件之间应留有适当的空隙，以防止发生轴上各旋转零件与其他静止零件之间应留有适当的空隙，以防止发生相互碰撞相互碰撞 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，留足工作空间工作空间 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的相对位置关系和要

10、求以及机器的工作要求等确定7.3 轴轴 结结 构构 的的 选选 择择 设设 计计q 从加工工艺性的角度，轴易取圆截面，并尽量减少阶梯数量从加工工艺性的角度，轴易取圆截面，并尽量减少阶梯数量q 从装配工艺性的角度，凡装配时零件通过的轴段，其端面应从装配工艺性的角度，凡装配时零件通过的轴段，其端面应加工出倒角；过盈配合段的导入端应加工出导向锥面。加工出倒角；过盈配合段的导入端应加工出导向锥面。图7-14 导向锥面7.3 轴轴 结结 构构 的的 选选 择择 设设 计计q 轴上传动零件应与轴肩定位面靠紧，但轴上的过渡圆角会轴上传动零件应与轴肩定位面靠紧，但轴上的过渡圆角会形成障碍，为此采用凹切圆槽（形

11、成障碍，为此采用凹切圆槽（a a）或肩环（）或肩环（b b）q 加工工艺上应注意避免安排和设置易产生应力集中的结构；无加工工艺上应注意避免安排和设置易产生应力集中的结构；无法避免时，应适当增加轴肩处圆角半径、设置卸载槽等法避免时，应适当增加轴肩处圆角半径、设置卸载槽等过渡圆角处理方法7.3 轴轴 结结 构构 的的 选选 择择 设设 计计传动轴工作时主要受转矩作用，一般只按按钮强度计算，传动轴工作时主要受转矩作用，一般只按按钮强度计算，圆截面轴的抗扭强度条件为：圆截面轴的抗扭强度条件为： T T= =T T/ /W WT T=9.55=9.5510106 6P P/(0.2/(0.2d d3 3

12、n n) ) T T式中，式中， T T为轴的扭应力，为轴的扭应力，T T为轴传递的转矩，为轴传递的转矩，W WT T为轴的抗为轴的抗扭截面系数，扭截面系数，P P为轴传递的功率，为轴传递的功率，n n为轴的转速；为轴的转速；d d为轴的直为轴的直径，径， T T为轴材料的许用扭应力。为轴材料的许用扭应力。7.4 轴的强度计算轴的强度计算Machinery Foundation心轴在工作时只乘受弯矩，心轴的抗弯强度系数为：心轴在工作时只乘受弯矩，心轴的抗弯强度系数为： w w=M/W=M/(0.1d=M/W=M/(0.1d3 3) ) -1-1 b b式中，式中，d d为轴的计算直径，为轴的计

13、算直径，M M为作用在轴上的弯矩，为作用在轴上的弯矩，W W为为的抗弯截面系数，的抗弯截面系数，-1-1 b b为轴材料的许用弯曲应力。为轴材料的许用弯曲应力。7.4 轴的强度计算轴的强度计算Machinery Foundation圆轴弯曲和扭转组合时的强度条件为：圆轴弯曲和扭转组合时的强度条件为： e=Me/W=（M2+（T2）1/2/(0.1d3 ) -1b式中，式中， e当量应力，当量应力，Me为当量弯矩；为当量弯矩；M为合成弯为合成弯矩；矩；T为计算剖面上的转矩，为计算剖面上的转矩， W为的抗弯截面系数为的抗弯截面系数，d为轴的计算直径，为轴的计算直径， -1 b b为轴材料的许用弯曲为轴材料的许用弯曲应力，应力，为根据剪应力变化性质而定的校正系数为根据剪应力变化性质而定的校正系数。7.4 轴的强度计算轴的强度计算有的轴除了要满足强度要求外，还提出了变形不应过大的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。要求，这就需要进行刚度计算。为使轴满足刚度要求，轴在载荷作用下产生的挠度为使轴满足刚度要求，轴在载荷作用下产生的挠度y y、转角转角和扭转角和扭转角应小于相应的许用值应小于相应的许用值, ,即：即：y y 7.5 轴的刚度校核轴