7-1-軸和軸轂連接

§7.1軸和軸轂連接§7.2滑動(dòng)軸承§7.3滾動(dòng)軸承§7.4聯(lián)軸器和離合器§7.5螺紋連接第7章軸和軸轂聯(lián)接7.1軸和軸轂連接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。一、軸的分類：1、按照承受載荷的不同，軸可分為：

轉(zhuǎn)軸：同時(shí)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(dòng)軸：只傳遞轉(zhuǎn)矩不承受彎矩(或彎矩很小)，如汽車的傳動(dòng)軸。

轉(zhuǎn)動(dòng)心軸固定心軸例：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(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)的主軸。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。2、按照軸線形狀的不同，軸可分為曲軸和直軸兩大類。光軸階梯軸曲軸：撓性軸：3、

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(qiáng)化處理可以顯著提高軸的抗疲勞強(qiáng)度。

軸的材料種類很多，選擇時(shí)應(yīng)主要考慮如下因素：

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。碳素鋼比合金鋼價(jià)格低廉，對(duì)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(hào)鋼。對(duì)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(jī)械性能和淬火性能，但對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，且價(jià)格較貴，多用于對(duì)強(qiáng)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(jī)械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下工作的軸。

球墨鑄鐵和高強(qiáng)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(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，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)，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(qiáng)度較好，因此，重要的大尺寸的軸，常用鍛造毛坯。

軸的材料及選擇二軸徑的估算方法1

軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算這種方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的軸的強(qiáng)度計(jì)算。在作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常用這種方法初步估算軸徑。實(shí)心軸的直徑為：

軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為為了減少鍵槽對(duì)軸的削弱，可按以下方式修正軸徑有一個(gè)鍵槽有兩個(gè)鍵槽軸徑d＞100mm軸徑增大3%軸徑增大7%軸徑d≤100mm軸徑增大5%～7%軸徑增大10%～15%2經(jīng)驗(yàn)公式類比法根據(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。參考同類型已有機(jī)器的相似軸結(jié)構(gòu)尺寸，通過分析對(duì)比確定設(shè)計(jì)軸直徑。高速輸入軸：與其相連的電動(dòng)機(jī)軸直徑低速軸：同級(jí)齒輪的中心距a

軸的結(jié)構(gòu)和形狀取決于下面幾個(gè)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(jì)軸時(shí)要全面綜合的考慮各種因素。三軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：①軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置②軸上零件應(yīng)有可靠的相對(duì)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)2零件在軸上的固定軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置定位：零件有準(zhǔn)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（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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。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(shí)實(shí)現(xiàn)周向和軸向固定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)中性好，對(duì)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(duì)中性好，工作可靠，制造困難應(yīng)用少。(2)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(huì)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(chǎng)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(shí)，常需采用其他附件來防止零件向另一方向移動(dòng)。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(jiǎn)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(duì)軸的強(qiáng)度影響較大。

——圓螺母定位特點(diǎn)：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3)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。

應(yīng)用：常用于固定滾動(dòng)軸承等的軸向定位4)當(dāng)軸向力很小，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。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(dòng)和沖擊的場(chǎng)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(duì)整個(gè)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。

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)用套筒、螺母、軸端擋圈固定時(shí)必須滿足

軸段長(zhǎng)度<輪轂的軸向長(zhǎng)度3

軸的加工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。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(jì)時(shí)應(yīng)減少應(yīng)力集中，以提高軸的疲勞強(qiáng)度，尤為重要。a.軸截面尺寸突變處會(huì)造成應(yīng)力集中，所以對(duì)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(qiáng)化方法，均可提高軸的疲勞強(qiáng)度。b.當(dāng)傳矩由一個(gè)傳動(dòng)件輸入，而由幾個(gè)傳動(dòng)件輸出時(shí)，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。盡量避免各軸段剖面突然改變以降低局部應(yīng)力集中，提高軸的疲勞強(qiáng)度。改變軸上零件的布置，有時(shí)可以減小軸上的載荷。

四處錯(cuò)誤正確答案三處錯(cuò)誤正確答案兩處錯(cuò)誤1.左側(cè)鍵太長(zhǎng)，套筒無法裝入2.多個(gè)鍵應(yīng)位于同一母線上結(jié)構(gòu)示例1：

結(jié)構(gòu)改錯(cuò)⑤套筒太高⑥軸承沒定位⑦軸向定位不確定⑧無調(diào)整墊片①無定位軸肩②端蓋無密封③鍵槽太長(zhǎng)④無非定位軸肩①②③④⑤⑥⑦⑧正確結(jié)果：請(qǐng)完成如圖所示的軸系設(shè)計(jì)。請(qǐng)選擇齒輪的裝配方向四軸轂聯(lián)接常用的軸轂聯(lián)接有鍵聯(lián)接、花鍵、銷聯(lián)接等。1

鍵聯(lián)接

軸轂聯(lián)接主要是用來實(shí)現(xiàn)軸和輪轂之間的周向固定并用來傳遞運(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、下表面為非工作面。工作時(shí)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A型C型B型導(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)擊查看三維圖導(dǎo)向平鍵聯(lián)接滑鍵聯(lián)接平鍵的尺寸平鍵的失效

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（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。（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。普通楔鍵勾頭楔鍵楔鍵聯(lián)接4．切向鍵由兩個(gè)斜度為1:100的楔鍵組成。一個(gè)切向鍵只能傳遞一個(gè)方向的轉(zhuǎn)矩，傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時(shí)，須用互成120°～130°角的兩個(gè)鍵。切向鍵聯(lián)接

花鍵聯(lián)接由軸上加工出多個(gè)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(shí)靠鍵齒的側(cè)面互相擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩。其優(yōu)點(diǎn)：比平鍵聯(lián)接承載能力強(qiáng)；軸與零件的定心性好；導(dǎo)向性好。對(duì)軸的強(qiáng)度削弱小；缺點(diǎn)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(chǎng)合?；ㄦI已標(biāo)準(zhǔn)化，按齒廓的不同，可分矩形花鍵和漸開線花鍵。5．花鍵聯(lián)接由軸和輪轂孔沿四周方向均部的多個(gè)鍵齒構(gòu)成的聯(lián)接稱謂花鍵聯(lián)接。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(qiáng)度高、易于定心和精度高，使用于重載及尺寸較大的聯(lián)接。觀看花鍵的安裝花鍵