第十章 軸及軸轂聯(lián)接

第十章軸及軸轂聯(lián)接§10-1概述§10-2軸的結構設計§10-3軸的設計計算§10-4軸轂聯(lián)接§10-1概述軸的主要功用是支承回轉零件及傳遞運動和動力。按照承受載荷的不同，軸可分為：

轉軸─同時承受彎矩和扭矩的軸，如減速器的軸。

心軸─只承受彎矩的軸，如火車車輪軸。

傳動軸─只承受扭矩的軸，如汽車的傳動軸。

§10-1概述除了剛性軸外，還有鋼絲軟軸，可以把回轉運動靈活地傳到不開敞地空間位置。直軸根據(jù)外形的不同，可分為光軸和階梯軸。按照軸線形狀的不同，軸可分為曲軸和直軸兩大類。軸一般是實心軸，有特殊要求時也可制成空心軸，如航空發(fā)動機的主軸。

§10-1概述軸上各段的名稱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。軸的結構和形狀取決于：軸的毛坯種類軸上作用力的大小及分布情況軸上零件的位置、配合性質以及聯(lián)結固定的方法軸承的類型、尺寸和位置軸的加工方法、裝配方法以及其他特殊要求軸身§10-1概述

碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性比較低，適用于一般要求的軸。合金鋼比碳鋼有更高的力學性能和更好的淬火性能，在傳遞大功率并要求減小尺寸和質量、要求高的耐磨性，以及處于高溫、低溫和腐蝕條件下的軸常采用合金鋼。在一般工作溫度下（低于200℃），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此相同尺寸的碳鋼和合金鋼軸的剛度相差不多。

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化處理可以顯著提高軸的抗疲勞強度?！?0-1概述

高強度鑄鐵和球墨鑄鐵可用于制造外形復雜的軸，且具有價廉、良好的吸振性和耐磨性，以及對應力集中的敏感性較低等優(yōu)點，但是質較脆。軸的常用材料及其部分機械性能（見下頁）

§10-1概述§10-2軸的結構設計軸的結構應滿足下列要求：1）軸和裝配在軸上的零件應有正確的工作位置和可靠的相對固定。2）軸應有良好的工藝性，便于制造和進行軸上零件的裝配及調整。3）軸的結構要有利于減少應力集中。4）受力合理，有利于減輕軸的重量和節(jié)省材料?！?0-2軸的結構設計§10-2軸的結構設計類比法設計計算法根據(jù)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。根據(jù)軸的工作條件選擇材料，確定許用應力。按扭轉強度估算出軸的最小直徑。設計軸的結構，繪制出軸的結構草圖。包括根據(jù)工作要求確定軸上零件的位置和固定方式；確定各軸段的直徑；確定各軸段的長度根據(jù)有關設計手冊確定軸的結構細節(jié)，如圓角、倒角等尺寸按彎扭合成進行軸的強度校核。修改軸的結構后再進行校核計算。繪制軸的零件圖§10-2軸的結構設計軸強度計算的目的

在于驗算經(jīng)結構設計初步得出的軸能否滿足強度要求。

工程上常用的軸強度計算方法有兩種━━按扭轉強度計算和按彎、扭合成強度計算。一、按扭轉強度計算這種方法適用于只承受轉矩的傳動軸的精確計算，也可用于既受彎矩又受扭矩的軸的近似計算。對于只傳遞轉矩的圓截面軸，其強度條件為§10-2軸的結構設計1、確定軸的各段直徑

估算軸的最小直徑其中A值可以查表確定其余各段軸的直徑確定應注意以下幾點：1）應考慮鍵槽對軸的強度的影響，若該處有一個鍵槽，直徑增加3%-5%，若有兩個鍵槽，直徑增加7%-10%2）裝配標準件處，其軸段直徑必須符合標準件的標準直徑系列值3）有定位要求的軸段，軸的直徑應滿足定位要求。4）非配合軸段直徑，可不取標準值，但是一般應取整數(shù)?！?0-2軸的結構設計2、確定軸的各段長度確定軸的各段長度，應注意以下幾點：1）當零件需要軸向定位時，則該處軸段的長度應比所裝零件的寬度?。?-3mm），以保證零件沿軸向可靠定位，如裝齒輪段2）裝軸承處的軸段長度一般與軸承寬度相同。3）軸段長度的確定應考慮軸系中各零件之間的相互關系和裝拆工藝要求?！?0-2軸的結構設計零件在軸上的固定周向固定為了傳遞運動和轉矩，防止軸上零件與軸作相對轉動，軸上零件的周向固定必須可靠。常用的周向固定方法有鍵、花鍵、銷和過盈配合等聯(lián)接?！?0-2軸的結構設計軸向固定零件在軸上的軸向定位要準確而可靠，以使其安裝位置確定，能承受軸向力而不產生軸向位移軸肩由定位面和內圓角組成§10-2軸的結構設計用軸肩或軸環(huán)固定零件時，常需采用其他附件來防止零件向另一方向移動?！?0-2軸的結構設計當軸向力不大而軸上零件間的距離較大時，可采用彈性擋圈固定?！?0-2軸的結構設計當軸向力很小，轉速很低或僅為防止零件偶然沿軸向滑動時，可采用緊定螺釘固定。§10-2軸的結構設計軸的制造和裝配工藝性軸的形狀要力求簡單，階梯軸的級數(shù)應盡可能少，軸上各段的鍵槽、圓角半徑、倒角、中心孔等尺寸應盡可能統(tǒng)一，以利于加工和檢驗。軸上需磨削的軸段應設計出砂輪越程槽，需車制螺紋的軸段應有退刀槽當軸上有多處鍵槽時，應使各鍵槽位于軸的同一母線上為使軸便于裝配，軸端應有倒角對于階梯軸常設計成兩端小中間大的形狀，以便于零件從兩端裝拆軸的結構設計應使各零件在裝配時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§10-2軸的結構設計改變軸上零件的布置，有時可以減小軸上的載荷。

提高軸的強度與剛度措施1、改善軸的受力情況§10-2軸的結構設計改進軸上零件的結構也可以減小軸上的載荷?！?0-2軸的結構設計階梯軸段直徑不宜相差太大軸肩處的過度圓角盡量大些結構上應盡量減少應力集中源合理選擇鍵聯(lián)接減少軸與零件過盈連接的應力集中?？梢圆捎孟聢D的方式提高軸的強度與剛度措施2、改善軸的結構，減少應力集中3、提高軸的表面質量常用的軸轂聯(lián)接有鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接等。1鍵聯(lián)接

軸轂聯(lián)接主要是用來實現(xiàn)軸和輪轂之間的周向固定并用來傳遞運動和扭矩。

平鍵的兩側面是工作面，上表面與輪轂上的鍵槽底部之間留有間隙，鍵的上、下表面為非工作面。工作時靠鍵與鍵槽側面的擠壓來傳遞扭矩，故定心性較好。

普通平鍵應用極為廣泛。1．平鍵聯(lián)接普通平鍵導向平鍵和滑鍵根據(jù)用途，平鍵又可分為§10-4軸轂聯(lián)接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，具體結構如下圖：A型C型B型導向平鍵和滑鍵導向平鍵和滑鍵用于動聯(lián)接。當輪轂需要在軸上沿軸向移動時可采用這種鍵聯(lián)接。當被聯(lián)接零件滑移距離較大時，宜采用滑鍵。導向平鍵滑鍵平鍵的尺寸1)根據(jù)軸的直徑d從標準中選取平鍵的寬度b和高度h2）鍵長L根據(jù)輪轂寬度B確定，一般L=B-（5-10）mm，并符合標準中規(guī)定長度平鍵的失效平鍵聯(lián)接工作時的主要失效形式為組成聯(lián)接的鍵、軸和輪轂中強度較弱材料表面的壓潰，極個別情況下也會出現(xiàn)鍵被剪斷的現(xiàn)象。通常只須按工作面上的擠壓強度進行計算。鍵被剪斷3.楔鍵聯(lián)接楔鍵的上、下表面為工作面，兩側面為非工作面。鍵的上表面與鍵槽底面均有1:100的斜度。工作時，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4．切向鍵由兩個斜度為1:100的楔鍵組成。一個切向鍵只能傳遞一個方向的轉矩，傳遞雙向轉矩時，須用互成120°～135°角的兩個鍵。5．花鍵聯(lián)接