轴和轴毂连接

轴和轴毂连接第1页，共40页，2023年，2月20日，星期日14.1轴的分类和设计要求轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。按照承受载荷的不同，轴可分为：除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到不开敞地空间位置。

转轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。

心轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。

传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。

第2页，共40页，2023年，2月20日，星期日轴上各段的名称轴端轴头轴颈轴头轴通常由轴头、轴颈、轴肩、轴环、轴端及不装任何零件的轴段等部分组成。轴的结构和形状取决于：轴的毛坯种类轴上作用力的大小及分布情况轴上零件的位置、配合性质以及联结固定的方法轴承的类型、尺寸和位置轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求轴身第3页，共40页，2023年，2月20日，星期日14.2轴的材料及选择碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性比较低，适用于一般要求的轴。合金钢比碳钢有更高的力学性能和更好的淬火性能，在传递大功率并要求减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高温、低温和腐蚀条件下的轴常采用合金钢。在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件，各种热处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。轴的常用材料及其部分机械性能（见下页）

高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴，且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，但是质较脆。第4页，共40页，2023年，2月20日，星期日14.2轴的材料及选择第5页，共40页，2023年，2月20日，星期日14.3轴的结构设计第6页，共40页，2023年，2月20日，星期日轴的结构应满足下列要求：1）轴和装配在轴上的零件应有正确的工作位置和可靠的相对固定。2）轴应有良好的工艺性，便于制造和进行轴上零件的装配及调整。3）轴的结构要有利于减少应力集中。4）受力合理，有利于减轻轴的重量和节省材料。14.3轴的结构设计第7页，共40页，2023年，2月20日，星期日14.3轴的结构设计类比法设计计算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。根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力。按扭转强度估算出轴的最小直径。设计轴的结构，绘制出轴的结构草图。包括根据工作要求确定轴上零件的位置和固定方式；确定各轴段的直径；确定各轴段的长度根据有关设计手册确定轴的结构细节，如圆角、倒角等尺寸按弯扭合成进行轴的强度校核。修改轴的结构后再进行校核计算。绘制轴的零件图第8页，共40页，2023年，2月20日，星期日1、确定轴的各段直径

估算轴的最小直径其中A值可以查表确定其余各段轴的直径确定应注意以下几点：1）应考虑键槽对轴的强度的影响，若该处有一个键槽，直径增加3%-5%，若有两个键槽，直径增加7%-10%2）装配标准件处，其轴段直径必须符合标准件的标准直径系列值3）有定位要求的轴段，轴的直径应满足定位要求。4）非配合轴段直径，可不取标准值，但是一般应取整数。14.3轴的结构设计第9页，共40页，2023年，2月20日，星期日2、确定轴的各段长度确定轴的各段长度，应注意以下几点：1）当零件需要轴向定位时，则该处轴段的长度应比所装零件的宽度小（2-3mm），以保证零件沿轴向可靠定位，如装齿轮段2）装轴承处的轴段长度一般与轴承宽度相同。3）轴段长度的确定应考虑轴系中各零件之间的相互关系和装拆工艺要求。14.3轴的结构设计第10页，共40页，2023年，2月20日，星期日14.3轴的结构设计14.3.3零件在轴上的固定周向固定为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，轴上零件的周向固定必须可靠。常用的周向固定方法有键、花键、销和过盈配合等联接。第11页，共40页，2023年，2月20日，星期日轴向固定零件在轴上的轴向定位要准确而可靠，以使其安装位置确定，能承受轴向力而不产生轴向位移轴肩由定位面和内圆角组成第12页，共40页，2023年，2月20日，星期日用轴肩或轴环固定零件时，常需采用其他附件来防止零件向另一方向移动。第13页，共40页，2023年，2月20日，星期日当轴向力不大而轴上零件间的距离较大时，可采用弹性挡圈固定。第14页，共40页，2023年，2月20日，星期日当轴向力很小，转速很低或仅为防止零件偶然沿轴向滑动时，可采用紧定螺钉固定。第15页，共40页，2023年，2月20日，星期日14.3轴的结构设计14.3.4轴的制造和装配工艺性轴的形状要力求简单，阶梯轴的级数应尽可能少，轴上各段的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸应尽可能统一，以利于加工和检验轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退刀槽当轴上有多处键槽时，应使各键槽位于轴的同一母线上为使轴便于装配，轴端应有倒角对于阶梯轴常设计成两端小中间大的形状，以便于零件从两端装拆轴的结构设计应使各零件在装配时尽量不接触其他零件的配合表面，轴肩高度不能妨碍零件的拆卸第16页，共40页，2023年，2月20日，星期日改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。

14.3.5提高轴的强度与刚度措施1、改善轴的受力情况第17页，共40页，2023年，2月20日，星期日改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。第18页，共40页，2023年，2月20日，星期日14.3轴的结构设计阶梯轴段直径不宜相差太大轴肩处的过度圆角尽量大些结构上应尽量减少应力集中源合理选择键联接减少轴与零件过盈连接的应力集中。可以采用下图的方式14.3.5提高轴的强度与刚度措施2、改善轴的结构，减少应力集中3、提高轴的表面质量第19页，共40页，2023年，2月20日，星期日14.4轴的强度计算14.4.1轴的弯扭合成强度计算危险截面需要强度校核建立力学模型具体计算步骤……完成轴的结构设计后，作用在轴上外载荷（转矩和弯矩）的大小、方向、作用点、载荷种类及支点反力等就已确定．可按弯扭合成的理论进行轴危险截面的强度校核。进行强度计算时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。支点反力的作用点一般可近似地取在轴承宽度的中点上。第20页，共40页，2023年，2月20日，星期日14.4轴的强度计算计算步骤（1）画出轴的空间力系图。将轴上作用力分解为水平面分力和垂直面分力，并求出水平面和垂直面的支点反力。（2）分别作出水平面上的弯矩图和垂直面上的弯矩图（3）计算出合成弯矩绘出合成弯矩图（4）作出转矩（T）图（5）计算当量弯矩，绘出当量弯矩图（6）校核危险截面的强度。第21页，共40页，2023年，2月20日，星期日14.4轴的强度计算14.4.2轴的刚度计算轴的计算51.轴的弯曲刚度校核计算轴的弯曲刚度条件为挠度

y≤[y]

偏转角θ≤[θ]

2．轴的扭转刚度校核计算轴的扭转刚度以扭转角来度量。轴的扭转刚度条件为[y]和[θ]分别为轴的许用挠度及许用偏转角。

轴的弯曲刚度以挠度y和偏转角θ来度量。对于光轴，可直接用材料力学中的公式计算其挠度或偏转角。对于阶梯轴，可将其转化为当量直径的光轴后计算其挠度或偏转角。第22页，共40页，2023年，2月20日，星期日14.5轴毂联接常用的轴毂联接有键联接、花键联接等。14.5.1键联接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键联接1平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙，键的上、下表面为非工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩，故定心性较好。普通平键应用极为广泛。轴上键槽可用指状铣刀或盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用插削或拉削。1．平键联接普通平键导向平键和滑键根据用途，平键又可分为第23页，共40页，2023年，2月20日，星期日普通平键普通平键按端部形状的不同可分为圆头（A型）、方头（B型）、半圆头（C型）三种，具体结构如下图：点击查看三维图第24页，共40页，2023年，2月20日，星期日A型C型B型第25页，共40页，2023年，2月20日，星期日导向平键和滑键导向平键和滑键用于动联接。当轮毂需要在轴上沿轴向移动时可采用这种键联接。当被联接零件滑移距离较大时，宜采用滑键。导向平键滑键点击查看三维图第26页，共40页，2023年，2月20日，星期日平键的尺寸1)根据轴的直径d从标准中选取平键的宽度b和高度h2）键长L根据轮毂宽度B确定，一般L=B-（5-10）mm，并符合标准中规定长度第27页，共40页，2023年，2月20日，星期日平键的失效平键联接工作时的主要失效形式为组成联接的键、轴和轮毂中强度较弱材料表面的压溃，极个别情况下也会出现键被剪断的现象。通常只须按工作面上的挤压强度进行计算。键被剪断第28页，共40页，2023年，2月20日，星期日平键联接的受力情况如图所示。假设载荷沿键的长度方向是均布的，平键联接的挤压强度条件为导向平键联接的主要失效形式为组成键联接的轴或轮毂工作面部分的磨损，须按工作面上的压强进行强度计算，强度条件为第29页，共40页，2023年，2月20日，星期日2．半圆键联接键呈半圆形，其侧面为工作面，键能在轴上的键槽中绕其圆心摆动，以适应轮毂上键槽的斜度，安装方便。常用与锥形轴端与轮毂的联接。第30页，共40页，2023年，2月20日，星期日3.楔键联接楔键的上、下表面为工作面，两侧面为非工作面。键的上表面与键槽底面均有1:100的斜度。工作时，键的上下两工作面分别与轮毂和轴的键槽工作面压紧，靠其摩擦力和挤压传递扭矩。普通楔键勾头楔键观看楔键的安装第31页，共40页，2023年，2月20日，星期日4．切向键由两个斜度为1:100的楔键组成。一个切向键只能传递一个方向的转矩，传递双向转矩时，须用互成120°～135°角的两个键。第32页，共40页，2023年，2月20日，星期日观看花键的安装5．花键联接由轴和轮毂孔沿四周方向均部的多个键齿构成的联接称谓花键联接。花键的标记为：N（键数）×d（小径）×D（大径）×B（