第11章軸和軸轂聯接8學時

1、11.1 概述11.2 軸的結構設計11.3 軸的強度計算11.4 軸的材料及選擇11.5 軸的設計11.6 軸轂聯接第第11章章 軸和軸轂聯接軸和軸轂聯接11.1 軸的功用和類型軸的功用和類型一、軸的一、軸的功用功用1、支承軸上零件（齒輪、帶輪、飛輪等）、支承軸上零件（齒輪、帶輪、飛輪等）二、軸的類型二、軸的類型2、傳遞運動和動力，、傳遞運動和動力，n（rpm），），T（Nmm）。）。3、保持軸上零件的相對位置。、保持軸上零件的相對位置。1、按承受載荷不同、按承受載荷不同TMM2.2.軸的分類軸的分類按承受載荷不同，可分為： 轉軸轉軸、心軸心軸、傳動軸傳動軸按軸線形狀的不同，可分為： 直軸、

2、直軸、曲軸曲軸、撓性鋼絲軸撓性鋼絲軸直軸按外形的不同，可分為： 光軸、階梯軸光軸、階梯軸轉軸：轉軸：機器中最常見的軸，通常簡稱為軸。工作時既承受彎矩又承受轉矩。例：減速器中的軸心軸：心軸： 用來支承轉動零件，只承受彎矩而不傳遞轉矩。分為固定心軸 : 自行車的前軸 轉動心軸 : 鐵路機車輪軸傳動軸：傳動軸：主要用于傳遞轉矩而不承受彎矩.例：汽車中聯接變速箱與后橋之間的軸。2、按軸線的形狀分、按軸線的形狀分1 1）直軸）直軸階梯軸：階梯軸： 光軸：光軸：形狀簡單，加工容易，應力集中源少，但軸上的形狀簡單，加工容易，應力集中源少，但軸上的零件不易裝配及固定。零件不易裝配及固定。形狀復雜，加工困難，應

3、力集中源多，軸上的零形狀復雜，加工困難，應力集中源多，軸上的零件容易裝配及固定。件容易裝配及固定。2）曲軸曲軸3）鋼絲軟軸）鋼絲軟軸 （撓性鋼絲軸）（撓性鋼絲軸）設計軸所考慮的問題及步驟設計軸所考慮的問題及步驟一、所考慮的問題一、所考慮的問題1、結構合理；、結構合理；2、強度足夠；、強度足夠；3、剛度足夠；、剛度足夠；4、避免共振。、避免共振。二、設計步驟二、設計步驟1、選擇材料；選擇材料；2、初步確定最小軸徑；初步確定最小軸徑；3、結構設計；結構設計；4、軸的強度計算；、軸的強度計算；5、軸的剛度計算。、軸的剛度計算。11.2 軸的結構設計軸的結構設計結構設計的主要要求結構設計的主要要求一、

4、制造安裝要求：一、制造安裝要求：便于加工、軸上零件易于裝拆；便于加工、軸上零件易于裝拆；二、定位要求：二、定位要求：軸和軸上零件要有準確的工作位置；軸和軸上零件要有準確的工作位置；三、固定要求：三、固定要求：各零件要牢固而可靠的相對固定；各零件要牢固而可靠的相對固定；四、四、改善受力狀況，改善受力狀況，減少應力集中和提高疲勞強度。減少應力集中和提高疲勞強度。結構設計目的結構設計目的：使軸各部分具有合理的形狀和尺寸。：使軸各部分具有合理的形狀和尺寸。一、制造安裝要求一、制造安裝要求1、為便于軸上零件裝拆，軸做成、為便于軸上零件裝拆，軸做成階梯形階梯形；2、軸上磨削的軸段，應有砂輪越程槽；、軸上磨

5、削的軸段，應有砂輪越程槽；3、車削螺紋的軸段，應有螺紋退刀槽。、車削螺紋的軸段，應有螺紋退刀槽。 在滿足使用要求的情況下，軸的形狀和尺寸力求簡在滿足使用要求的情況下，軸的形狀和尺寸力求簡單，便于加工。單，便于加工。1.61.6 軸的加工和裝配工藝性軸的加工和裝配工藝性軸的結構設計軸的結構設計 軸的加工和裝配工藝性軸的加工和裝配工藝性軸的結構設計軸的結構設計二、軸上零件的定位二、軸上零件的定位 軸肩：軸上截面變化處稱為軸肩。（定位軸肩、軸肩：軸上截面變化處稱為軸肩。（定位軸肩、非定位軸肩）非定位軸肩）半聯軸器 平鍵2軸端擋圈套筒平鍵1齒輪軸承端蓋滾動軸承安裝在軸上的零件，必須有確定的軸向定位。安

6、裝在軸上的零件，必須有確定的軸向定位。二、軸上零件的定位二、軸上零件的定位 軸肩：軸上截面變化處稱為軸肩。（定位軸肩、軸肩：軸上截面變化處稱為軸肩。（定位軸肩、非定位軸肩）非定位軸肩）半聯軸器 平鍵2軸端擋圈套筒平鍵1齒輪軸承端蓋滾動軸承安裝在軸上的零件，必須有確定的軸向定位。安裝在軸上的零件，必須有確定的軸向定位。三、軸上零件的固定三、軸上零件的固定1、軸向固定：軸肩、套筒、螺母、軸向固定：軸肩、套筒、螺母、彈性擋圈彈性擋圈套筒套筒 軸用圓螺母軸用圓螺母 軸肩軸肩 軸端擋圈軸端擋圈 軸肩定位軸向固定軸向固定特點：特點：結構簡單，定位可靠，可承受較大的軸向力 應用：應用：齒輪、帶輪、聯軸器、軸

7、承等的軸向定位圓螺母定位軸向固定軸向固定特點：特點：定位可靠，裝拆方便，可承受較大的軸向力 但切制螺紋使的軸的疲勞強度有所下降 應用：應用：常用于軸的中部和端部 彈性擋圈固定軸向固定軸向固定特點：特點：結構簡單緊湊，只能承受很小的軸向力切槽需要一定的精度 應用：應用：常用于固定滾動軸承等的軸向定位 軸端壓板定位和緊定螺釘固定軸向固定軸向固定用于軸端定位可承受劇烈振動和沖擊適用于軸向力小，轉速低的場合四、軸的各段直徑和長度的確定四、軸的各段直徑和長度的確定半聯軸器 平鍵2軸端擋圈套筒平鍵1齒輪軸承端蓋滾動軸承1）有配合要求的軸段，應盡量采用標準直徑；）有配合要求的軸段，應盡量采用標準直徑；2）安

8、裝）安裝滾動軸承滾動軸承、聯軸器、密封圈等標準件的軸徑，應、聯軸器、密封圈等標準件的軸徑，應符合標準件內徑系列的規(guī)定。符合標準件內徑系列的規(guī)定。3）套筒的內徑，應與相配的軸徑相同并采用過渡配合。）套筒的內徑，應與相配的軸徑相同并采用過渡配合。4 4）當用軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母、軸端擋圈進行零）當用軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母、軸端擋圈進行零件的軸向定位時，為保證軸向定位可靠，要求件的軸向定位時，為保證軸向定位可靠，要求L軸軸 L轂轂軸系結構改錯軸系結構改錯四處錯誤四處錯誤正確答案正確答案三處錯誤三處錯誤正確答案正確答案兩處錯誤兩處錯誤1.1.左側鍵太長，套筒左側鍵太長，套筒無法裝入無法裝入2.2

9、.多個鍵應位于同一多個鍵應位于同一母線上母線上思考題：試指出圖中結構不合理的地方，并予以改正。TT11.3.1扭轉強度計算扭轉強度計算(傳動軸）傳動軸） 對于圓截面的實心軸，其抗扭強度條件為： 求出的直徑值，需圓整成標準直徑，并作為軸的最小直徑。如軸上有一個鍵槽，可將值增大3%5%，如有兩個鍵槽可增大7%10%。估算直徑：11.3 11.3 軸的強度計算軸的強度計算11.3.2 彎扭合成強度計算（轉軸）彎扭合成強度計算（轉軸） 轉軸同時承受扭矩和彎矩，必須按二者組合強度進行計算。通常把軸當作置于鉸鏈支座上的梁，作用于軸上零件的力作為集中力，其作用點取為零件輪轂寬度的中點上。具體的計算步驟如下：

10、1）畫出軸的空間力系圖；（分解為水平面分力和垂直面分力）2）計算水平面和垂直面上的彎矩并作出彎矩圖；3）計算合成彎矩M并作出彎矩圖；4）計算轉矩M T并作出轉矩圖；5）計算當量彎矩M ，繪出當量彎矩圖。6）根據當量彎矩圖找出危險截面，進行軸的強度校核。 11.3.3 彎扭合成強度計算（轉軸）彎扭合成強度計算（轉軸） 軸的許用彎曲應力可查表。軸的材料和工作環(huán)境不同，其值也不同。請參考P272表14-2。F步驟：步驟： 1、作軸的空間受力簡圖、作軸的空間受力簡圖FrFaFtFV2FH2DL3CFV1TBFH1L2L1FV1AFaD2FrFV1=FaMa=MvMv1FV1Mv2FaFV22、求水平面

11、支反力、求水平面支反力FH1、FH2，作水平面彎矩圖，作水平面彎矩圖 FaD2FrFV1=FaMa=MvMv1FV1Mv2FaFV23、求垂直平面內支反力、求垂直平面內支反力FV1、FV2，作垂直平面內的彎矩圖，作垂直平面內的彎矩圖 4、作合成彎矩圖、作合成彎矩圖 22VHMMMM2MM15、作扭矩圖、作扭矩圖 MTMcaMca1Mca26、彎扭合成，作當量彎矩、彎扭合成，作當量彎矩Me圖圖 5、作扭矩圖、作扭矩圖 MTMcaMca1Mca26、彎扭合成，作當量彎矩、彎扭合成，作當量彎矩Me圖圖 6、校核軸的強度、校核軸的強度 beeTMdWM1223)(1 . 01311 . 0beMd有鍵

12、槽，將軸徑加大有鍵槽，將軸徑加大5%左右。左右。11.4 軸的材料軸的材料一、材料要求一、材料要求足夠的疲勞強度，對應力集中敏感性低，足夠的剛度。足夠的疲勞強度，對應力集中敏感性低，足夠的剛度。二、常用材料二、常用材料1、碳素鋼：、碳素鋼：價廉、性優(yōu)、可采用熱處理方式提高軸的強度和耐磨價廉、性優(yōu)、可采用熱處理方式提高軸的強度和耐磨性，應用廣泛。性，應用廣泛。優(yōu)質碳素鋼：優(yōu)質碳素鋼：35、45、50，具有較高的綜合力學性能。，具有較高的綜合力學性能。普通碳素鋼：普通碳素鋼：Q235、Q2752、合金鋼：、合金鋼：價貴、性優(yōu)，應力敏感性高，應用于特殊要求的場合。價貴、性優(yōu)，應力敏感性高，應用于特殊

13、要求的場合。耐磨性：耐磨性：20Cr、20CrMnTi；耐高溫：耐高溫：40CrNi，38CrMOAlA。鋼材的種類和熱處理對其彈性模量的影響很小鋼材的種類和熱處理對其彈性模量的影響很小3、球墨鑄鐵及高強度鑄鐵、球墨鑄鐵及高強度鑄鐵 鑄鐵流動性好，易做成復雜零件，具有價廉、良好的吸振性和鑄鐵流動性好，易做成復雜零件，具有價廉、良好的吸振性和耐磨性，對應力敏感性低，可用于制造外形復雜的軸。耐磨性，對應力敏感性低，可用于制造外形復雜的軸。11.5 11.5 軸的設計軸的設計 開始設計軸時，通常還不知道軸上零件的位置及支點情況，無法確定軸的受力情況，只有待軸的結構設計基本完成后，才能對軸進行受力分析

14、及強度計算。因此，一般在進行軸的結構設計前先按純扭轉受力情況對軸的直徑進行估算。然后進行軸的結構設計后，再按彎扭合成的理論進行軸危險截面的強度校核。類比法根據軸的工作條件，選擇與其相似的軸進行類比及結構設計，畫出軸的零件圖。設計計算法設計軸的一般步驟為：設計軸的一般步驟為： 1）選材）選材,確定許用應力確定許用應力. 2）按扭轉強度估算軸的最小直徑）按扭轉強度估算軸的最小直徑; 3）設計軸的結構，繪出軸的結構草圖）設計軸的結構，繪出軸的結構草圖;4）按彎扭合成進行軸的強度校核）按彎扭合成進行軸的強度校核。 確定軸上零件的位置和固定方法；確定軸上零件的位置和固定方法；確定各軸段直徑、長度確定各軸

15、段直徑、長度, 及結構細節(jié)如倒角及結構細節(jié)如倒角,退刀槽。退刀槽。 一般按一般選一般按一般選23個危險截面進行校核。個危險截面進行校核。 若危險截面強度不夠，則必須重新修改軸的結構。若危險截面強度不夠，則必須重新修改軸的結構。5 5 修改軸的結構后修改軸的結構后 再進行校核計算再進行校核計算6 ：繪制軸的零件圖：繪制軸的零件圖鍵、花鍵聯接的功能： 實現旋轉零件的輪轂與軸的周向固定（有些可承受少量軸向力）。靜聯接（主要）:在機器工作中，不允許零部件之間存在相對運動的連接。動聯接:機器工作時，零部件之間可以有相對運動。例如：機械原理中，各種運動副之間的連接。分分類類11.6 軸轂聯接常用的軸轂聯接

16、有鍵聯接、花鍵聯接等。軸轂聯接主要是用來實現軸和輪轂之間的周向固定并用來傳遞運動和扭矩按工作前預緊否松鍵聯接（無預緊力）：平鍵、半圓鍵緊鍵聯接（有預緊力）：楔鍵、切向鍵11.6.1鍵聯接 鍵聯接的分類和構造A型普通楔鍵半圓鍵聯接切向鍵1.平鍵聯接工作原理：靠側面受擠壓來傳遞載荷；工作面：兩側面；非工作面：上、下表面；分類：普通平鍵、導鍵、滑鍵。 普通平鍵A型：兩端皆為圓頭，由指形銑刀加工鍵槽（應力集中大）B型：兩端皆為方頭，由盤形銑刀加工鍵槽（應力集中?。〤型：一端方頭，一端圓頭，由指形銑刀加工鍵槽（應力 集中大），用于軸端。采用兩鍵時， 布置。180A型B型C型 導向平鍵和滑鍵導鍵：工作原理

17、：導鍵引導傳動零件； 類型：A、B型(由螺釘固定于軸上)； 應用：軸向位移較小處。導向平鍵聯接滑鍵：工作原理：導槽引導傳動零件和鍵； 類型：如圖(由各種方式固定于輪轂上)； 應用：軸向位移較大處。平鍵的尺寸表表11.5鍵的主要尺寸鍵的主要尺寸 2:半圓鍵聯接工作原理：靠側面受擠壓，傳遞載荷；工作面：兩側面；非工作面：上下表面（起自位作用）；結構加工：鍵槽由盤形銑刀銑出， 鍵為半圓形；應用：錐形軸與輪轂的聯接 當用兩個半圓鍵時,兩鍵槽應布 置成一條母線上 特點: 加工工藝性好,安裝方便,但對軸的強度削弱較大:松鍵聯接的特點：優(yōu)點：制作簡易，裝拆方便，定心性好，用于高精度處缺點：不能實現軸上零件軸

18、向固定。3.楔鍵聯接和切向鍵聯接(1)楔鍵工作原理：靠上下面壓緊產生 承受載荷（聯接處 的偏壓也承受載荷）F120工作面：上下表面；非工作面：兩側面；結構（加工）：上面由1：100斜面，下面平行軸線；應用：兩鍵時 布置（合力小，偏心?。?。普通楔鍵勾頭楔鍵楔鍵聯接(2)切向鍵工作原理：擠壓力沿軸切向方向 產生的力矩承受載荷（也可承受不大的單向軸向力）；結構：兩鍵配合面各有1：100斜度，成對組裝，組合后上下表面為工作面；應用：只承受單向轉矩；正反轉矩都承受，相隔 布置兩對切向鍵。2d135120切向鍵聯接 5:平鍵聯接的計算.鍵聯接的選擇取標準值選鍵長據輪轂選據軸選類型由工作條件)105(mmBlBhbd受力分析楔