軸和軸轂連接【高級(jí)課堂】

1、14.1 軸的分類和設(shè)計(jì)要求 14.2 軸的材料及其選擇 14.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14.4 軸的強(qiáng)度計(jì)算 14.5 軸轂連接,第14章 軸和軸轂聯(lián)接,1,高等課堂,14.1 軸的分類和設(shè)計(jì)要求,軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,按照承受載荷的不同，軸可分為,除了剛性軸外，還有鋼絲軟軸，可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳到不開敞地空 間位置,轉(zhuǎn)軸同時(shí)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(dòng)軸只承受扭矩的軸，如汽車的傳動(dòng)軸,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(shí)心軸，有特殊要求時(shí)也可制成空心軸，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主

2、軸,2,高等課堂,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(jié)構(gòu)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(zhì)以及聯(lián)結(jié)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,3,高等課堂,14.2 軸的材料及選擇,碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)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(xué)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(zhì)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

3、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(qiáng)化處理可以顯著提高軸的抗疲勞強(qiáng)度,軸的常用材料及其部分機(jī)械性能（見下頁(yè),高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵可用于制造外形復(fù)雜的軸，且具有價(jià)廉、良好的吸振性和耐磨性，以及對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點(diǎn)，但是質(zhì)較脆,4,高等課堂,14.2 軸的材料及選擇,5,高等課堂,14.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),6,高等課堂,軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足下列要求： 1）軸和裝配在軸上的零件應(yīng)有正確的工作位置和可靠的相對(duì)固定。 2）軸應(yīng)有良好的工藝性，便于制造和進(jìn)行軸上零件的裝配及調(diào)整。 3）軸的結(jié)構(gòu)

4、要有利于減少應(yīng)力集中。 4）受力合理，有利于減輕軸的重量和節(jié)省材料,14.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),7,高等課堂,14.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),類比法,設(shè)計(jì)計(jì)算法,根據(jù)軸的工作條件，選擇與其相似的軸進(jìn)行類比及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(yīng)力。 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算出軸的最小直徑。 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)，繪制出軸的結(jié)構(gòu)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(zhǎng)度 根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)確定軸的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，如圓角、倒角等尺寸 按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核。 修改軸的結(jié)構(gòu)后再進(jìn)行校核計(jì)算。 繪制軸的零件圖,8,高等課堂,1、確定軸的各段直徑 估算軸的最小直徑

5、 其中A值可以查表確定 其余各段軸的直徑確定應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1）應(yīng)考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的影響，若該處有一個(gè)鍵槽，直徑增加3%-5%，若有兩個(gè)鍵槽，直徑增加7%-10% 2）裝配標(biāo)準(zhǔn)件處，其軸段直徑必須符合標(biāo)準(zhǔn)件的標(biāo)準(zhǔn)直徑系列值 3）有定位要求的軸段，軸的直徑應(yīng)滿足定位要求。 4）非配合軸段直徑，可不取標(biāo)準(zhǔn)值，但是一般應(yīng)取整數(shù),14.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),9,高等課堂,2、確定軸的各段長(zhǎng)度 確定軸的各段長(zhǎng)度，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1）當(dāng)零件需要軸向定位時(shí)，則該處軸段的長(zhǎng)度應(yīng)比所裝零件的寬度小（2-3mm），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(zhǎng)度一般與軸承寬度相同。 3）軸段長(zhǎng)度的確

6、定應(yīng)考慮軸系中各零件之間的相互關(guān)系和裝拆工藝要求,14.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),10,高等課堂,14.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),14.3.3 零件在軸上的固定,周向固定,為了傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，防止軸上零件與軸作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，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,11,高等課堂,軸向固定,零件在軸上的軸向定位要準(zhǔn)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,12,高等課堂,用軸肩或軸環(huán)固定零件時(shí)，常需采用其他附件來(lái)防止零件向另一方向移動(dòng),13,高等課堂,當(dāng)軸向力不大而軸上零件間的距離較大時(shí)，可采用彈性擋圈固定,14,高等課堂,當(dāng)軸向力很

7、小，轉(zhuǎn)速很低或僅為防止零件偶然沿軸向滑動(dòng)時(shí)，可采用緊定螺釘固定,15,高等課堂,14.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),14.3.4 軸的制造和裝配工藝性,軸的形狀要力求簡(jiǎn)單，階梯軸的級(jí)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(yàn),軸上需磨削的軸段應(yīng)設(shè)計(jì)出砂輪越程槽，需車制螺紋的軸段應(yīng)有退刀槽,當(dāng)軸上有多處鍵槽時(shí)，應(yīng)使各鍵槽位于軸的同一母線上,為使軸便于裝配，軸端應(yīng)有倒角,對(duì)于階梯軸常設(shè)計(jì)成兩端小中間大的形狀，以便于零件從兩端裝拆,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)使各零件在裝配時(shí)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,16,高等課堂,改變軸上零件的布置，有時(shí)可以減小

8、軸上的載荷,14.3.5提高軸的強(qiáng)度與剛度措施 1、改善軸的受力情況,17,高等課堂,改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)也可以減小軸上的載荷,18,高等課堂,14.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(jié)構(gòu)上應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中源 合理選擇鍵聯(lián)接 減少軸與零件過盈連接的應(yīng)力集中?？梢圆捎孟聢D的方式,14.3.5提高軸的強(qiáng)度與剛度措施 2、改善軸的結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中,3、提高軸的表面質(zhì)量,19,高等課堂,14.4 軸的強(qiáng)度計(jì)算,14.4.1 軸的彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算,危險(xiǎn)截面需要強(qiáng)度校核,建立力學(xué)模型,具體計(jì)算步驟,完成軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，作用在軸上外載荷（轉(zhuǎn)矩和彎矩）的大小、方向、作用點(diǎn)

9、、載荷種類及支點(diǎn)反力等就已確定可按彎扭合成的理論進(jìn)行軸危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度校核,進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)通常把軸當(dāng)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(diǎn)取為零件輪轂寬度的中點(diǎn)。支點(diǎn)反力的作用點(diǎn)一般可近似地取在軸承寬度的中點(diǎn)上,20,高等課堂,14.4 軸的強(qiáng)度計(jì)算,計(jì)算步驟,1）畫出軸的空間力系圖。將軸上作用力分解為水平面分力和垂直面 分力，并求出水平面和垂直面的支點(diǎn)反力,2）分別作出水平面上的彎矩圖和垂直面上的彎矩圖,3）計(jì)算出合成彎矩 繪出合成彎矩圖,4）作出轉(zhuǎn)矩（T）圖,5）計(jì)算當(dāng)量彎矩 ，繪出當(dāng)量彎矩圖,6）校核危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度,21,高等課堂,14.4 軸的強(qiáng)度計(jì)算,14.4.2

10、 軸的剛度計(jì)算,軸的計(jì)算5,1. 軸的彎曲剛度校核計(jì)算,軸的彎曲剛度條件為,撓 度 yy,偏轉(zhuǎn)角,2軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算,軸的扭轉(zhuǎn)剛度以扭轉(zhuǎn)角來(lái)度量。軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為,y和分別為軸的許用撓度及許用偏轉(zhuǎn)角,軸的彎曲剛度以撓度y和偏轉(zhuǎn)角來(lái)度量。 對(duì)于光軸，可直接用材料力學(xué)中的公式計(jì)算其撓度或偏轉(zhuǎn)角。 對(duì)于階梯軸，可將其轉(zhuǎn)化為當(dāng)量直徑的光軸后計(jì)算其撓度或偏轉(zhuǎn)角,22,高等課堂,14.5 軸轂聯(lián)接,常用的軸轂聯(lián)接有鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接等,14.5.1 鍵聯(lián)接,軸轂聯(lián)接主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)軸和輪轂之間的周向固定并用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)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

11、表面為非工作面。工作時(shí)靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來(lái)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,23,高等課堂,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,點(diǎn)擊查看三維圖,24,高等課堂,A型,C型,B型,25,高等課堂,導(dǎo)向平鍵和滑鍵,導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動(dòng)聯(lián)接。當(dāng)輪轂需要在軸上沿軸向移動(dòng)時(shí)可采用這種鍵聯(lián)接,當(dāng)被聯(lián)接零件滑移距離較大時(shí)，宜采用滑鍵,導(dǎo)向平鍵,滑 鍵,點(diǎn)擊查看三維圖,26,高等課堂,平鍵的尺寸,1)根

12、據(jù)軸的直徑d從標(biāo)準(zhǔn)中選取平鍵的寬度b和高度h 2）鍵長(zhǎng)L根據(jù)輪轂寬度B確定，一般L=B-（5-10）mm，并符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定長(zhǎng)度,27,高等課堂,平鍵的失效,平鍵聯(lián)接工作時(shí)的主要失效形式為組成聯(lián)接的鍵、軸和輪轂中強(qiáng)度較弱材料表面的壓潰，極個(gè)別情況下也會(huì)出現(xiàn)鍵被剪斷的現(xiàn)象。通常只須按工作面上的擠壓強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算,鍵被剪斷,28,高等課堂,平鍵聯(lián)接的受力情況如圖所示。假設(shè)載荷沿鍵的長(zhǎng)度方向是均布的，平鍵聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度條件為,導(dǎo)向平鍵聯(lián)接的主要失效形式為組成鍵聯(lián)接的軸或輪轂工作面部分的磨損，須按工作面上的壓強(qiáng)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，強(qiáng)度條件為,29,高等課堂,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(dòng)， 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,30,高等課堂,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(shí)，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,觀看楔鍵的安