機械基礎(chǔ)(高職高專)第6章軸和軸轂連接課件

§6.1軸§6.2軸轂連接第6章軸和軸轂連接§6.1軸第6章軸和軸轂連接6.1軸軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運動和動力。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。

傳動軸：只傳遞轉(zhuǎn)矩不承受彎矩(或彎矩很小)，如汽車的傳動軸。

轉(zhuǎn)動心軸固定心軸6.1軸軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運動和動力。一機械基礎(chǔ)(高職高專)第6章軸和軸轂連接課件例：減速器中的軸例：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。除了剛性軸外，還有鋼絲軟軸，可以把回轉(zhuǎn)運動靈活地傳到不開敞地空間位置。2、按照軸線形狀的不同，軸可分為曲軸和直軸兩大類。光軸階梯軸直軸根據(jù)外形的不同，可分為光軸和階梯軸。軸一般是實心軸，有特曲軸：撓性軸：曲軸：撓性軸：二、

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化處理可以顯著提高軸的抗疲勞強度。

軸的材料種類很多，選擇時應(yīng)主要考慮如下因素：

1.軸的強度、剛度及耐磨性要求；

2.軸的熱處理方法及機加工工藝性的要求；

3.軸的材料來源和經(jīng)濟性等。二、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碳素鋼比合金鋼價格低廉，對應(yīng)力集中的敏感性低，可通過熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好，故應(yīng)用最廣，一般用途的軸，多用含碳量為0.25～0.5%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，尤其是45號鋼。對于不重要或受力較小的軸也可用Q235、Q275等碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金鋼具有比碳鋼更好的機械性能和淬火性能，但對應(yīng)力集中比較敏感，且價格較貴，多用于對強度和耐磨性有特殊要求的軸。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳淬火處理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金鋼，有良好的高溫機械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下工作的軸。碳素鋼比合金鋼價格低廉，對應(yīng)力集中的敏感性低，可通過熱處理改

球墨鑄鐵和高強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，對應(yīng)力集中的敏感性低，且具有價廉、良好的吸振性和耐磨性，以及對應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點，近年來被廣泛應(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。軸的毛坯多用軋制的圓鋼或鍛鋼。鍛鋼內(nèi)部組織均勻，強度較好，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材料及選擇

軸的結(jié)構(gòu)和形狀取決于下面幾個因素：（1）軸的毛坯種類：（2）軸上作用力的大小及其分布情況；（3）軸上零件的位置、配合性質(zhì)及其聯(lián)接固定的方法；（4）軸承的類型、尺寸和位置；（5）軸的加工方法、裝配方法以及其他特殊要求。

可見影響軸的結(jié)構(gòu)與尺寸的因素很多，設(shè)計軸時要全面綜合的考慮各種因素。三軸的結(jié)構(gòu)要求：①軸和軸上零件要有準確的工作位置②軸上零件應(yīng)有可靠的相對固定③軸應(yīng)具有良好的制造工藝性和安裝工藝性等④形狀和尺寸應(yīng)有利于避免應(yīng)力集中軸的結(jié)構(gòu)和形狀取決于下面幾個因素：（1）軸的毛坯種類軸端軸頭軸頸軸頭

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、軸的結(jié)構(gòu)組成

軸上與軸承配合處的部分稱為軸頸，軸頸是軸上被支承的部分；安裝輪轂的部分稱為軸頭；連接軸頭與軸頸之間的部分稱為軸身；位于軸兩端的部分稱為軸端。階梯軸上中間高兩邊低，且軸向尺寸較小的軸段，稱為軸環(huán)，軸環(huán)可以起定位作用。階梯軸上截面尺寸變化的部位稱為軸肩。根據(jù)軸肩所起的作用不同，分為定位軸肩和過渡軸肩。起定位作用的軸肩，稱為定位軸肩。過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。軸環(huán)軸端軸頭軸頸軸頭軸通常由軸頭、軸頸、軸肩、軸機械基礎(chǔ)(高職高專)第6章軸和軸轂連接課件2零件在軸上的固定軸與軸上零件要有準確的工作位置定位：零件有準確的工作位置固定：零件在軸上的位置牢固可靠軸向定位和固定周向固定2零件在軸上的固定軸與軸上零件要有準確的工作位置軸向定位（1）周向固定

軸上零件的周向固定是為了防止零件與軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。常用的固定方式有：1）鍵聯(lián)接2）過盈配合聯(lián)接3）圓錐銷聯(lián)接4)成型聯(lián)接（1）周向固定軸上零件的周向固定是為了防止零件與銷釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接銷釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接

過盈配合是利用軸和零件輪轂孔之間的配合過盈量來聯(lián)接，能同時實現(xiàn)周向和軸向固定，結(jié)構(gòu)簡單，對中性好，對軸削弱小，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，對中性好，工作可靠，制造困難應(yīng)用少。過盈配合是利用軸和零件輪轂孔之間的配合過盈量來聯(lián)接，(2)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(chǎn)生軸向位移軸肩由定位面和內(nèi)圓角組成常用的軸向定位和固定方法：軸肩、套筒、螺母、軸端擋圈、彈性擋圈等(2)軸向固定零件在軸上的軸向定位要準確而可1)軸肩或軸環(huán)：軸肩定位是最方便可靠的定位方法，但采用軸肩定位會使軸的直徑加大，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合。定位軸肩的高度h=(0.07—0.1)d，d為與零件相配處的軸徑尺寸。要求r軸<R孔或r軸<C孔

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。1)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2)套筒和圓螺母

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，需要在軸上切制螺紋，對軸的強度影響較大。2)套筒和圓螺母——圓螺母定位特點：定位可靠，裝拆方便，可承受較大的軸向力

應(yīng)用：常用于軸的中部和端部——圓螺母定位特點：定位可靠，裝拆方便，可承受較大的軸向力3)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。

應(yīng)用：常用于固定滾動軸承等的軸向定位3)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4)當軸向力很小，轉(zhuǎn)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。4)當軸向力很小，轉(zhuǎn)速很低或僅為防止零件偶然沿軸向滑動時，可5)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，常用于軸端起到雙向固定。裝拆方便，多用于承受劇烈振動和沖擊的場合。7)軸承蓋：可承受較大的軸向力，通常通過螺釘與箱體聯(lián)結(jié)。通過軸承對整個軸起軸向定位作用。6)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件。5)軸端擋圈：7)軸承蓋：可承受較大的軸向力，通常通過螺軸肩圓角ｒ＜輪轂孔圓角Ｒ(倒角Ｃ)

(為保證軸上零件與軸肩貼合)軸肩圓角ｒ＜輪轂孔圓角Ｒ(倒角Ｃ)用套筒、螺母、軸端擋圈固定時必須滿足

軸段長度<輪轂的軸向長度用套筒、螺母、軸端擋圈固定時必須滿足3

軸的加工和裝配工藝性1）軸的形狀要力求簡單，階梯軸的級數(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。2）軸上需磨削的軸段應(yīng)設(shè)計出砂輪越程槽，需車制螺紋的軸段應(yīng)有退刀槽。3）當軸上有多處鍵槽時，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）對于階梯軸常設(shè)計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)計應(yīng)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。3軸的加工和裝配工藝性1）軸的形狀要力求簡單，階梯軸的級機械基礎(chǔ)(高職高專)第6章軸和軸轂連接課件4、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)計時應(yīng)減少應(yīng)力集中，以提高軸的疲勞強度，尤為重要。a.軸截面尺寸突變處會造成應(yīng)力集中，所以對階梯軸，相鄰兩段軸徑變化不宜過大，在軸徑變化處的過渡圓角半徑不宜過小。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，降低表面粗糙度，采用表面碾壓、噴丸和滲碳淬火等表面強化方法，均可提高軸的疲勞強度。b.當傳矩由一個傳動件輸入，而由幾個傳動件輸出時，為了減小軸上的傳矩，應(yīng)將輸入件放在中間。c.盡量使軸減少載荷。4、減小應(yīng)力集中，改善軸的受力情況改變軸上零件的布置，有時可以減小軸上的載荷。

改變軸上零件的布置，有時可以減小軸上的載荷。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)接主要是用來實現(xiàn)軸和輪轂之間的周向固定并用來傳遞運動和扭矩。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、下表面為非工作面。工作時靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞扭矩，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。（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：（1）普通平鍵普通平鍵按端部形狀的不同可分為圓頭（A型）A型C型B型A型C型B型機械基礎(chǔ)(高職高專)第6章軸和軸轂連接課件（2）導(dǎo)向平鍵和滑鍵導(dǎo)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(dǎo)向平鍵滑鍵（2）導(dǎo)向平鍵和滑鍵導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動聯(lián)接。當輪轂需要導(dǎo)向平鍵聯(lián)接導(dǎo)向平鍵聯(lián)接平鍵的尺寸平鍵的尺寸平鍵的失效

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，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。2、半圓鍵聯(lián)接鍵呈半圓形，其側(cè)面為工作面，鍵能3、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，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3、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。楔鍵聯(lián)接楔鍵聯(lián)接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(zhuǎn)矩，傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時，須用互成120°～130°角的兩個鍵。4、切向鍵由兩個斜度為1:100的楔鍵組成。一個切向鍵只切向鍵聯(lián)接切向鍵聯(lián)接

花鍵聯(lián)接由軸上加工出多個鍵齒的花鍵軸和輪轂孔上加工出同樣的鍵齒槽組成。工作時靠鍵齒的側(cè)面互相擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩。其優(yōu)點：比平鍵聯(lián)接承載能力強；軸與零件的定心性好；導(dǎo)向性好。對軸的強度削弱小；缺點是成本較高。因此，花鍵聯(lián)接用于定心精度要求高和載荷較大的場合?；ㄦI已標準化，按齒廓的不同，可分矩形花鍵和漸開線花鍵。二．花鍵聯(lián)接由軸和輪轂孔沿四周方向均部的多個鍵齒構(gòu)成的聯(lián)接稱為花鍵聯(lián)接?；ㄦI聯(lián)接由軸上加工出多個鍵齒的花鍵軸和輪轂孔上加工出a.矩形花鍵聯(lián)接矩形花鍵的齒側(cè)面為互相平行平面，制造方便，廣泛應(yīng)用。b.漸開線花鍵聯(lián)接漸開線花鍵的齒廓為漸開線，分度圓上的壓力角為30°和45°兩種。具有制造工藝性好、強度高、易于定心和精度高，使用于重載及尺寸較大的聯(lián)接。a.矩形花鍵聯(lián)接機械基礎(chǔ)(高職高專)第6章軸和軸轂