莱职院机械设计基础课件第13章 轴和轴毂联接

§13.1概述§13.2轴的结构设计§13.3轴的强度计算§13.4轴的材料及选择§13.5轴的设计§13.6

轴毂联接13.1概述

轴是组成机器的重要零件之一，轴的主要功用是支承旋转零件、传递转矩和运动。1.轴的功用2.轴的分类按承受载荷不同，可分为：

转轴、心轴、传动轴按轴线形状的不同，可分为：直轴、曲轴、挠性钢丝轴直轴按外形的不同，可分为：光轴、阶梯轴转轴：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：用来支承转动零件，只承受弯矩而不传递转矩。例：自行车的前轮轴传动轴：主要用于传递转矩而不承受弯矩，或所承受的弯矩很小的轴。例：汽车中联接变速箱与后桥之间的轴。对轴的结构进行设计主要是:确定轴的结构形状和尺寸3.轴的结构设计影响轴的结构与尺寸的因素很多，设计轴时要全面综合的考虑各种因素。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；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。思考题13.2轴的结构设计——结构分析轴颈轴头轴身1.轴的结构设计——零件在轴上的固定轴肩、圆螺母（止动片）、套筒、弹性挡圈、紧定螺钉、轴端挡圈定位等周向固定轴向固定键、花键、销、过盈配合、弹性环联接、成形联接等2.轴的结构设计——轴肩定位轴向固定特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位——圆螺母定位轴向固定特点：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应用：常用于轴的中部和端部——弹性挡圈固定轴向固定特点：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：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——轴的加工和装配工艺性3.轴的结构设计——轴的加工和装配工艺性3.轴的结构设计完毕思考题：试指出图中结构不合理的地方，并予以改正。MTp13.3.1扭转强度计算(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：13.3轴的强度计算13.3.2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：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MT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。

13.3.3

弯扭合成强度计算（转轴）

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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P253表16-1-5。13.4轴材料及选择轴的常用材料是碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般用途的轴，多用含碳量为0.25～0.5%的优质碳素钢，尤其是45号钢。对于不重要或受力较小的轴也可用Q235、Q275等碳素结构钢。合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳淬火处理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金钢，有良好的高温机械性能，常用于在高温、高速和重载条件下工作的轴。13.4轴的材料及选择13.5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：

1）选材;

2）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;4）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；确定各轴段直径、长度。一般按一般选2—3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。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）动联接分类13.6轴毂联接常用的轴毂联接有键联接、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13.6.1键联接一、

键联接的分类和构造A型普通楔键半圆键联接切向键1.平键和半圆键联接（1）平键工作原理：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。A型B型C型导键和滑键导键：工作原理：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6.3(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(2)半圆键工作原理：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：锥形轴端与轮毂的联接两键布置成一条直线松键联接的特点：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向固定。2.斜键联接(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）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。切向键联接平键和半圆键联接的计算1.键联接的选择2.平键和半圆键联接的计算受力分析斜键联接的特点：优点：简单、方便；缺点：定心精度低，在冲击、振动、变载下易松动。键被剪断失效形式：侧面压溃(磨损)静联接(动联接)主要失效形式键截面剪切。平键抗挤压计算：耐磨损计算：(13.1)

半圆键抗剪切强度条件键联接的许用挤压应力、压强：键强度计算不足的措施：2.花键联接功能：同向定位分类：动联接；静联接2.1花键联接的分类和构造1.分类（按齿廓形状）：矩形、渐开线形、三角形2.工作面：侧面花键联接3.构造矩形花键联接特点：侧面平行而易加工，应用广泛。定心方式：小径定心渐开线花键联接特点：渐开线形，自动定心精度高，受力均匀，应用广泛，承载能力高。定心方式：齿形、外径定心，导致成本高三角形花键联接特点：内花键为外花键为