《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課件-第12章 軸與輪轂聯(lián)接

第12章軸及

軸轂聯(lián)接第12章軸與輪轂聯(lián)接12.1軸的類型12.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12.3軸的材料及選擇12.5軸轂連接10.1軸的類型及其材料一、軸的功用及其類型1.功用1）支承回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)零件；2）傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力2.類型①按其結(jié)構(gòu)形狀分為光軸和階梯軸。階梯軸光軸②按軸的軸線形狀可分為:直軸、曲軸、撓性軸曲軸撓性鋼絲軸直軸③按軸功用和承載情況，可分為三種類型：

轉(zhuǎn)軸—既傳遞扭矩又承受彎矩

心軸—只承受彎矩

傳動(dòng)軸—只傳遞扭矩自行車前軸--心軸汽車的傳動(dòng)軸

減速器軸—轉(zhuǎn)軸此外，軸還可以分為實(shí)心軸和空心軸。1234Motor×××齒輪與卷筒之間用螺栓連接問：根據(jù)承載情況下列各軸分別為哪種類型？傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸一、概述1.典型轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)實(shí)例10.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求(4)形狀、尺寸要求改善載荷分布和有利于減少應(yīng)力集中。2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念確定軸的外形及全部結(jié)構(gòu)尺寸。(1)定位要求要求軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置。(2)固定要求要求軸上各零件的位置要可靠地固定。(3)工藝要求軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于軸的加工和軸上零件裝拆（裝配）。二、軸上零件的定位和固定

（1）軸肩和軸環(huán)1.軸上零件的軸向定位和固定

軸肩和軸環(huán)是軸段因直徑變化而形成的結(jié)構(gòu)，都對(duì)軸上零件起單向定位和固定作用。正確結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)表11.6.1圓角半徑R1和倒角C1/mm軸徑d＞10～18＞18～30＞30～50＞50～80＞80～100R0.81.01.62.02.5R1或C11.62.03.04.05.0（2）套筒和圓螺母注意：軸上兩零件相距較近時(shí)，一般采用套筒；當(dāng)兩零件相距較遠(yuǎn)時(shí)，可采用圓螺母。

應(yīng)力集中，削弱強(qiáng)度套筒（3）軸端擋圈和圓錐面軸端擋圈和圓錐面

兩者常結(jié)合起來使用，軸上零件裝拆方便。軸端擋圈和圓柱面注意：主要用于軸上零件與軸的同心度要求較高或軸受振動(dòng)的場合，且多用于軸端。（4）彈性擋圈和緊定螺釘結(jié)構(gòu)簡單，但只能承受較小的軸向力。2.軸上零件的周向定位和固定

平鍵連接花鍵連接過盈配合銷連接成形連接三、軸的結(jié)構(gòu)工藝性

軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于軸上零件的裝拆和固定通常做成階梯軸。2.軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工制造（1）軸上需切制螺紋時(shí)應(yīng)留出退刀槽；（2）軸段需磨削時(shí)應(yīng)留有砂輪越程槽；（3）軸端和各軸段端部應(yīng)有45o倒角，軸上的倒角和圓角半徑盡量一致；（4）不同軸段有幾個(gè)鍵槽時(shí)應(yīng)位于同一母線上。3.軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于減少應(yīng)力集中（1）盡量減少階梯數(shù)；（2）相鄰軸段尺寸變化盡量小，且要有過渡圓角；（4）提高軸的表面質(zhì)量，降低表面粗糙度數(shù)值。（3）盡量避免在軸上開橫孔、凹槽和加工螺紋；凹切圓角過渡肩環(huán)卸荷槽（4）與零件相配合的軸頭直徑，應(yīng)采用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。四、軸的尺寸

確定軸的直徑除應(yīng)考慮滿足強(qiáng)度與剛度要求外，還要考慮下面因素的影響：（1）與滾動(dòng)軸承配合的軸頸直徑，必須符合滾動(dòng)軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)；（2）軸上車制螺紋部分的直徑，必須符合螺紋標(biāo)準(zhǔn)；（3）安裝聯(lián)軸器的軸頭直徑應(yīng)與聯(lián)軸器的孔徑范圍相適應(yīng)；10.3軸的材料及選擇1.選擇軸的材料時(shí)應(yīng)主要考慮的因素：（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）軸的材料來源和經(jīng)濟(jì)性等。2.軸的常用材料（2）35、40等優(yōu)質(zhì)碳素鋼，其中價(jià)廉物美的45

應(yīng)用最普遍。（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼，如Q235、Q275等。附：軸常用材料及機(jī)械性能表

（4）球墨鑄鐵，代替合金結(jié)構(gòu)鋼做形狀復(fù)雜的軸，吸振性好，對(duì)應(yīng)力敏感性低。3.軸的毛坯形式一般采用軋制的圓鋼或鍛件。（3）合金鋼，如35CrMo、40Cr等，比碳鋼更好的機(jī)械性能和淬透性，價(jià)格更高。軸的常用材料及其機(jī)械性能表注意：軸上有鍵槽時(shí)，應(yīng)將上式軸徑d的計(jì)算結(jié)果提高，一個(gè)鍵槽提高3～5%，二個(gè)鍵槽提高7～10%常用材料的[τ]值和C值10.4軸轂連接軸轂連接：實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件周向固定的連接。一、鍵連接、花鍵和銷連接1.鍵連接的類型，構(gòu)造及工作原理松鍵連接緊鍵連接鍵連接軸轂連接的主要形式：鍵連接和花鍵連接。普通平鍵連接導(dǎo)向平鍵連接半圓鍵連接滑鍵連接松鍵連接

松鍵連接依靠兩側(cè)面相互擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩。鍵的上表面與輪轂鍵槽底面間有間隙，便于裝拆。(1)松鍵連接普通平鍵連接

通常用于軸上傳動(dòng)零件相對(duì)軸作軸向移動(dòng)且移動(dòng)距離不大的場合。導(dǎo)向平鍵連接滑鍵連接

通常用于軸上傳動(dòng)零件相對(duì)軸作軸向移動(dòng)且移動(dòng)距離較大的場合。

多用于錐形軸端的軸轂連接。半圓鍵可在軸的鍵槽內(nèi)擺動(dòng)，來適應(yīng)輪轂鍵槽底面的斜度。由于軸上鍵槽過深，對(duì)軸的強(qiáng)度削弱較大，適用于輕載連接。半圓鍵連接(2)緊鍵聯(lián)接緊鍵聯(lián)接楔鍵聯(lián)接切向鍵聯(lián)接普通楔鍵鉤頭楔鍵楔鍵聯(lián)接普通鍥鍵鉤頭鍥鍵

工作時(shí)，靠鍵上下面楔緊的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩，楔緊力會(huì)使軸轂產(chǎn)生偏心，故多用于對(duì)中要求不高和轉(zhuǎn)速較低的場合。

由一對(duì)普通楔鍵組成。一對(duì)切向鍵只能傳遞單向轉(zhuǎn)矩。要傳遞雙向轉(zhuǎn)矩，需要兩對(duì)鍵，并分布成1200～1350。切向鍵對(duì)中性差，對(duì)軸的削弱大，故多用于重型及礦山機(jī)械。切向鍵花鍵連接比平鍵連接定心性好、導(dǎo)向性好、傳遞載荷能力強(qiáng)，對(duì)軸的削弱小(齒淺、應(yīng)力集中小)，制造要用專門的設(shè)備和工具。故花鍵連接適用于載荷較大，定心精度要求較高的連接中。2.花鍵連接的類型，特點(diǎn)和選用矩形齒花鍵漸開線花鍵漸開線花鍵花鍵連接矩形齒花鍵(常用)3、銷聯(lián)接二、平鍵聯(lián)接的選擇與強(qiáng)度校核1.鍵聯(lián)接的失效分析①普通平鍵為較弱零件的工作面壓潰，故一般只需校核擠壓強(qiáng)度。②鍵與軸的鍵槽或與輪轂的鍵槽在相互接觸面上產(chǎn)生擠壓，因擠壓力過大而造成的局部塑性變形－－擠壓變形。（１）鍵連接可能產(chǎn)生兩種變形①鍵沿軸與輪轂的交界面發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)－剪切變形②動(dòng)連接的導(dǎo)向平鍵和滑鍵連接為磨損，故進(jìn)行耐磨性計(jì)算，限制壓強(qiáng)。（２）鍵連接的主要失效形式2.平鍵聯(lián)接的選擇b、h有軸徑d查手冊(cè)選取L應(yīng)比輪轂寬度小5～10mm⑴尺寸確定：⑶材料及許用應(yīng)力⑵強(qiáng)度不足時(shí)，采用的方法：②增加鍵的數(shù)量σp≥600MPa的碳素鋼，

如：45鋼①增加L雙鍵時(shí)，

載荷按1.5個(gè)鍵計(jì)算3.剪切和擠壓強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算（1）剪切實(shí)用計(jì)算剪切實(shí)用強(qiáng)度條件為：（2）擠壓實(shí)用計(jì)算擠壓實(shí)用計(jì)算的強(qiáng)度條件公式：關(guān)于擠壓面積Ap：①當(dāng)接觸面是平面時(shí)，其接觸面積就是擠壓面面積；②當(dāng)接觸面是圓柱面的一部分時(shí)，則用接觸面在擠壓力垂直方向上的投影面積作為擠壓面積。例題：如圖所示為一傳動(dòng)軸，直徑d＝50mm，用平鍵傳遞力偶M＝720Km。鍵的材料為Q275，其[τj]＝110MＰa，[σp]＝250MＰa，試選擇平鍵，并校核其強(qiáng)度。解：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，