第17章 軸的連接

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

1.了解軸的分類(lèi)及常用材料；

2.掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算方法。學(xué)習(xí)重點(diǎn)：

階梯軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算方法。學(xué)習(xí)難點(diǎn)：

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第17章軸的連接一、軸的功用和分類(lèi)17.1概述功用：用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等,傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。類(lèi)型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：分類(lèi)：按軸的形狀分有：帶式運(yùn)輸機(jī)減速器電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸1軸的功用和分類(lèi)17.1概述功用：用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等,傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。類(lèi)型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：分類(lèi)：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸---只傳遞扭矩。發(fā)動(dòng)機(jī)后橋傳動(dòng)軸1軸的功用和分類(lèi)17.1概述功用：用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等,傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。類(lèi)型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：分類(lèi)：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸---只傳遞扭矩。心軸---只承受彎矩。前輪輪轂固定心軸火車(chē)輪軸車(chē)廂重力自行車(chē)前輪軸支撐反力轉(zhuǎn)動(dòng)心軸前叉1軸的功用和分類(lèi)17.1概述功用：用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等,傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。類(lèi)型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：分類(lèi)：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸---只傳遞扭矩。心軸---只承受彎矩。直軸光軸

階梯軸

1軸的功用和分類(lèi)17.1概述功用：用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等,傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。類(lèi)型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：分類(lèi)：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸---只傳遞扭矩。心軸---只承受彎矩。直軸光軸

階梯軸

曲軸制1軸的功用和分類(lèi)功用：用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等,傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。類(lèi)型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：分類(lèi)：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸---只傳遞扭矩。心軸---只承受彎矩。直軸光軸

階梯軸

曲軸17.1概述撓性鋼絲軸郭宏亮教授研制轉(zhuǎn)軸：同時(shí)承受彎矩和扭矩心軸：只受彎矩，不受扭矩固定心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸傳動(dòng)軸：主要受扭矩，不受彎矩或彎矩很小載荷運(yùn)轉(zhuǎn)情況應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)軸彎曲扭轉(zhuǎn)單向彎曲：對(duì)稱(chēng)扭轉(zhuǎn)：脈動(dòng)雙向彎曲：對(duì)稱(chēng)扭轉(zhuǎn)：對(duì)稱(chēng)心軸彎曲固定靜應(yīng)力或脈動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱(chēng)傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)單向脈動(dòng)雙向?qū)ΨQ(chēng)各種軸的受力12341——傳動(dòng)軸：T2——轉(zhuǎn)軸：T+M3——轉(zhuǎn)軸：T+M4——心軸：MMotor××××種類(lèi)碳素鋼：35、45、50、Q235軸的毛坯:一般用圓鋼或鍛鋼，有時(shí)也用鑄鋼或球墨鑄鐵。合金鋼:20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等用途：碳結(jié)構(gòu)鋼因具有較好的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用較多，尤其是45鋼應(yīng)用最廣。合金鋼具有較高的力學(xué)性能，但價(jià)格較貴，多用于有特殊要求的軸。正火或調(diào)質(zhì)處理。表17-2

軸的常用材料及其主要力學(xué)性能材料及熱處理毛坯直徑mm硬度HBS強(qiáng)度極限σb

屈服極限σs

MPa彎曲疲勞極限σ-1應(yīng)用說(shuō)明Q235440240200用于不重要或載荷不大的軸35正火520270250有較好的塑性和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，可用于一般曲軸、轉(zhuǎn)軸。≤100149~187

……二軸的材料表17-2

軸的常用材料及其主要力學(xué)性能（續(xù)）材料牌號(hào)熱處理毛坯直徑硬度

mmHBS抗拉強(qiáng)度極限σb屈服強(qiáng)度極限σs彎曲疲勞極限σ-1剪切疲勞極限σ-1許用彎曲應(yīng)力[σ-1]備注應(yīng)用最為廣泛用于不太重要及受載荷不大的軸用于載荷較大，而無(wú)大的沖擊的重要軸用于很重要的軸用于重要軸，性能近于40CrNi用于要求高耐磨性，高強(qiáng)度且熱處理變形很小的軸用于要求強(qiáng)度及韌性均較高的軸用于腐蝕條件下的軸用于高、低溫及腐蝕條件下的軸用于制造復(fù)雜外形的軸≤

100400~420225>100~250375~39021517010540≤

100170~217590295255140>100~300162~217570285245135>100~300685490335185241~286>100~300240~270785570370210>100~300217~269685540345195>100~160241~277785590375220>60~100277~302835685410270≤

200217~255640355275155≤

100735540355200≤

100270~300900735430260≤

100229~286735590365210≤

60293~321930785440280淬火

≤

6056~626403903051605560707570756075≤

100≥241835635395230≤

100530190115>100~200490180110190~270600370215185245~33580048029025045195≤

192滲碳滲碳回火HRC調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)正火熱軋或鍛后空冷Q235A4540Cr40CrNi38SiMnMo38CrMoAlAMPa20Cr3Cr131Cr18NiTiQT600-3QT800-2調(diào)質(zhì)淬火軸的設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)任務(wù)：根據(jù)工作要求并考慮制造工藝等因素，選用合適的材料、初算軸徑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，定出軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，再進(jìn)行工作能力計(jì)算。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。

工作能力計(jì)算：

軸的承載能力驗(yàn)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的驗(yàn)算

軸的設(shè)計(jì)過(guò)程：N選擇材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的承載能力驗(yàn)算驗(yàn)算合格?結(jié)束Y①軸上零件要便于裝拆和調(diào)整，即滿(mǎn)足軸上零件的

裝配要求；

②軸和軸上零件有準(zhǔn)確的工作位置，各零件要牢固而可靠地相對(duì)固定，即滿(mǎn)足零件定位要求；

③加工方便和節(jié)省材料，即滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)工藝性要求；

④軸上零件受力合理,并盡量減少應(yīng)力集中，即滿(mǎn)足

強(qiáng)度要求。軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求：17-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸上零件的裝配要求

軸端擋圈帶輪軸承蓋套筒齒輪滾動(dòng)軸承典型軸系結(jié)構(gòu)一、擬定軸上零件的裝配方案裝配方案：確定軸上零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系。軸上零件的裝配方案不同，則軸的結(jié)構(gòu)形狀也不相同。設(shè)計(jì)時(shí)可擬定幾種裝配方案，進(jìn)行分析與選擇。圖示減速器輸出軸就有兩種裝配方案。saBcLa圓錐圓柱齒輪二級(jí)減速器方案二需要一個(gè)用于軸向定位的長(zhǎng)套筒，加工工藝復(fù)雜，且質(zhì)量較大，故不如方案一合理。方案一方案二二、軸上零件的定位要求

軸肩----階梯軸上截面變化之處。軸肩套筒定位方法：軸肩、套筒、圓螺母、擋圈、軸承端蓋。軸向固定由軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。雙向固定軸肩的尺寸要求:r<C1

或r<Rb≈1.4h(與滾動(dòng)軸承相配合處的h和b值,見(jiàn)軸承標(biāo)準(zhǔn))DdrRC1rh≈(0.07d+3)~(0.1d+5)mmDdrRbDdC1Ddrhh無(wú)法采用套筒或套筒太長(zhǎng)時(shí)，可采用雙圓螺母加以固定。裝在軸端上的零件往往采用軸端擋圈、圓錐面定位。軸端擋圈雙圓螺母軸向力較小時(shí)，可采用彈性擋圈或緊定螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn)。周向固定大多采用鍵、花鍵、過(guò)盈配合或型面聯(lián)接等形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。鍵槽應(yīng)設(shè)計(jì)成同一加工直線例：說(shuō)出軸系中各零件的軸向和周向定位方法。軸端擋圈注意：為定位可靠，安裝輪轂的軸段應(yīng)比輪轂短2—3mm。如①、②兩處。①②箱體端蓋三、各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定確定軸段直徑大小的基本原則：軸段直徑大小取決于作用在軸上的載荷大??；1)按軸所受的扭矩估算軸徑，作為軸的最小軸徑dmin。4)有配合要求的零件要便于裝拆。3)安裝標(biāo)準(zhǔn)件的軸徑，應(yīng)滿(mǎn)足裝配尺寸要求。2)有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。5)與齒輪和聯(lián)軸器等零件相配合部分的軸段長(zhǎng)度一般應(yīng)比輪轂寬度短2-3mm。最小軸徑dmin的確定:T—扭矩，[τT]—許用應(yīng)力，WT—抗扭截面系數(shù)，P—功率，n—轉(zhuǎn)速，d—計(jì)算直徑，A0—材料系數(shù)。

Q275,3540Cr,35SiMn1Cr18Ni9Ti38SiMnMo,3Cr13[τT](N/mm)

15~2520~3525~45

35~55A0

149~126135~112126~103112~97表

常用材料的[τT]值和A0值

軸的材料

Q235-A3,2045R51.001.602.504.006.3010.00R101.001.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.001.001.121.251.401.601.802.002.242.502.803.153.554.004.505.005.606.307.108.009.0010.001.001.061.121.181.251.321.401.501.601.701.801.902.002.122.242.362.502.652.803.003.153.353.553.754.004.254.504.755.005.305.606.006.306.707.107.508.008.509.009.5010.00R40R20優(yōu)先數(shù)----表中任意一個(gè)數(shù)值。大于10的優(yōu)先數(shù)，可將表數(shù)值分別乘以10、100、1000。標(biāo)準(zhǔn)直徑應(yīng)按優(yōu)先數(shù)系選取：

常用的與軸相配的標(biāo)準(zhǔn)件有滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器等。配合軸段的直徑應(yīng)由標(biāo)準(zhǔn)件和配合性質(zhì)確定。1)裝配軸承

與滾動(dòng)軸承配合段軸徑一般為5的倍數(shù)；(φ20~385mm)

與滑動(dòng)軸承配合段軸徑應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)直徑系列軸套：…32、35、38、40、45、48、50、55、60、65、70…..

2)裝配聯(lián)軸器

配合段直徑應(yīng)符合聯(lián)軸器的尺寸系列：聯(lián)軸器的孔徑與長(zhǎng)度系列

孔徑d

3032353840424548505565606365…長(zhǎng)系列

82112142短系列

6084107長(zhǎng)度LQ方案b四、提高軸的強(qiáng)度的常用措施圖示為起重機(jī)卷筒兩種布置方案。A圖中大齒輪和卷筒聯(lián)成一體，轉(zhuǎn)距經(jīng)大齒輪直接傳遞給卷筒，故卷筒軸只受彎矩而不傳遞扭矩。圖b中軸同時(shí)受彎矩和扭矩作用。故載荷相同時(shí)，圖a結(jié)構(gòu)軸的直徑要小。1)改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)

TQ方案a軸徑大軸徑小××電動(dòng)機(jī)1×23FQ×電動(dòng)機(jī)123FQ××四、

提高軸的強(qiáng)度的常用措施當(dāng)軸上有兩處動(dòng)力輸出時(shí)，為了減小軸上的載荷，應(yīng)將輸入輪布置在中間。2)合理布置軸上零件輸出輸出輸入輸出輸出輸入Tmax=T1+T2Tmax=T1T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理3)改進(jìn)軸的局部結(jié)構(gòu)可減小應(yīng)力集中的影響合金鋼對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，應(yīng)加以注意。應(yīng)力集中出現(xiàn)在截面突然發(fā)生變化或過(guò)盈配合邊緣處。措施：①用圓角過(guò)渡；②盡量避免在軸上開(kāi)橫孔、切口或凹槽;應(yīng)力集中處R③重要結(jié)構(gòu)可增加卸載槽、增大軸徑、過(guò)渡肩環(huán)、凹切圓角、增大圓角半徑等也可以減小過(guò)盈配合處的局部應(yīng)力。增大軸的直徑應(yīng)力集中系數(shù)