機(jī)械基礎(chǔ)(高職高專)第6章軸和軸轂連接

1、6.1 軸 6.2 軸轂連接 第6章 軸和軸轂連接 6.1 軸 軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 一、軸的分類： 1、按照承受載荷的不同，軸可分為： 轉(zhuǎn)軸：同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩的軸，如減速器的軸。 心軸：只承受彎矩不傳遞受轉(zhuǎn)矩的軸，如火車輪軸。 傳動(dòng)軸：只傳遞轉(zhuǎn)矩不承受彎矩(或彎矩很小)，如汽車的傳動(dòng)軸。 轉(zhuǎn)動(dòng)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸固定心軸固定心軸 例：例：減速器中的軸減速器中的軸 直軸根據(jù)外形的不同，可分為光軸和階梯軸。 軸一般是實(shí)心軸，有特殊要求時(shí)也可制成空心軸，如航空發(fā) 動(dòng)機(jī)的主軸。 除了剛性軸外，還有鋼絲軟軸，可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳 到不開(kāi)敞

2、地空間位置。 2 2、按照軸線形狀的不同，軸可分為曲軸和直軸兩大類。、按照軸線形狀的不同，軸可分為曲軸和直軸兩大類。 光軸光軸階梯軸階梯軸 曲軸：曲軸： 撓性軸：撓性軸： 二、二、 軸的材料及選擇軸的材料及選擇 軸的概述3 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，鋼軸的毛坯多 數(shù)用圓鋼或鍛件，各種熱處理和表面強(qiáng)化處理可以 顯著提高軸的抗疲勞強(qiáng)度。 軸的材料種類很多，選擇時(shí)應(yīng)主要考慮如下因素： 1.軸的強(qiáng)度、剛度及耐磨性要求； 2.軸的熱處理方法及機(jī)加工工藝性的要求； 3.軸的材料來(lái)源和經(jīng)濟(jì)性等。 碳素鋼碳素鋼比合金鋼價(jià)格低廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，可通過(guò)比合金鋼價(jià)格低廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，可通過(guò) 熱處

3、理改善其綜合性能，加工工藝性好，故應(yīng)用最廣，熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好，故應(yīng)用最廣，一般一般 用途的軸用途的軸，多用含碳量為，多用含碳量為0.250.250.5%0.5%的的優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼，尤其是，尤其是 4545號(hào)鋼。對(duì)于不重要或受力較小的軸也可用號(hào)鋼。對(duì)于不重要或受力較小的軸也可用Q235Q235、Q275Q275等等碳碳 素結(jié)構(gòu)鋼素結(jié)構(gòu)鋼。 合金鋼合金鋼具有比碳鋼更好的機(jī)械性能和淬火性能，但對(duì)應(yīng)力集具有比碳鋼更好的機(jī)械性能和淬火性能，但對(duì)應(yīng)力集 中比較敏感，且價(jià)格較貴，多用于對(duì)強(qiáng)度和耐磨性中比較敏感，且價(jià)格較貴，多用于對(duì)強(qiáng)度和耐磨性有特殊要有特殊要 求的軸求的軸。如。如20

4、Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳淬火處理等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳淬火處理 后可提高耐磨性；后可提高耐磨性；20CrMoV20CrMoV、38CrMoAl38CrMoAl等合金鋼，有良好的高等合金鋼，有良好的高 溫機(jī)械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下工作的軸。溫機(jī)械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下工作的軸。 球墨鑄鐵和高強(qiáng)度鑄鐵因其具有良好的工藝性，不需要 鍛壓設(shè)備，吸振性好，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，且具有價(jià)廉、 良好的吸振性和耐磨性，以及對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu) 點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于制造結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的曲軸等。但是 質(zhì)較脆，只是鑄件質(zhì)量難于控制。 軸的毛坯

5、多用軋制的圓鋼或鍛鋼。鍛鋼內(nèi)部組織均勻， 強(qiáng)度較好，因此，重要的大尺寸的軸，常用鍛造毛坯。 軸的材料及選擇 軸的結(jié)構(gòu)和形狀取決于下面幾個(gè)因素：軸的結(jié)構(gòu)和形狀取決于下面幾個(gè)因素：（1 1）軸的毛坯）軸的毛坯 種類：（種類：（2 2）軸上作用力的大小及其分布情況；（）軸上作用力的大小及其分布情況；（3 3）軸上零）軸上零 件的位置、配合性質(zhì)及其聯(lián)接固定的方法；（件的位置、配合性質(zhì)及其聯(lián)接固定的方法；（4 4）軸承的類）軸承的類 型、尺寸和位置；（型、尺寸和位置；（5 5）軸的加工方法、裝配方法以及其他）軸的加工方法、裝配方法以及其他 特殊要求。特殊要求。 可見(jiàn)影響軸的結(jié)構(gòu)與尺寸的因素很多，設(shè)計(jì)軸時(shí)

6、要全面可見(jiàn)影響軸的結(jié)構(gòu)與尺寸的因素很多，設(shè)計(jì)軸時(shí)要全面 綜合的考慮各種因素。綜合的考慮各種因素。 三 軸的結(jié)構(gòu) 要求： 軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置 軸上零件應(yīng)有可靠的相對(duì)固定 軸應(yīng)具有良好的制造工藝性和安裝工藝性等 形狀和尺寸應(yīng)有利于避免應(yīng)力集中 軸端 軸頭 軸頸 軸頭 軸通常由軸頭、軸頸、軸肩、軸環(huán)、軸端及不裝任何零件 的軸段等部分組成。 1 1、軸的結(jié)構(gòu)組成、軸的結(jié)構(gòu)組成 軸上與軸承配合處的部分稱為軸上與軸承配合處的部分稱為 軸頸軸頸，軸頸是軸上被支承的部分；，軸頸是軸上被支承的部分； 安裝輪轂的部分稱為安裝輪轂的部分稱為軸頭軸頭；連接軸；連接軸 頭與軸頸之間的部分稱為頭與軸頸之間的部

7、分稱為軸身軸身；位；位 于軸兩端的部分稱為于軸兩端的部分稱為軸端軸端。階梯軸。階梯軸 上中間高兩邊低，且軸向尺寸較小上中間高兩邊低，且軸向尺寸較小 的軸段，稱為的軸段，稱為軸環(huán)軸環(huán)，軸環(huán)可以起定，軸環(huán)可以起定 位作用。位作用。 階梯軸上截面尺寸變化的部位階梯軸上截面尺寸變化的部位 稱為稱為軸肩軸肩。根據(jù)軸肩所起的作用不。根據(jù)軸肩所起的作用不 同，分為定位軸肩和過(guò)渡軸肩。起同，分為定位軸肩和過(guò)渡軸肩。起 定位作用的軸肩，稱為定位軸肩。定位作用的軸肩，稱為定位軸肩。 過(guò)渡軸肩是為了便于軸上零件的裝過(guò)渡軸肩是為了便于軸上零件的裝 拆或避免應(yīng)力集中設(shè)置的工藝軸肩。拆或避免應(yīng)力集中設(shè)置的工藝軸肩。 軸環(huán)

8、 2 2 零件在軸上的固定零件在軸上的固定 軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置 定位：定位：零件有準(zhǔn)確的工作位置零件有準(zhǔn)確的工作位置 固定：固定：零件在軸上的位置牢固可靠零件在軸上的位置牢固可靠 軸向定位和固定軸向定位和固定 周向固定周向固定 （1 1）周向固定）周向固定 軸上零件的周向固定是為了防止零件與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 常用的固定方式有：1）鍵聯(lián)接 2）過(guò)盈配合聯(lián)接 3）圓錐 銷聯(lián)接 4)成型聯(lián)接 銷釘聯(lián)接銷釘聯(lián)接 緊定螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接 過(guò)盈配合是利用軸和零件輪轂孔之間的配合過(guò)盈量來(lái)聯(lián)過(guò)盈配合是利用軸和零件輪轂孔之間的配合過(guò)盈量來(lái)聯(lián) 接，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)周向和軸向固

9、定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)中性好，對(duì)接，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)周向和軸向固定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)中性好，對(duì) 軸削弱小，裝拆不便。軸削弱小，裝拆不便。 成型聯(lián)接是利用非圓柱面與相同的輪轂孔配合，對(duì)中性成型聯(lián)接是利用非圓柱面與相同的輪轂孔配合，對(duì)中性 好，工作可靠，制造困難應(yīng)用少。好，工作可靠，制造困難應(yīng)用少。 (2)(2)軸向固定軸向固定 零件在軸上的軸向定位要準(zhǔn)確而可靠，以使其安裝位 置確定，能承受軸向力而不產(chǎn)生軸向位移 軸肩由定位面和內(nèi)圓角組成 b D h r R d D h C r d 常用的軸向定位和固定方法：常用的軸向定位和固定方法： 軸肩、套筒、螺母、軸端擋圈軸肩、套筒、螺母、軸端擋圈、彈性擋圈、彈性擋圈等等

10、1)1)軸肩或軸環(huán)：軸肩或軸環(huán)：軸肩定位是最方便可靠的定位方法，但采用軸肩定位是最方便可靠的定位方法，但采用 軸肩定位會(huì)使軸的直徑加大，而且軸肩處由于軸徑的突變而軸肩定位會(huì)使軸的直徑加大，而且軸肩處由于軸徑的突變而 產(chǎn)生應(yīng)力集中。因此，多用于軸向力較大的場(chǎng)合。定位軸肩產(chǎn)生應(yīng)力集中。因此，多用于軸向力較大的場(chǎng)合。定位軸肩 的高度的高度h=(0.070.1)dh=(0.070.1)d，d d為與零件相配處的軸徑尺寸。要求為與零件相配處的軸徑尺寸。要求 r r軸 軸R R孔 孔或 或r r軸 軸C C孔 孔 用軸肩或軸環(huán)固定零件時(shí)，常需采用其他附件來(lái)防止零 件向另一方向移動(dòng)。 2)2)套筒和圓螺母套

11、筒和圓螺母 定位套筒用于軸上兩零件的距離較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位定位套筒用于軸上兩零件的距離較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位 可靠。圓螺母用于軸上兩零件距離較大，需要在軸上切制螺可靠。圓螺母用于軸上兩零件距離較大，需要在軸上切制螺 紋，對(duì)軸的強(qiáng)度影響較大。紋，對(duì)軸的強(qiáng)度影響較大。 圓螺母定位圓螺母定位 特點(diǎn)：特點(diǎn)：定位可靠，裝拆方便，可承受較大的軸向力定位可靠，裝拆方便，可承受較大的軸向力 應(yīng)用：應(yīng)用：常用于軸的中部和端部常用于軸的中部和端部 3)3)當(dāng)軸向力不大而軸上零件間的距離較大時(shí)，可采用彈性當(dāng)軸向力不大而軸上零件間的距離較大時(shí)，可采用彈性 擋圈固定。擋圈固定。 應(yīng)用：應(yīng)用：常用于固定滾動(dòng)軸承等的軸向定

12、位常用于固定滾動(dòng)軸承等的軸向定位 4)4)當(dāng)軸向力很小，轉(zhuǎn)速很低或僅為防止零件偶然沿軸向滑當(dāng)軸向力很小，轉(zhuǎn)速很低或僅為防止零件偶然沿軸向滑 動(dòng)時(shí)，可采用緊定螺釘固定。動(dòng)時(shí)，可采用緊定螺釘固定。 5)5)軸端擋圈：軸端擋圈： 可承受較大軸向力，但應(yīng)在軸端面上加工螺紋孔，用螺釘固可承受較大軸向力，但應(yīng)在軸端面上加工螺紋孔，用螺釘固 定。皮帶輪和聯(lián)軸器等常用。定。皮帶輪和聯(lián)軸器等常用。 軸端擋圈與軸肩、圓錐面與軸端擋圈聯(lián)合使用，常用于軸端軸端擋圈與軸肩、圓錐面與軸端擋圈聯(lián)合使用，常用于軸端 起到雙向固定。裝拆方便，多用于承受劇烈振動(dòng)和沖擊的場(chǎng)合。起到雙向固定。裝拆方便，多用于承受劇烈振動(dòng)和沖擊的場(chǎng)合

13、。 7)7)軸承蓋軸承蓋： 可承受較大的軸向力，通常通過(guò)螺釘與箱體聯(lián)結(jié)。可承受較大的軸向力，通常通過(guò)螺釘與箱體聯(lián)結(jié)。 通過(guò)軸承對(duì)整個(gè)軸起軸向定位作用。通過(guò)軸承對(duì)整個(gè)軸起軸向定位作用。 6)6)圓錐面定位：圓錐面定位： 常用于承受沖擊載荷和同心度要求高的軸端零常用于承受沖擊載荷和同心度要求高的軸端零 件。件。 軸肩圓角軸肩圓角 輪轂孔圓角輪轂孔圓角( (倒角倒角) ) (為保證軸上零件與軸肩貼合為保證軸上零件與軸肩貼合) 用用套筒、螺母、軸端擋圈套筒、螺母、軸端擋圈固定時(shí)必須滿足固定時(shí)必須滿足 軸段長(zhǎng)度軸段長(zhǎng)度 輪轂的軸向長(zhǎng)度輪轂的軸向長(zhǎng)度 3 軸的加工和裝配工藝性 1）軸的形狀要力求簡(jiǎn)單，階梯

14、軸的級(jí)數(shù)應(yīng)盡可能少，軸上各段 的鍵槽、圓角半徑、倒角、中心孔等尺寸應(yīng)盡可能統(tǒng)一，以利于 加工和檢驗(yàn)。 2）軸上需磨削的軸段應(yīng)設(shè)計(jì)出砂輪越程槽，需車制螺紋的軸 段應(yīng)有退刀槽。 3）當(dāng)軸上有多處鍵槽時(shí)，應(yīng)使各鍵槽位于軸的同一母線上 。 4）為使軸便于裝配，軸端應(yīng)有倒角。 5）對(duì)于階梯軸常設(shè)計(jì)成兩端小中間大的形狀，以便于零件從兩 端裝拆 。 6）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)使各零件在裝配時(shí)盡量不接觸其他零件的配 合表面，軸肩高度不能妨礙零件的拆卸。 4 4、減小應(yīng)力集中，改善軸的受力情況、減小應(yīng)力集中，改善軸的受力情況 軸大多在變應(yīng)力下工作，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)減少應(yīng)力集中，軸大多在變應(yīng)力下工作，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)減少應(yīng)力集中

15、， 以提高軸的疲勞強(qiáng)度，尤為重要。以提高軸的疲勞強(qiáng)度，尤為重要。 a.a.軸截面尺寸突變處會(huì)造成應(yīng)力集中，所以對(duì)階梯軸，相軸截面尺寸突變處會(huì)造成應(yīng)力集中，所以對(duì)階梯軸，相 鄰兩段軸徑變化不宜過(guò)大，在軸徑變化處的過(guò)渡圓角半徑鄰兩段軸徑變化不宜過(guò)大，在軸徑變化處的過(guò)渡圓角半徑 不宜過(guò)小。盡量不在軸面上切制螺紋和凹槽以免引起應(yīng)力不宜過(guò)小。盡量不在軸面上切制螺紋和凹槽以免引起應(yīng)力 集中。盡量使用圓盤銑刀。此外，提高軸的表面質(zhì)量，降集中。盡量使用圓盤銑刀。此外，提高軸的表面質(zhì)量，降 低表面粗糙度，采用表面碾壓、噴丸和滲碳淬火等表面強(qiáng)低表面粗糙度，采用表面碾壓、噴丸和滲碳淬火等表面強(qiáng) 化方法，均可提高軸的

16、疲勞強(qiáng)度。化方法，均可提高軸的疲勞強(qiáng)度。 b. b. 當(dāng)傳矩由一個(gè)傳動(dòng)件輸入，而由幾個(gè)傳動(dòng)件輸出時(shí)，為當(dāng)傳矩由一個(gè)傳動(dòng)件輸入，而由幾個(gè)傳動(dòng)件輸出時(shí)，為 了減小軸上的傳矩，應(yīng)將輸入件放在中間。了減小軸上的傳矩，應(yīng)將輸入件放在中間。 c.c.盡量使軸減少載荷。盡量使軸減少載荷。 改變軸上零件的布置，有時(shí)可以減小軸上的載荷。 輸入 T1+T2 T1T2 T1 T2 輸入 6.2 軸轂聯(lián)接 常用的軸轂聯(lián)接有鍵聯(lián)接、花鍵、銷聯(lián)接等。 一 鍵聯(lián)接 軸轂聯(lián)接主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)軸和輪轂之間的周向固定并用來(lái)傳遞運(yùn) 動(dòng)和扭矩。 鍵聯(lián)接1 平鍵的兩側(cè)面是工作面，上表面與輪轂上的鍵槽底部之間留有間隙， 鍵的上、下表面為非

17、工作面。工作時(shí)靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來(lái)傳遞扭 矩，故定心性較好。 普通平鍵應(yīng)用極為廣泛。 軸上鍵槽可用指狀銑刀或盤狀銑刀加工，輪轂上的鍵槽可用插削或 拉削。 1、平鍵聯(lián)接 普通平鍵 導(dǎo)向平鍵和滑鍵 根據(jù)用途，平鍵又可分為 （1）普通平鍵 普通平鍵按端部形狀的不同可分為圓頭（A型）、方頭 （B型）、半圓頭（C型）三種，具體結(jié)構(gòu)如下圖： A型 C型 B型 （2）導(dǎo)向平鍵和滑鍵 導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動(dòng)聯(lián)接。當(dāng)輪轂需要在軸上沿軸向移 動(dòng)時(shí)可采用這種鍵聯(lián)接。 當(dāng)被聯(lián)接零件滑移距離較大時(shí)，宜采用滑鍵。 導(dǎo)向平鍵滑 鍵 導(dǎo)向平鍵聯(lián)接 平鍵的尺寸 平鍵的失效 平鍵聯(lián)接工作時(shí)的主要失效形式為組成聯(lián)接的鍵、軸和輪 轂

18、中強(qiáng)度較弱材料表面的壓潰，極個(gè)別情況下也會(huì)出現(xiàn)鍵被剪 斷的現(xiàn)象。通常只須按工作面上的擠壓強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。 鍵被剪斷 2、半圓鍵聯(lián)接 鍵呈半圓形，其側(cè)面為工作面，鍵能在軸上的鍵槽中繞其 圓心擺動(dòng)， 以適應(yīng)輪轂上鍵槽的斜度，安裝方便。常用與錐形 軸端與輪轂的聯(lián)接。 3 3、楔鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接 楔鍵的上、下表面為工作面，兩 側(cè)面為非工作面。鍵的上表面與鍵槽 底面均有1:100 的斜度。工作時(shí)， 鍵的上下兩工作面分別與輪轂和軸的 鍵槽工作面壓緊，靠其摩擦力和擠壓 傳遞扭矩。 普通楔鍵勾頭楔鍵 楔鍵聯(lián)接 4、切向鍵 由兩個(gè)斜度為1:100的楔鍵組成。一個(gè)切向鍵只能傳遞一個(gè)方 向的轉(zhuǎn)矩，傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時(shí)，須用互成120130角的兩個(gè)鍵。 1:100 d T b t 工 作 面 d T 12013 圖 13.28 切