軸及軸轂連接

1、8-1概述概述 一、功用一、功用支承回轉(zhuǎn)件支承回轉(zhuǎn)件傳遞扭矩傳遞扭矩或只具其一，或兼而有之或只具其一，或兼而有之第八章第八章 軸及軸轂連接軸及軸轂連接二、二、分類分類1、按外形及結(jié)構(gòu)分類：、按外形及結(jié)構(gòu)分類： 直軸、曲軸、光軸、階梯軸、實心軸、空心直軸、曲軸、光軸、階梯軸、實心軸、空心軸、凸輪軸等軸、凸輪軸等.2、按性質(zhì)分類：、按性質(zhì)分類：軟軸軟軸、剛性軸、剛性軸3、按承受載荷的性質(zhì)分類：、按承受載荷的性質(zhì)分類： 心軸心軸-只承受彎拒，不承受扭距的軸。只承受彎拒，不承受扭距的軸。傳動軸傳動軸-只承受扭距，不承受彎拒的軸。只承受扭距，不承受彎拒的軸。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸-即承受彎拒，又承受扭距的軸。即承受彎

2、拒，又承受扭距的軸。撓性鋼絲軸撓性鋼絲軸3）按載荷分）按載荷分QQFrFt只受彎矩只受彎矩M只受扭只受扭 矩矩TT受受扭扭矩矩和和彎彎矩矩指指出出各各為為什什么么軸？軸？三、軸設(shè)計的主要內(nèi)容三、軸設(shè)計的主要內(nèi)容1.選擇材料及熱處理方式。選擇材料及熱處理方式。2.結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計-軸上零件的安裝、固定及其所軸上零件的安裝、固定及其所需的倒角、圓角、鍵槽等需的倒角、圓角、鍵槽等3.強度計算強度計算-力學(xué)模型、彎扭拒圖、定危險剖面、力學(xué)模型、彎扭拒圖、定危險剖面、危險剖面的強度校核。危險剖面的強度校核。4.剛度剛度-計算細長軸、對剛度有要求的軸計算細長軸、對剛度有要求的軸四、軸的常用材料四、軸的常用

3、材料表表6-2碳鋼碳鋼合金鋼合金鋼12CrNi2，20Cr，40Cr，18CrMnTi合金鑄鐵；球墨鑄鐵合金鑄鐵；球墨鑄鐵 普通碳素鋼普通碳素鋼 Q235Q255鋼鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼 3050鋼鋼 一、軸的應(yīng)力一、軸的應(yīng)力（一）、心軸的應(yīng)力（一）、心軸的應(yīng)力 1、固定心軸（軸不轉(zhuǎn)動）、固定心軸（軸不轉(zhuǎn)動）8-2軸的應(yīng)力和失效軸的應(yīng)力和失效載荷不變載荷不變-靜應(yīng)力靜應(yīng)力+t2、轉(zhuǎn)動心軸、轉(zhuǎn)動心軸t載荷變化載荷變化-脈動循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力0t對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力-（二）、傳動軸（二）、傳動軸tT穩(wěn)定不變穩(wěn)定不變-靜應(yīng)力靜應(yīng)力+T單向運轉(zhuǎn)但載荷變化單向運轉(zhuǎn)但載荷變化-脈動循環(huán)變應(yīng)力

4、脈動循環(huán)變應(yīng)力0T頻繁正反轉(zhuǎn)頻繁正反轉(zhuǎn)-對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力-tt（三）、轉(zhuǎn)軸（三）、轉(zhuǎn)軸MT對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力-單向運轉(zhuǎn)單向運轉(zhuǎn)-脈動循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力0頻繁正反轉(zhuǎn)頻繁正反轉(zhuǎn)-對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力-232222)1 . 0()()(4dTMca0根據(jù)第三強度理論：根據(jù)第三強度理論：轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸二、軸的失效形式：二、軸的失效形式：疲勞斷裂疲勞斷裂磨損磨損超過允許范圍的變形和振動。超過允許范圍的變形和振動。 83軸的設(shè)計軸的設(shè)計一、設(shè)計步驟一、設(shè)計步驟1、選擇軸的材料及熱處理選擇軸的材料及熱處理2、擬定軸上零件的、擬定軸上零件的布置形式和裝配方案布置形式和裝配方案3、

5、初估軸徑、初估軸徑dmin4、按照、按照dmin+（35）選擇軸承型號和尺）選擇軸承型號和尺寸寸5、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計6、軸的強（剛）度校核、軸的強（剛）度校核7、完成軸的零件圖、完成軸的零件圖二、初定軸徑二、初定軸徑MPa d2 . 0nP1055. 9 T36T（一）、類比法（一）、類比法 參考同類機型，比較軸傳遞的功率、轉(zhuǎn)速參考同類機型，比較軸傳遞的功率、轉(zhuǎn)速和工作條件等初步確定軸的直徑。和工作條件等初步確定軸的直徑。（二）、按扭轉(zhuǎn)強度計算（二）、按扭轉(zhuǎn)強度計算 dminT=9.55106P/n N.mm T=T/w T w T 0.2d3303T603T6nPAd 0.2109

6、.55A mm nP 0.2109.55d令：令：A0-材質(zhì)系數(shù)。表材質(zhì)系數(shù)。表6-3分析：分析：30nPAd 1）只考慮）只考慮T，適合傳動軸的設(shè)計；，適合傳動軸的設(shè)計；2）心軸）心軸 -只承受彎矩（只承受彎矩（M）不能用本公式；不能用本公式；3）轉(zhuǎn)軸）轉(zhuǎn)軸-（M+T）只能作為最小直徑只能作為最小直徑dmin。4） T-考慮了考慮了M的影響，的影響，當(dāng)軸承受較小當(dāng)軸承受較小M的軸，可以作為最終計算。的軸，可以作為最終計算。例：例：傳動比為傳動比為i=5的齒輪減速器，高速軸軸端直的齒輪減速器，高速軸軸端直徑徑d1=20mm，低速軸軸端直徑，低速軸軸端直徑d2=60mm，兩軸，兩軸材料相同，忽略

7、摩擦，試分析用許用扭應(yīng)力計材料相同，忽略摩擦，試分析用許用扭應(yīng)力計算時，哪一軸強度高？為什么？算時，哪一軸強度高？為什么？30nPAd 若不考慮摩擦，兩軸所傳功率相同，若不考慮摩擦，兩軸所傳功率相同，則則即即而今，而今，故低速軸強度高。故低速軸強度高。7 . 1/1)5/1 ()/(/31311221nnddmm34207 . 17 . 112ddmm342dd260mm時與時與d1 等強度。等強度。那那根根軸軸最最粗？粗？三、軸的強度三、軸的強度計算計算TBBbL1L2L3（一）確定支點和力作用（一）確定支點和力作用點之間尺寸點之間尺寸幾點假設(shè)：幾點假設(shè)：1） 支點選擇在軸承寬的中點。支點選

8、擇在軸承寬的中點。2）帶輪、齒輪等承受的載荷看成集中載荷，載）帶輪、齒輪等承受的載荷看成集中載荷，載荷作用在輪寬中點。荷作用在輪寬中點。3）旋轉(zhuǎn)零件之間、旋轉(zhuǎn)零件與靜止零件之間的）旋轉(zhuǎn)零件之間、旋轉(zhuǎn)零件與靜止零件之間的距離由經(jīng)驗公式選取，通常選取距離由經(jīng)驗公式選取，通常選取1015mm。（二）建立力學(xué)模型（繪制受力圖）（二）建立力學(xué)模型（繪制受力圖）（三）繪制水平面與鉛垂面內(nèi)的彎拒圖（三）繪制水平面與鉛垂面內(nèi)的彎拒圖M V 與與MH（四）繪制合成彎拒圖（四）繪制合成彎拒圖M M=M 2V +M2H（五）繪制扭距圖（五）繪制扭距圖T（六）繪制當(dāng)量彎拒圖（六）繪制當(dāng)量彎拒圖Mca Me =M 2

9、+（T ） 2-折合系數(shù)。折合系數(shù)。+ =0.30 =0.6- =1 一般將一般將看成脈動循環(huán)看成脈動循環(huán)變應(yīng)力，變應(yīng)力，通常取通常取=0.6，只有在頻繁正反轉(zhuǎn)時取只有在頻繁正反轉(zhuǎn)時取=1。MPa 1 . 0)(1 . 0132213dTMdMwMcaeMeca（七）計算軸的理論直徑及危險剖面的強度校核（七）計算軸的理論直徑及危險剖面的強度校核MPa 0.1dM mm 1 . 013eca31eMd-1-軸的許用應(yīng)力。查表62分析分析 mm 1 . 031eMd均適用心軸心軸 T=0 ，M0傳動軸傳動軸 M=0 ，T0 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 T0 M0（選取適當(dāng)?shù)模ㄟx取適當(dāng)?shù)?值）值）四、軸的剛度驗算四、

10、軸的剛度驗算)(3244mmdIpIp軸截面的極慣性矩軸截面的極慣性矩pGITLG 軸材料的切變模量軸材料的切變模量G=8.1(MP)104(/m)4GdLA取決于每米軸長的扭角取決于每米軸長的扭角。4nPAd 當(dāng)軸的剛度不夠時？當(dāng)軸的剛度不夠時？改變軸的結(jié)構(gòu)尺寸。改變軸的結(jié)構(gòu)尺寸。剛度條件：剛度條件：五、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計五、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（一）基本原則（一）基本原則1.強度足夠強度足夠2.拆裝方便拆裝方便3.標準化、系列化、通用化（鍵、軸承、標準化、系列化、通用化（鍵、軸承、聯(lián)軸器、倒角、中心孔聯(lián)軸器、倒角、中心孔等等）等等）4.直徑系列化直徑系列化- 軸頭尺寸以軸頭尺寸以2、5、8、0結(jié)尾，軸身

11、（非配合軸段）取整數(shù)，結(jié)尾，軸身（非配合軸段）取整數(shù)，5.軸頸處符合軸承要求。軸頸處符合軸承要求。6.定位和固定可靠定位和固定可靠7.良好的工藝良好的工藝8.利于提高強度和剛度。利于提高強度和剛度。1.軸肩或軸環(huán)軸肩或軸環(huán)2.套筒套筒3.圓螺母定位圓螺母定位4.彈性擋圈彈性擋圈5.緊定螺釘緊定螺釘6.軸端擋圈軸端擋圈7.錐形軸頭錐形軸頭（二）軸上零件的軸向定位可固定二）軸上零件的軸向定位可固定軸上零件定位方法.swf（三）軸上各段長度（三）軸上各段長度L軸軸b輪轂寬輪轂寬（四）制造工藝（四）制造工藝和結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)1.形狀在滿足使用要求的前提下盡量簡單；形狀在滿足使用要求的前提下盡量簡單；2.鍵槽

12、鍵槽盡量布置在同一側(cè)；盡量布置在同一側(cè)；3.軸頸尺寸盡量一致；軸頸尺寸盡量一致；4.圓角半徑盡量取同；圓角半徑盡量取同；5.合理的倒角。合理的倒角。（五）提高軸的強度措施（五）提高軸的強度措施1.合理布局軸上零件合理布局軸上零件2.改善表面質(zhì)量改善表面質(zhì)量3.盡量減少應(yīng)力集中和軸的載荷盡量減少應(yīng)力集中和軸的載荷4.合理的結(jié)構(gòu)合理的結(jié)構(gòu)（六）提高剛度的措施（六）提高剛度的措施1.合理的橫截面合理的橫截面2.采用附加支承采用附加支承.（七）（七）軸的裝配過程軸的裝配過程軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸向定位和固定軸向定位和固定軸上零件的合理布置軸上零件的合理布置大齒輪和卷筒聯(lián)在一起，大齒輪和卷筒聯(lián)在一起

13、，轉(zhuǎn)矩經(jīng)大齒輪直接傳給轉(zhuǎn)矩經(jīng)大齒輪直接傳給卷筒，卷筒軸只受彎矩卷筒，卷筒軸只受彎矩而不受扭矩；而不受扭矩；大齒輪將轉(zhuǎn)矩通大齒輪將轉(zhuǎn)矩通過軸傳到卷筒，過軸傳到卷筒，卷筒軸既受彎矩卷筒軸既受彎矩又受扭矩；軸直又受扭矩；軸直相對左圖大些。相對左圖大些。軸的結(jié)構(gòu)軸的結(jié)構(gòu)輸輸入入軸軸工工作作機機軸軸頸頸軸軸頸頸軸軸身身軸軸頭頭軸軸頭頭軸軸環(huán)環(huán)三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計改錯軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計改錯84軸轂連接軸轂連接無預(yù)應(yīng)力無預(yù)應(yīng)力有預(yù)應(yīng)力有預(yù)應(yīng)力-過盈聯(lián)接過盈聯(lián)接材料性聯(lián)接材料性聯(lián)接-粘、焊粘、焊圓軸圓軸成型軸成型軸鍵鍵銷銷緊定螺釘緊定螺釘平鍵平鍵斜鍵斜鍵半圓鍵半圓鍵切

14、向鍵切向鍵方軸方軸型軸型軸A型平鍵型平鍵B型平鍵型平鍵C型平鍵型平鍵一、一、功用：傳遞扭距；固定和定位。功用：傳遞扭距；固定和定位。軸軸轂轂連連接接二、鍵連接的類型和工作原理二、鍵連接的類型和工作原理一）平鍵一）平鍵傳遞扭距；周向定位傳遞扭距；周向定位-限制軸上零件的周限制軸上零件的周向運動，一般不限制軸向運動向運動，一般不限制軸向運動。鍵連接鍵連接1、普通平鍵聯(lián)接、普通平鍵聯(lián)接A型平鍵型平鍵B型平鍵型平鍵C型平鍵型平鍵2、導(dǎo)向平鍵、導(dǎo)向平鍵動連接。鍵和軸固聯(lián)，盤類動連接。鍵和軸固聯(lián)，盤類零件在軸上作一定量的移動。零件在軸上作一定量的移動。3、滑鍵、滑鍵-動連接。轂和鍵固聯(lián)并沿軸作大動連接。轂

15、和鍵固聯(lián)并沿軸作大距離的移動。距離的移動。二）半圓鍵二）半圓鍵多用于軸端錐面多用于軸端錐面 的輔助連接。傳遞較小的載荷。的輔助連接。傳遞較小的載荷。三）斜鍵三）斜鍵四）切向鍵1：100的斜度。工作面為上下面。的斜度。工作面為上下面。三、平鍵連接的強度計算三、平鍵連接的強度計算普通平鍵普通平鍵-壓潰壓潰導(dǎo)鍵和滑鍵導(dǎo)鍵和滑鍵- 磨損磨損 壓潰壓潰平鍵平鍵斜鍵斜鍵-壓潰壓潰 、磨損、磨損一）失效形式一）失效形式二）平鍵連接的尺寸選擇二）平鍵連接的尺寸選擇尺寸選擇原則：尺寸選擇原則： 軸轂等強度。按照軸軸轂等強度。按照軸徑徑d選擇鍵的結(jié)構(gòu)尺寸。選擇鍵的結(jié)構(gòu)尺寸。尺寸：尺寸： bhL L=（1.51.8

16、）d（不可過長或過短）（不可過長或過短） L=B轂轂-（510）標記：鍵標記：鍵bL GB1096-1979三）平鍵連接的強度計算三）平鍵連接的強度計算鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接-為標準件連接方式。設(shè)計時，為標準件連接方式。設(shè)計時，鍵不需畫零件圖，只要會選擇。鍵不需畫零件圖，只要會選擇。 鍵選擇的內(nèi)容：鍵選擇的內(nèi)容： 1）選鍵的類型）選鍵的類型 2）定鍵的尺寸）定鍵的尺寸 3）強度校核）強度校核工作原理及特點工作原理及特點- （工作面為側(cè)面）工作面為側(cè)面）例例 ：有一輪轂寬：有一輪轂寬B=80mm，軸徑，軸徑d=30mm，齒輪為齒輪為8級精度，試選擇此鍵連接。級精度，試選擇此鍵連接。解：試選解：試選A型平鍵

17、型平鍵查手冊，查手冊，d=30mm的軸徑，的軸徑，b=8mm；h=7mmL=80-（510）=7570；查手冊取標準；查手冊取標準系列系列L=70mm鍵鍵870 GB1096-1979平鍵連接的強度計算準則：平鍵連接的強度計算準則：1）集中載荷）集中載荷N2）載荷）載荷N作用于擠壓面的中點作用于擠壓面的中點3）擠壓面積）擠壓面積lkl- l-鍵的工作長度鍵的工作長度k-鍵與輪轂的接觸高度鍵與輪轂的接觸高度 （鍵受擠壓高度）（鍵受擠壓高度）k=0.5h=0.5h強度條件強度條件MPa 4MPa 2ppppdhlTdklT lA型鍵型鍵-l=L-bB型鍵型鍵-l=LC型鍵型鍵-l=L-b/21）靜

18、連接（普通平鍵連接）靜連接（普通平鍵連接）2）動連接（導(dǎo)鍵、滑鍵）動連接（導(dǎo)鍵、滑鍵） MPa 2PdklTp p、 p- 許用壓強和許用擠壓應(yīng)力。選擇許用壓強和許用擠壓應(yīng)力。選擇鍵、軸、轂三者中的弱者。見表鍵、軸、轂三者中的弱者。見表12-1分析：分析： 2PdklTp 2ppdklT 和1）鍵的強度只與）鍵的強度只與T有關(guān)（鍵只傳遞扭距）有關(guān)（鍵只傳遞扭距）2）鍵的尺寸）鍵的尺寸bh由軸徑由軸徑d確定，而軸的直徑確定，而軸的直徑與與T和和M有關(guān)有關(guān)。例例 有一有一9級精度的鑄鐵齒輪，輪轂寬度級精度的鑄鐵齒輪，輪轂寬度B=90mm，軸孔直徑，軸孔直徑d=55mm，傳遞扭距，傳遞扭距T=600N.m，載荷平穩(wěn)，試選擇此鍵聯(lián)接。，載荷平穩(wěn)，試選擇此鍵聯(lián)接。解：解： 7518.6864105510600423MPaMPadklTpp 9級精度，選平鍵，試選A型平鍵查手冊，d=55mm的軸徑，