第十一章、轴_ja.ppt

1、第十一章 轴,111 轴的类型和材料,一、轴及其分类,1、功用：1）支承回转零件；2）传递运动和动力,2、分类：,按承载情况分：,转轴扭矩和弯矩,心轴只受弯矩,传动轴主要受扭矩,固定心轴,转动心轴,传动轴,转轴,按轴线形状分,直轴,阶梯轴,光轴,曲轴,挠性轴,二、轴的组成,轴头安装轮毂的部分,轴颈轴上被轴承支承的部分,轴身联接轴头与轴颈的部分,挠性轴,三、设计轴时的主要问题,1、为保证轴正常工作，设计时要考虑其材料、工作 能力和结构、工艺性等问题。,2、具体考虑 一般情况下，轴的工作能力取决于它的强度； 受载大且精度要求高的场合，要考虑刚度的要求； 对高速轴，有时还要振动稳定性等问题。,四、轴

2、的材料 详见P184 表11-1,碳素结构钢常用45，正火调质,合金结构钢对应力集中较敏感。,注意：采用合金钢并不能提高轴的刚度。,轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度。,1、轴的材料性能足够的抗疲劳强度，较低的应力 集中敏感性和良好的加工工艺性等。,2、轴常用的材料,112 轴的结构设计,要求：,轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置,轴上零件装拆、调整方便,轴应具有良好的制造工艺性等,尽量避免应力集中,一、拟定轴上零件的装配方案,原则：1）轴的结构越简单越合理,2）装配越简单、方便越合理,二、轴上零件的定位,1、零件的轴向定位,1）轴肩和轴环,要求r轴R孔或r轴C孔,错误,正确,2）套筒,

3、3）轴用圆螺母,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L轴L毂,4）轴端挡圈,错误,正确,正确,5）轴承端盖,6）弹性挡圈,7）锁紧挡圈、紧定螺钉或销,轴承端盖与机座间加垫片，以调整轴的位置,8）圆锥面（+挡圈、螺母）,2、零件的周向定位,1）键,2）花键,3）紧定螺钉、销,4）过盈配合,三、各轴段的直径和长度的确定,1、各轴段直径确定,a) 按扭矩估算轴段直径d min ， 公式11-2(课本P184）,b) 按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径，经验值,同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。,注意：与标准零件相配合轴径应取标准植,2、各轴段长度,

4、转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。,各轴段与其上相配合零件宽度相对应,四、轴的结构工艺性,1）轴肩圆角r,2）轴端倒角,3）砂轮越程槽,4）螺纹退刀槽,5）同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同尺寸,轴系结构改错,四处错误,正确答案,三处错误,正确答案,1,2,3,4,1,2,3,两处错误,1.左侧键太长，套筒无法装入 2.多个键应位于同一母线上,113 轴的强度计算,一、按扭转强度条件计算,用于：只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算,结构设计前按扭矩初估轴的直径dmin,强度条件,设计公式,放大轴径：一个键槽：35% 二个键槽：710% 取标准植,轴上有键槽时：,11-2,二、按

5、弯扭合成强度条件计算,条件：已知支点、扭距，弯矩,步骤：,1、作轴的空间受力简图,2、求水平面支反力RH1、RH2作水平面弯矩图,3、求垂直平面内支反力RV1、RV2，作垂直平面内的弯矩图,4、作合成弯矩图,5、作扭矩图,6、作当量弯矩图,为将扭矩折算为等效弯矩的折算系数,7、校核 危险截面轴的强度,设计公式,11-4 轴毂联接,轴毂联接的主要功能使轴上零件作周向以传递 转矩。,常用的轴毂联接,键联接,花键联接,过盈配合联接,成形联接,销联接,紧定螺钉联接,弹性环联接,形锁合,摩擦锁合,键联接根据配合的松紧程度，分为松键联接（平键联接、半圆键）和紧键联接（楔键与切向键）。 1.松键连接 松键联

6、接靠键的两侧面来传递转矩。如右图所示，键的上表面与轮毂键槽底面间留有间隙（补偿制造误差），装配时不需打紧，因而不能实现轴上零件的轴向固定。由于其结构简单，装拆方便，对中性好，故应用广泛，尤其在轻载、高速及精密传动的场合应用更多。常用的松键联接有平键联接和半圆键联接。,松键联接的结构,一、键联接,（一）、键联接的类型,（1）平键联接 按用途不同，平键又可分为普通平键、导向平键和滑键。 普通平键 普通平键用于静联接。如图所示，普通平键的主要尺寸是键宽b、键高h和键长L。 端部有圆头（A型）、平头（B型）和单圆头（C型）三种形式。A型键轴向定位好，应用广泛，但键槽端部应力集中较大； C型键用于轴端。

7、 A、C型键的轴上键槽用立铣刀切制，如下图（a）所示。 B型键的轴上键槽用盘铣刀铣出，如下图（b）所示。B型键在键槽端部应力集中较小，但键在键槽中的固定不好，常用螺钉紧定。 轮毂上的键槽一般用插刀加工见下图（c）或拉刀加工。,普通平键的类型,（a） （b） （c） 键槽的加工方法,（2）半圆键联接 如图所示半圆键联接，键的形状为半圆形，轴上键槽用半径与键相同的盘状铣刀铣出，因而键在槽中能摆动以适应轮毂键槽的斜度。半圆键用于静联接，键的侧面为工作面。 这种联接的优点是加工和安装方便，缺点是轴上键槽较深，对轴的削弱较大，故主要用于轻载荷和锥形轴端的联接。,半圆键联接,2.紧键联接 有楔键联接和切向

8、键联接两类。 （1）楔键联接 楔键联接如下图所示，楔键的上表面和轮毂槽底均有1:100的斜度，安装时需将键楔紧，在其上下表面产生很大的压紧力，工作时依靠压紧面的挤压力和摩擦力传递转矩及单向轴向力。楔键分普通楔键和钩头楔键。安装时钩头与轮毂端面间应留有余地，以便于拆卸。键楔紧后，轴与轴上零件的对中性差，在冲击、震动或变载荷下，联接容易松动，所以楔键联接适用于不要求准确定心、低速运转的场合。,（a）普通楔键 （b）钩头楔键,（2）切向键联接 切向键由一对普通楔键组成，装配时将两键楔紧，如下图所示。它的上下平行的两窄面为工作面，依靠其与轴和轮毂的挤压传递转矩。若轴正、反转工作时，需采用两个互成120

9、130的切向键。切向键联接传递转矩大，但对中性差，对轴的削弱较大，常用于重型机械且要求对中性不高的场合。,切向键联接,（二）、平键的强度校核 键联接的主要失效形式是较弱工作面的压溃（静联接）或过度磨损（动联接），因此应按照挤压应力P或压强P进行强度计算，校核公式为 静联接 动联接 式中，T为传递的转矩(Nmm)；d为轴的直径(mm)；h为键高(mm)；l为键的工作长度，如图9-41所示(mm)；P、P为联接中较弱零件的许用挤压应力、压强。,二、花键联接,花键联接由具有周向均匀分布的多个键齿的花键轴和具有同样键齿槽的轮毂组成，如右图所示。工作时依靠齿侧的挤压传递转矩，花键联接因键齿多，所以承载能

10、力强；由于键齿均布，受力均匀；齿槽浅，因此应力集中小，对轴削弱小，且对中性和导向性均较好，但需专用设备加工，所以成本较高。花键联接适用于载荷较大，定心精度要求较高的静联接和动联接中。,花键联接,花键联接已标准化，按其齿形不同，分为下列两种： 1.矩形花键 齿侧为直线。国家标准规定，矩形花键联接采用小径定心，如右上图所示，这种定心方式可采用热处理后磨内花键孔的工艺，提高定心精度，并在单件生产或花键孔直径较大时避免使用拉刀，可降低制造成本。 2.渐开线花键 齿廓为渐开线，多采用齿形定心，如右下图所示，工作时各齿均匀承载，强度高。渐开线花键可以用齿轮加工设备制造，工艺性好，加工精度高，互换性好。因此