轴及轴毂联接课件

轴及轴毂联接第一节轴的分类、特点和应用

一、轴的功用、分类及特点二、轴的常用材料及其选用材料一、轴的功用、分类及特点带式运输机减速器电动机转轴功用：类型转轴——传递扭矩又承受弯矩。按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：第一节轴的分类、特点和应用用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。类型转轴——传递扭矩又承受弯矩。按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：传动轴——只传递扭矩发动机后桥传动轴一、轴的功用、分类及特点心轴——只承受弯矩前轮轮毂固定心轴火车轮轴车厢重力前叉自行车前轮轴支撑反力转动心轴一、轴的功用、分类及特点类型转轴——传递扭矩又承受弯矩按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：传动轴——只传递扭矩其实例、受力简图和特点见表11-1

类型转轴——传递扭矩又承受弯矩按承受载荷分有：分类：传动轴——只传递扭矩心轴——只承受弯矩直轴一、轴的功用、分类及特点光轴

阶梯轴按轴的形状分有：类型按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：直轴光轴阶梯轴曲轴类型转轴——传递扭矩又承受弯矩按承受载荷分有：分类：传动轴——只传递扭矩心轴——只承受弯矩直轴一、轴的功用、分类及特点光轴

阶梯轴按轴的形状分有：类型转轴——传递扭矩又承受弯矩按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：传动轴——只传递扭矩心轴——只承受弯矩直轴一、轴的功用、分类及特点光轴阶梯轴曲轴挠性钢丝轴二、轴的常用材料及其选用碳素钢：35、45、50、Q235钢轴的毛坯:圆钢或锻件合金钢:20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等

碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较多，尤其是45钢应用最广。正火或调质处理。常用材料：铸铁和球墨铸铁：形状复杂的轴，如凸轮轴、曲轴轴的常用材料及其部分力学性能见表11-2。返回

合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。铸铁和球墨铸铁用于形状复杂的轴，如凸轮轴、曲轴第二节轴的结构设计一、轴上零件的装配方案二、轴上零件的固定三、各轴段直径和长度四、轴的结构工艺性五、提高轴的强度的常用措施一、轴上零件的装配方案设计任务：定出轴的合理形状和全部结构尺寸。第二节轴的结构设计设计要求：1.轴和轴上零件定位准确，固定可靠；2.轴应便于制造，3.各零件要牢固而可靠地相对固定；4.改善应力状况，减小应力集中。轴上零件要易于装拆

轴上零件的装配方案往往有多种。图11-3所示为减速器的简图，图中给出了减速器主要零件的相互位置关系。不同的装配方案可得出不同的轴的结构形式。装配方案：确定轴上零件的装配方向、顺序、和关系。图11-3二级圆柱齿轮减速器简图

方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一合理。图11-4输出轴的两种装配方案①②③④二、轴上零件的固定轴向固定:由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。

为防止轴上零件受力时相对于轴发生沿轴向或周向的相对运动，必须对轴上零件进行轴向和周向固定，以保证其准确的工作位置。双向固定无法采用套筒或套筒太长时，可采用双圆螺母加以固定。轴肩的尺寸要求:r<C1或r<Rb≈1.4h(与滚动轴承相配合处的h和b值,见轴承标准)DdrR轴端挡圈双圆螺母DdC1rh≈(0.07d+3)~(0.1d+5)mm装在轴端上的零件往往采用轴端挡圈圆锥面定位。hhC1DdrDdrRb轴向力较小时，可采用弹性挡圈或紧定螺钉来实现。周向固定大多采用键、花键、过盈配合或型面联接等形式来实现。键槽应设计成同一加工直线确定轴段直径大小时应注意几点：⑶定位轴肩，其高度按表11-3给定的原则确定。非定位轴肩，其高度一般取1～3mm。⑵与一般零件（如齿轮、带轮等）相配合的轴段，其直径应与相配合的零件毂孔直径相一致，并采用标准尺寸（GB2822—81）。而不与零件相配合的轴段，其直径可不取标准尺寸。1．轴的各段直径按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径dmin。⑴有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。三、各轴段直径和长度最小轴径dmin的确定:T—扭矩，[τT]—许用应力，WT—抗扭截面系数，P—功率，n—转速，d—计算直径，A0—材料系数。2．轴的各段长度⑴应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间（如图11-3中的l值应根据轴承端盖和联轴器的装拆要求定出）。⑵轴的各段长度主要由各零件与轴配合部分的轴向尺寸和各零件在箱体中的相对位置尺寸（如图11-3中s、a、c、l）等确定。⑶为保证传动件轴向固定可靠，轴与传动件轮毂相配部分（如图11-4方案一中①、④）的长度，一般应比轮毂长度短2～3mm。确定轴的各段长度时，应满足如下要求：

常用的与轴相配的标准件有滚动轴承、联轴器等。配合轴段的直径应由标准件和配合性质确定。1.装配轴承与滚动轴承配合段轴径一般为5的倍数；(φ20～385mm)

与滑动轴承配合段轴径应采用标准直径系列轴套：…32、35、38、40、45、48、50、55、60、65、70…..2.装配联轴器配合段直径应符合联轴器的尺寸系列：联轴器的孔径与长度系列孔径d3032353840424548505565606365…长系列82112142短系列6084107长度L四、轴的结构工艺性④

为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单，工艺性越好。

装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应有退刀槽。②③⑥⑦①⑤①倒角退刀槽五、提高轴的强度的常用措施Q方案b输出输出输入输出输出输入Tmax=T1+T2Tmax=T11.改进轴上零件的结构T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理T2.合理布置轴上零件Q方案a轴径大轴径小4.改善轴的表面质量可提高轴的疲劳强度1.表面愈粗糙

疲劳强度愈低；

提高表面粗糙度；2.表面强化处理的方法有：▲表面高频淬火；▲表面渗碳、氰化、氮化等化学处理；▲碾压、喷丸等强化处理。

通过碾压、喷丸等强化处理时可使轴的表面产生预压应力，从而提高轴的疲劳能力。返回第三节轴的工作能力分析一、轴的失效分析二、扭转强度计算三、弯扭合成强度计算四、轴的刚度校核计算五、轴的振动稳定性概念一、轴的失效分析第三节轴的工作能力分析一般为疲劳损坏，也有因其轴颈过度磨损、失圆或轴变形过大而失效。轴工作时多为转动，其产生的应力多为变应力轴的应力：失效形式：二、扭转强度计算对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为：设计公式为：计算结果为：最小直径！考虑键槽对轴有削弱，可按以下方式修正轴径：轴径d≤100mm

d增大5%～7%d增大10%～15%轴径d＞100mm

d增大3%d增大7%有一个键槽有两个键槽常用材料的[τT]值和A0值见表11-5三、弯扭合成强度计算L1L2L3ABCD轴的弯矩和扭矩分析

一般转轴强度用这种方法计算，其步骤如下：

轴的支承一般当作铰链支座，支承反力的作用点可根据轴承的类型和布置方式按图11-14确定，图中a的数值可查滚动轴承标准。ABCDFNH2FNH2FrFaFtF’NV1FNV2FNV1FNH2FNH2FNV2FNV1Fr水平面受力及弯矩图→

铅垂面受力及弯矩图→

水平铅垂弯矩合成图→

扭矩图→

ωTF’NV1FaMa=Far三、弯扭合成强度计算1.轴的弯矩和扭矩分析

一般转轴强度用这种方法计算，其步骤如下：L1L2L3MHMHMV1MV2M1M2T合成弯矩：当量弯矩：2.轴的强度校核(11-3)轴的危险截面应满足以下强度条件：σe为轴的当量弯曲应力（MPa）；W为轴的抗弯截面系数（mm3），对于直径为d的实心圆轴，W≈0.1d3；[σ－1]为轴的许用弯曲应力（MPa），其值按表11-2选用。折合系数取值：0.3——转矩不变；0.6——脉动变化；1——频繁正反转。设计公式：当计算只承受弯矩的心轴时，可利用公式(11-3)，但此时T=0。α=四、轴的刚度校核计算lFF’F”θ1θ2弯矩

弯曲变形扭矩

扭转变形变形量的描述：挠度y、转角θ

、扭角φ

设计要求：

y≤[y]θ≤[θ]φ≤[φ]yTTlφ轴的许用变形量见表11-6五、轴的振动稳定性概念1.轴是一弹性体，旋转时，会产生弯曲振动、扭转振动及纵向振动。

一般通用机械中的轴很少发生共振。对于重要的轴和高速轴，以及跨度较大而刚性较小和外伸端较长的轴，应计算其临界转速nc，使其工作转速n避开其临界转速nc。2.当轴的振动频率与轴的自振频率相同时，就会产生共振。3.共振时轴的转速称为临界转速。4.临界转速可以有很多个，其中一阶临界转速下振动最为激烈，最为危险，返回三、花键联接简介第四节轴毂联接一、轴毂联接的方法、特点和应用二、平键联接的类型、特点及选用一、轴毂联接的方法、特点和应用

轴上传动零件（如齿轮、带轮等）一般都是以其轮毂与轴联在一起。

轴毂联接主要用于实现轴与轮毂之间的周向固定，以传递转矩，有些还能实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。

轴与轮毂的连接可以采用键、花键、销、过盈配合等。

常用的轴毂联接方法及其特点和应用见表11-7，其中键联接和花键联接是最常用的轴毂联接。第四节轴毂联接二、键联接的类型、特点及选用

作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，或实现零件的轴向固定或移动。类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。工作面特点：定心好、装拆方便。种类普通平键导向平键间隙轴1.平键联接（GB/T1095—79～GB/T1097—79）单圆头(C型)圆头(A型)平头(B型)用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。用盘铣刀加工，轴的应力集中小。用于轴端普通平键应用最广C型盘铣刀

薄型平键的高度为普通平键的60～70%，也分圆头、平头、单圆头三种。传递扭矩能力低，常用于薄壁结构、空心轴等径向尺寸受限制的场合。起键螺孔固定螺钉零件可以在轴上移动，构成动联接。结构特点：长度较长，需用螺钉固定。为便于装拆，制有起键螺孔。起键螺孔固定螺钉导向平键双勾头滑键结构特点：两端有勾头，键固定在轮毂上，键短，槽长。单勾头滑键2.半圆键联接（GB/T1098—79、GB/T1099—79）优点：定心好，装配方便。

缺点：对轴的削弱较大，只适用于轻载联接。特别适用于锥形轴端的联接。工作面3.楔键联接（GB/T1563—79～GB/T1565—79）

结构特点：键的上表面有1:100的斜度，轮毂槽的底面也有1:100的斜度。缺点：定心精度不高。

应用：只能应用于定心精度不高，载荷平稳和低速的联接。安装时用力打入工作面类型:普通楔键、钩头楔键。斜度1：100窄面工作面4切向键联接(GB/T1974—80）

d斜度1：100窄面工作面结构特点：由一对斜度为1:100的楔键组成工作面：由一对楔键沿斜面拼合后相互平行的两个窄面

应用：常用于载荷较大且对中性要求不高的场合，由于键槽对轴的削弱较大，故一般在直径大于100mm的轴上使用。d120˚～130˚

(1)均匀受力；结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。组成：

外花键、内花键。优点：(2)对轴的削弱程度小;(3)承载能力高;(4)轴上零件与轴的对中性好；(5)导向性好;(6)可用磨削方法提高加工精度及联接质量。缺点：齿根仍有应力集中、需专用设备制造，成本高。应用：定心精度要求高、载荷大、或经常滑移的联接。三、花键联接简介类型----制造容易，应用最广。----用于高强度联接矩形花键（GB/T1144—87）渐开线花键（GB/T3478.1—95）1.矩形花键轻系列：轻系列的承载能力较小，多用于静联接和轻载联接；中系列：中系列用于中等载荷的联接。定心方式：小径定心----精度高，稳定性好。主要尺寸参数见表7-7图。分为α=30˚，α=45˚两种，对应的齿顶高分别为：

定心方式：齿形定心----具有自动定心作用，受力均匀。与渐开线齿轮相比，花键齿短，齿根宽，不产生根切的最小齿数较少。α=45˚α=30˚

h*=0.5m,h*=0.4mdfdf

特点：制造工艺性好，精度高齿根强度高，易于定心。常用于传递大扭矩和大轴径的场合。α=45˚的花键工作面高度较小，承载能力较低，多用于载荷较轻，直径较小的静联接。特别适用于薄壁零件的联接。----用于高强度联接。2.渐开线花键

返回第五节轴的使用与维护一、轴的使用

轴是最容易损坏的零件之一，其失效将危及整部机器，故应注意对轴的使用与维护。

（2）轴在使用中，不要突加、突减负载或超载，尤其是使用已久的轴更应注意，以防轴疲劳断裂和过大的弯曲变形。

（3）在机器大修和中修时，常应检验轴有无裂纹、弯曲、扭曲及轴颈磨损等，如不合要求，应及时修复或更换。

（1）轴在使用前，应注意轴上零件的安装质量，轴和轴上零件的固联应可靠，轴和轴上有相对运动的零件的间隙应适当；轴颈润滑应符合要求，避免非正常磨损。二、轴的修复

轴断裂后，难以修复，一般予以更换。轴的主要修复内容有：

（1）轴颈磨损轴颈因磨损会失去正确的几何形状和尺寸。当轴颈磨损在0.4mm以下时，先用机加工恢复轴的正确几何形状，然后用镀铬、镀铁或喷涂修复。磨损较大时，可堆焊或镶套修复。堆焊后需机加工并热处理退火。镶套时可先用机加工方法使轴恢复正确的几何形状误差，然后按轴颈实际尺寸选配新轴衬，镶配时套与轴为过盈配合。

（2）圆角圆角的磨伤可用细銼或车削、磨削修复。圆角磨损很大时，需进行堆焊，然后退火并车削到原尺寸。

（3）螺纹当轴表面上的螺纹碰伤，螺母不能拧入时，可用圆板牙或车削修整。当螺纹滑牙或掉牙时，可先车削掉全部螺纹，然后进行堆焊，再车削加工修复。

（4）键槽当键槽只有小凹痕、毛刺和轻微磨损时，可用细銼、油石或刮刀等进行修整。当键槽磨损较大时，可扩大键槽，或将键槽焊堵，并在其它位置重铣键槽。

（5）花键槽键齿磨损不大时，先将花键部分退火，进行局部加热，然后用钝錾子对准键齿顶中间，手锤敲击，并沿键长移动，使键宽增加，花键被挤压而劈成的槽用电焊焊补，最后进行机加工和热处理。键齿磨损较大时，可用堆焊修复磨损的齿侧，再铣出花键。

（6）裂纹轴出现裂纹后将有断裂的危险。对轻载且不重要的轴，可采用焊补或粘接修复。对裂纹较深且重载而重要的轴，应予以调换。

（7）弯曲变形轴的弯曲量小于长度的8/1000时，可用冷压校正。对于要求高、需精确校正的轴，或弯曲量较大的轴，则用局部火焰加热校正。返回表11-1轴按承载情况分类接下页表11-1（续）返回表11-2轴的常用材料及其主要力学性能

返回表11-3轴上零件轴向固定的常用方法及其特点接下页表11-3（续1）接下页表11-3（续2）返回表11-5常用材料的[τT]值和A0值

注:

当作用在轴上的弯矩比传递的转矩小或只传递转矩、载荷较平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴只作单向旋转,[τT