第11章轴和轴毂联接8学时

1、11.1 概述11.2 轴的结构设计11.3 轴的强度计算11.4 轴的材料及选择11.5 轴的设计11.6 轴毂联接第第11章章 轴和轴毂联接轴和轴毂联接11.1 轴的功用和类型轴的功用和类型一、轴的一、轴的功用功用1、支承轴上零件（齿轮、带轮、飞轮等）、支承轴上零件（齿轮、带轮、飞轮等）二、轴的类型二、轴的类型2、传递运动和动力，、传递运动和动力，n（rpm），），T（Nmm）。）。3、保持轴上零件的相对位置。、保持轴上零件的相对位置。1、按承受载荷不同、按承受载荷不同TMM2.2.轴的分类轴的分类按承受载荷不同，可分为： 转轴转轴、心轴心轴、传动轴传动轴按轴线形状的不同，可分为： 直轴、

2、直轴、曲轴曲轴、挠性钢丝轴挠性钢丝轴直轴按外形的不同，可分为： 光轴、阶梯轴光轴、阶梯轴转轴：转轴：机器中最常见的轴，通常简称为轴。工作时既承受弯矩又承受转矩。例：减速器中的轴心轴：心轴： 用来支承转动零件，只承受弯矩而不传递转矩。分为固定心轴 : 自行车的前轴 转动心轴 : 铁路机车轮轴传动轴：传动轴：主要用于传递转矩而不承受弯矩.例：汽车中联接变速箱与后桥之间的轴。2、按轴线的形状分、按轴线的形状分1 1）直轴）直轴阶梯轴：阶梯轴： 光轴：光轴：形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不易装配及固定。零件不易装配及固定。形状复杂，加工困难，应

3、力集中源多，轴上的零形状复杂，加工困难，应力集中源多，轴上的零件容易装配及固定。件容易装配及固定。2）曲轴曲轴3）钢丝软轴）钢丝软轴 （挠性钢丝轴）（挠性钢丝轴）设计轴所考虑的问题及步骤设计轴所考虑的问题及步骤一、所考虑的问题一、所考虑的问题1、结构合理；、结构合理；2、强度足够；、强度足够；3、刚度足够；、刚度足够；4、避免共振。、避免共振。二、设计步骤二、设计步骤1、选择材料；选择材料；2、初步确定最小轴径；初步确定最小轴径；3、结构设计；结构设计；4、轴的强度计算；、轴的强度计算；5、轴的刚度计算。、轴的刚度计算。11.2 轴的结构设计轴的结构设计结构设计的主要要求结构设计的主要要求一、

4、制造安装要求：一、制造安装要求：便于加工、轴上零件易于装拆；便于加工、轴上零件易于装拆；二、定位要求：二、定位要求：轴和轴上零件要有准确的工作位置；轴和轴上零件要有准确的工作位置；三、固定要求：三、固定要求：各零件要牢固而可靠的相对固定；各零件要牢固而可靠的相对固定；四、四、改善受力状况，改善受力状况，减少应力集中和提高疲劳强度。减少应力集中和提高疲劳强度。结构设计目的结构设计目的：使轴各部分具有合理的形状和尺寸。：使轴各部分具有合理的形状和尺寸。一、制造安装要求一、制造安装要求1、为便于轴上零件装拆，轴做成、为便于轴上零件装拆，轴做成阶梯形阶梯形；2、轴上磨削的轴段，应有砂轮越程槽；、轴上磨

5、削的轴段，应有砂轮越程槽；3、车削螺纹的轴段，应有螺纹退刀槽。、车削螺纹的轴段，应有螺纹退刀槽。 在满足使用要求的情况下，轴的形状和尺寸力求简在满足使用要求的情况下，轴的形状和尺寸力求简单，便于加工。单，便于加工。1.61.6 轴的加工和装配工艺性轴的加工和装配工艺性轴的结构设计轴的结构设计 轴的加工和装配工艺性轴的加工和装配工艺性轴的结构设计轴的结构设计二、轴上零件的定位二、轴上零件的定位 轴肩：轴上截面变化处称为轴肩。（定位轴肩、轴肩：轴上截面变化处称为轴肩。（定位轴肩、非定位轴肩）非定位轴肩）半联轴器 平键2轴端挡圈套筒平键1齿轮轴承端盖滚动轴承安装在轴上的零件，必须有确定的轴向定位。安

6、装在轴上的零件，必须有确定的轴向定位。二、轴上零件的定位二、轴上零件的定位 轴肩：轴上截面变化处称为轴肩。（定位轴肩、轴肩：轴上截面变化处称为轴肩。（定位轴肩、非定位轴肩）非定位轴肩）半联轴器 平键2轴端挡圈套筒平键1齿轮轴承端盖滚动轴承安装在轴上的零件，必须有确定的轴向定位。安装在轴上的零件，必须有确定的轴向定位。三、轴上零件的固定三、轴上零件的固定1、轴向固定：轴肩、套筒、螺母、轴向固定：轴肩、套筒、螺母、弹性挡圈弹性挡圈套筒套筒 轴用圆螺母轴用圆螺母 轴肩轴肩 轴端挡圈轴端挡圈 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

7、承等的轴向定位圆螺母定位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 但切制螺纹使的轴的疲劳强度有所下降 应用：应用：常用于轴的中部和端部 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，转速低的场合四、轴的各段直径和长度的确定四、轴的各段直径和长度的确定半联轴器 平键2轴端挡圈套筒平键1齿轮轴承端盖滚动轴承1）有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径；）有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径；2）安

8、装）安装滚动轴承滚动轴承、联轴器、密封圈等标准件的轴径，应、联轴器、密封圈等标准件的轴径，应符合标准件内径系列的规定。符合标准件内径系列的规定。3）套筒的内径，应与相配的轴径相同并采用过渡配合。）套筒的内径，应与相配的轴径相同并采用过渡配合。4 4）当用轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈进行零）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，要求件的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，要求L轴轴 L毂毂轴系结构改错轴系结构改错四处错误四处错误正确答案正确答案三处错误三处错误正确答案正确答案两处错误两处错误1.1.左侧键太长，套筒左侧键太长，套筒无法装入无法装入2.2

9、.多个键应位于同一多个键应位于同一母线上母线上思考题：试指出图中结构不合理的地方，并予以改正。TT11.3.1扭转强度计算扭转强度计算(传动轴）传动轴） 对于圆截面的实心轴，其抗扭强度条件为： 求出的直径值，需圆整成标准直径，并作为轴的最小直径。如轴上有一个键槽，可将值增大3%5%，如有两个键槽可增大7%10%。估算直径：11.3 11.3 轴的强度计算轴的强度计算11.3.2 弯扭合成强度计算（转轴）弯扭合成强度计算（转轴） 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：

10、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，进行轴的强度校核。 11.3.3 弯扭合成强度计算（转轴）弯扭合成强度计算（转轴） 轴的许用弯曲应力可查表。轴的材料和工作环境不同，其值也不同。请参考P272表14-2。F步骤：步骤： 1、作轴的空间受力简图、作轴的空间受力简图FrFaFtFV2FH2DL3CFV1TBFH1L2L1FV1AFaD2FrFV1=FaMa=MvMv1FV1Mv2FaFV22、求水平面

11、支反力、求水平面支反力FH1、FH2，作水平面弯矩图，作水平面弯矩图 FaD2FrFV1=FaMa=MvMv1FV1Mv2FaFV23、求垂直平面内支反力、求垂直平面内支反力FV1、FV2，作垂直平面内的弯矩图，作垂直平面内的弯矩图 4、作合成弯矩图、作合成弯矩图 22VHMMMM2MM15、作扭矩图、作扭矩图 MTMcaMca1Mca26、弯扭合成，作当量弯矩、弯扭合成，作当量弯矩Me图图 5、作扭矩图、作扭矩图 MTMcaMca1Mca26、弯扭合成，作当量弯矩、弯扭合成，作当量弯矩Me图图 6、校核轴的强度、校核轴的强度 beeTMdWM1223)(1 . 01311 . 0beMd有键

12、槽，将轴径加大有键槽，将轴径加大5%左右。左右。11.4 轴的材料轴的材料一、材料要求一、材料要求足够的疲劳强度，对应力集中敏感性低，足够的刚度。足够的疲劳强度，对应力集中敏感性低，足够的刚度。二、常用材料二、常用材料1、碳素钢：、碳素钢：价廉、性优、可采用热处理方式提高轴的强度和耐磨价廉、性优、可采用热处理方式提高轴的强度和耐磨性，应用广泛。性，应用广泛。优质碳素钢：优质碳素钢：35、45、50，具有较高的综合力学性能。，具有较高的综合力学性能。普通碳素钢：普通碳素钢：Q235、Q2752、合金钢：、合金钢：价贵、性优，应力敏感性高，应用于特殊要求的场合。价贵、性优，应力敏感性高，应用于特殊

13、要求的场合。耐磨性：耐磨性：20Cr、20CrMnTi；耐高温：耐高温：40CrNi，38CrMOAlA。钢材的种类和热处理对其弹性模量的影响很小钢材的种类和热处理对其弹性模量的影响很小3、球墨铸铁及高强度铸铁、球墨铸铁及高强度铸铁 铸铁流动性好，易做成复杂零件，具有价廉、良好的吸振性和铸铁流动性好，易做成复杂零件，具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，对应力敏感性低，可用于制造外形复杂的轴。耐磨性，对应力敏感性低，可用于制造外形复杂的轴。11.5 11.5 轴的设计轴的设计 开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支点情况，无法确定轴的受力情况，只有待轴的结构设计基本完成后，才能对轴进行受力分析

14、及强度计算。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转受力情况对轴的直径进行估算。然后进行轴的结构设计后，再按弯扭合成的理论进行轴危险截面的强度校核。类比法根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结构设计，画出轴的零件图。设计计算法设计轴的一般步骤为：设计轴的一般步骤为： 1）选材）选材,确定许用应力确定许用应力. 2）按扭转强度估算轴的最小直径）按扭转强度估算轴的最小直径; 3）设计轴的结构，绘出轴的结构草图）设计轴的结构，绘出轴的结构草图;4）按弯扭合成进行轴的强度校核）按弯扭合成进行轴的强度校核。 确定轴上零件的位置和固定方法；确定轴上零件的位置和固定方法；确定各轴段直径、长度确定各轴

15、段直径、长度, 及结构细节如倒角及结构细节如倒角,退刀槽。退刀槽。 一般按一般选一般按一般选23个危险截面进行校核。个危险截面进行校核。 若危险截面强度不够，则必须重新修改轴的结构。若危险截面强度不够，则必须重新修改轴的结构。5 5 修改轴的结构后修改轴的结构后 再进行校核计算再进行校核计算6 ：绘制轴的零件图：绘制轴的零件图键、花键联接的功能： 实现旋转零件的轮毂与轴的周向固定（有些可承受少量轴向力）。静联接（主要）:在机器工作中，不允许零部件之间存在相对运动的连接。动联接:机器工作时，零部件之间可以有相对运动。例如：机械原理中，各种运动副之间的连接。分分类类11.6 轴毂联接常用的轴毂联接

16、有键联接、花键联接等。轴毂联接主要是用来实现轴和轮毂之间的周向固定并用来传递运动和扭矩按工作前预紧否松键联接（无预紧力）：平键、半圆键紧键联接（有预紧力）：楔键、切向键11.6.1键联接 键联接的分类和构造A型普通楔键半圆键联接切向键1.平键联接工作原理：靠侧面受挤压来传递载荷；工作面：两侧面；非工作面：上、下表面；分类：普通平键、导键、滑键。 普通平键A型：两端皆为圆头，由指形铣刀加工键槽（应力集中大）B型：两端皆为方头，由盘形铣刀加工键槽（应力集中小）C型：一端方头，一端圆头，由指形铣刀加工键槽（应力 集中大），用于轴端。采用两键时， 布置。180A型B型C型 导向平键和滑键导键：工作原理

17、：导键引导传动零件； 类型：A、B型(由螺钉固定于轴上)； 应用：轴向位移较小处。导向平键联接滑键：工作原理：导槽引导传动零件和键； 类型：如图(由各种方式固定于轮毂上)； 应用：轴向位移较大处。平键的尺寸表表11.5键的主要尺寸键的主要尺寸 2:半圆键联接工作原理：靠侧面受挤压，传递载荷；工作面：两侧面；非工作面：上下表面（起自位作用）；结构加工：键槽由盘形铣刀铣出， 键为半圆形；应用：锥形轴与轮毂的联接 当用两个半圆键时,两键槽应布 置成一条母线上 特点: 加工工艺性好,安装方便,但对轴的强度削弱较大:松键联接的特点：优点：制作简易，装拆方便，定心性好，用于高精度处缺点：不能实现轴上零件轴

18、向固定。3.楔键联接和切向键联接(1)楔键工作原理：靠上下面压紧产生 承受载荷（联接处 的偏压也承受载荷）F120工作面：上下表面；非工作面：两侧面；结构（加工）：上面由1：100斜面，下面平行轴线；应用：两键时 布置（合力小，偏心小）。普通楔键勾头楔键楔键联接(2)切向键工作原理：挤压力沿轴切向方向 产生的力矩承受载荷（也可承受不大的单向轴向力）；结构：两键配合面各有1：100斜度，成对组装，组合后上下表面为工作面；应用：只承受单向转矩；正反转矩都承受，相隔 布置两对切向键。2d135120切向键联接 5:平键联接的计算.键联接的选择取标准值选键长据轮毂选据轴选类型由工作条件)105(mmBlBhbd受力分析楔