第十一章-軸及軸轂聯(lián)接

第十一章軸及軸轂聯(lián)接一、軸的分類11-1概述軸的功用：1）支承回轉(zhuǎn)件；2）傳遞運(yùn)動和動力。按所受載荷的不同，分為：◆轉(zhuǎn)軸─同時承受彎矩和扭矩的軸，如減速器的軸?！粜妮S─只承受彎矩的軸，如火車車輪軸?！魝鲃虞S─只承受扭矩的軸，如汽車的傳動軸。轉(zhuǎn)動心軸固定心軸按軸線形狀的不同，軸可分：

曲軸直軸鋼絲軟軸：光軸階梯軸實(shí)心軸空心軸:有特殊要求時，如航空發(fā)動機(jī)的主軸。可以隨意彎曲，把回轉(zhuǎn)運(yùn)動靈活地傳到任意空間位置。軸的概述3軸的設(shè)計(jì)過程：根據(jù)軸上零件的安裝、固定及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)和尺寸。校核軸的強(qiáng)度、剛度和振動穩(wěn)定性等。合理的結(jié)構(gòu)：足夠承載能力：軸的設(shè)計(jì)包括：選材料校核結(jié)束yesno軸的承載能力計(jì)算估算軸的直徑軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)軸基本要求11-2軸的材料對軸材料的要求：強(qiáng)度、剛度、耐磨性及良好的加工工藝性。

材料：常用碳素鋼、合金鋼。經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火處理（加工量大、便于切削）。存在局部磨損情況下，可采用局部硬化方法。普通碳素鋼

如Q235A、Q275等，用于不重要的場合。優(yōu)質(zhì)碳素鋼

如35、45、50等。1.碳素鋼：特點(diǎn)45鋼使用最廣泛強(qiáng)度、剛度、塑性和韌性等綜合機(jī)械性能好應(yīng)力集中敏感性小熱處理后提高耐磨性、疲勞強(qiáng)度2.合金鋼對應(yīng)力集中敏感性較大強(qiáng)度和淬火性比碳素鋼好價格比碳素鋼貴低碳合金鋼如20Cr、

20CrMnTi等，可滲碳淬火中碳合金鋼如40Cr、1Cr18Ni9Ti、40MnB等一般應(yīng)用于有特殊要求的場合；如要求軸的重量輕，尺寸小而受力大；強(qiáng)度、耐磨性要求高；高溫、腐蝕介質(zhì)下工作等。特點(diǎn)注意1）各種鋼材、熱處理前后其彈性模量差別不大，因此要提高剛度不能用合金鋼或通過熱處理的方法獲得。2）合金鋼對應(yīng)力集中敏感性高，設(shè)計(jì)時必須從結(jié)構(gòu)上采取措施，減輕應(yīng)力集中，并降低表面粗糙度。3.球墨鑄鐵和合金鑄鐵

：以鐵代鋼對應(yīng)力集中敏感性較小吸振性、耐磨性好可以做成復(fù)雜形狀價廉沖擊韌性低、質(zhì)量不易控制

毛坯圓鋼棒料尺寸小的軸鍛造毛坯尺寸較大或?yàn)樘岣咻S的強(qiáng)度焊接毛坯大件鍛造困難鑄造毛坯形狀復(fù)雜的軸、空心軸等特點(diǎn)常用材料見表11-111-3軸結(jié)構(gòu)的選擇一.確定裝配方案1.目的——使軸各部分具有合理的形狀和尺寸2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素：①便于裝拆（裝配工藝性）、調(diào)整。②定位準(zhǔn)確、固定可靠（工作時軸上零件有位置要求）。③便于制造（制造工藝性），結(jié)構(gòu)力求簡單。④受力合理，有利于提高強(qiáng)度、剛度（材盡其用）。（并通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高這些方面的性能）影響軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的因素較多，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有較大的靈活性、多樣性，沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。程序：考慮裝拆—定位固定方法與結(jié)構(gòu)—兼顧受力與制造

方案二需要一個用于軸向定位的長套筒，多了一個零件，加工工藝復(fù)雜，且質(zhì)量較大，故不如方案一合理。1)軸向固定

(1)軸肩和軸環(huán)

二、軸上零件的定位與固定軸肩圓角半徑應(yīng)小于相配件圓角，軸肩高度應(yīng)大于。軸肩圓角應(yīng)小于相配件倒角，軸肩高度應(yīng)大于。(2)套筒

(3)圓螺母

(4)軸端擋圈

(5)彈性擋圈

(6)緊定螺釘

平鍵、花鍵緊定螺釘銷過盈配合2.零件的周向固定常用的周向固定方法：防止軸上零件與軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，以傳遞轉(zhuǎn)矩三、各軸段直徑和長度的確定1.直徑的確定原則1)有配合要求的軸段（如軸頭）要取標(biāo)準(zhǔn)值。2)裝配標(biāo)準(zhǔn)件的軸段（如軸頸），其直徑要取標(biāo)準(zhǔn)值，并與所裝配的標(biāo)準(zhǔn)件的配合孔徑一致。3)軸肩（或軸環(huán)）高度的確定。定位軸肩,（半徑差）

h≈（0.07～0.1）d，非定位軸肩（半徑差）h≈

1～2mm4)滾動軸承的定位軸肩的高度必須低于軸承內(nèi)圈端面的（徑向）厚度,以便于軸承的拆卸。5)當(dāng)軸中間裝有零件時，安裝該零件軸段的直徑應(yīng)比裝配該零件時需要通過的其他軸段的直徑大,以便于裝配。6)非配合直徑允許取非標(biāo)準(zhǔn)值，但應(yīng)圓整。7)螺紋直徑應(yīng)符合螺紋標(biāo)準(zhǔn)。

1)與軸上傳動零件相配合的軸段（軸頭）的長度，應(yīng)比配合零件的輪轂寬度略短些，一般短2~3mm。2)軸上各旋轉(zhuǎn)零件與其他靜止零件之間應(yīng)留有適當(dāng)?shù)拈g隙，以防止相互發(fā)生碰撞。3)凡裝有零件的軸頭和軸頸的長度，均應(yīng)考慮裝拆調(diào)整的需要,留足工作空間。4)其他軸段的長度，可根據(jù)軸和機(jī)器的總體結(jié)構(gòu)和布局，結(jié)合零件間的相對位置關(guān)系和要求以及機(jī)器的工作要求等確定。

2.長度的確定原則四、關(guān)于軸的結(jié)構(gòu)工藝性1)從加工工藝性的角度，軸宜取圓截面，并盡量減少階梯數(shù)量。同一軸上的過渡圓角盡可能取相同的圓角半徑，倒角尺寸宜相同，鍵槽要布置在軸的同一加工母線上，并盡量采用相同的規(guī)格。2)從裝配工藝性的角度,為了便于安裝零件和防止突緣處的尖角劃傷所裝配零件的孔壁或傷人,凡裝配時零件通過的軸段,其端面要加工出倒角,倒角一般為45°（或30°、60°），寬度為2~4mm。3)軸上傳動零件應(yīng)與軸肩定位面靠緊，以保證可靠的定位和固定,但軸上的過渡圓角常會形成障礙，從而使軸上的圓角半徑受限制，為此可采用凹切圓槽（或肩環(huán)等結(jié)構(gòu)解決。4)應(yīng)力集中通常是產(chǎn)生疲勞裂紋的主要原因，為了提高軸的疲勞強(qiáng)度，在結(jié)構(gòu)上、加工工藝上應(yīng)注意盡量避免在軸上安排和設(shè)置易嚴(yán)重產(chǎn)生應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)，如螺紋、橫孔、凹槽、錐坑等。無法避免時，要采取一定的措施減緩應(yīng)力集中，如適當(dāng)加大軸肩處圓角半徑、設(shè)置卸載槽等。11－4軸的強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算準(zhǔn)則：滿足軸的強(qiáng)度、剛度要求，對高速軸還應(yīng)驗(yàn)算其振動穩(wěn)定性。方法：初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，再進(jìn)行效核計(jì)算。一.軸的強(qiáng)度效核計(jì)算①對傳動軸，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算；②對心軸，按彎曲強(qiáng)度計(jì)算；③對轉(zhuǎn)軸，按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算。必要時還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確計(jì)算；④對瞬時過載很大的軸，還應(yīng)效核其靜強(qiáng)度。以免塑性變形過大。該方法適用于只承受扭矩的傳動軸，亦可對轉(zhuǎn)軸進(jìn)行近似計(jì)算。對于轉(zhuǎn)軸由軸的結(jié)構(gòu)而定轉(zhuǎn)矩彎矩(跨距？力作用點(diǎn)？)解決辦法：用降低來考慮的影響表11-2*設(shè)計(jì)式：僅考慮的強(qiáng)度條件對于實(shí)心圓軸的強(qiáng)度條件為：一.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算(傳動軸或初算軸徑)二、心軸強(qiáng)度計(jì)算：轉(zhuǎn)動心軸：固定心軸：考慮啟動、停車等的影響，彎矩視脈動循環(huán)三、轉(zhuǎn)軸按當(dāng)量彎矩校核軸徑條件：已知支點(diǎn)、扭距，彎矩

步驟：

1)作軸的空間受力簡圖；求水平面支反力、

，作水平面彎矩圖。求垂直平面內(nèi)支反力、，作垂直平面內(nèi)的彎矩圖；4)作扭矩圖；

3)作合成彎矩圖（）；5)作當(dāng)量彎矩圖（）；

6)校核

危險截面軸的強(qiáng)度。設(shè)計(jì)公式

≤≥

當(dāng)量彎矩和在轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的應(yīng)力性質(zhì)可能不同。

產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力為：大小和方向不變大小經(jīng)常變化大小和方向經(jīng)常變化靜應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力將轉(zhuǎn)化為對稱循環(huán)變化來考慮折算系數(shù)（）ott（）ot（）to軸的應(yīng)力分為三類撓度

；偏轉(zhuǎn)角

；扭轉(zhuǎn)角

≤≤≤有的軸除了要滿足強(qiáng)度要求外，還提出了變形不應(yīng)過大的要求。這就需要進(jìn)行剛度計(jì)算。由材料力學(xué)知，軸的剛度包括彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。彎曲剛度主要影響旋轉(zhuǎn)零件及軸承的工作；扭轉(zhuǎn)剛度則會影響機(jī)器的工作精度及旋轉(zhuǎn)零件上載荷分布的均勻性，它們對軸的振動也有影響。為使軸滿足剛度要求，軸在載荷作用下產(chǎn)生的撓度y、轉(zhuǎn)角θ和扭轉(zhuǎn)角φ應(yīng)小于相應(yīng)的許用值，即

11－5軸的剛度校核一、鍵聯(lián)接的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用1.平鍵聯(lián)接

平鍵的兩側(cè)面是工作表面，工作時靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面之間留有間隙。

11-6軸轂聯(lián)接1）普通平鍵

2）薄型平鍵

鍵高約為普通平鍵的60%~70%。圓頭、方頭、單圓頭用于薄臂結(jié)構(gòu)、空心軸等徑向尺寸受限制的聯(lián)接。

3）導(dǎo)向平鍵與滑鍵——用于動聯(lián)接，即軸與輪轂間有相對軸向移動的聯(lián)接。特點(diǎn)：裝拆方便，對零件對中性無影響，容易制造，作用可靠，多用于高精度聯(lián)接。但只能圓周固定，不能承受軸向力。

2、半圓鍵聯(lián)接

軸槽用與半圓鍵形狀相同的銑刀加工，鍵能在槽中繞幾何中心擺動，鍵的側(cè)面為工作面，工作時靠其側(cè)面的擠壓來傳遞扭矩。

優(yōu)點(diǎn)：工藝性好，裝配方便，適用于錐形軸與輪轂的聯(lián)接。缺點(diǎn)：軸槽對軸的強(qiáng)度削弱較大。只適宜輕載聯(lián)接。

特點(diǎn)：適用于低速輕載、精度要求不高。對中性較差，力有偏心。不宜高速和精度要求高的聯(lián)接，變載下易松動。鉤頭只用于軸端聯(lián)接，如在中間用鍵槽應(yīng)比鍵長2倍才能裝入。且要罩安全罩。

3、楔鍵聯(lián)接

4、切向接聯(lián)接

工作原理：靠工作面與軸及輪轂相擠壓來傳遞扭矩。

二、平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算1、鍵的選擇鍵的選擇包括鍵的類型和尺寸的選擇兩方面。鍵的截面尺寸根據(jù)軸的直徑由標(biāo)準(zhǔn)查得。鍵的長度L按軸上零件的輪轂寬度而定，一般略小于輪轂寬度。2、鍵的失效形式和強(qiáng)度計(jì)算失效形式：壓潰（靜聯(lián)接—鍵、軸、轂中較弱者）、磨損（動聯(lián)接）、鍵的剪斷（較少）。

擠壓強(qiáng)度為：

≤花鍵聯(lián)接由具有多個沿周向均布的凸齒的外花鍵和有對應(yīng)凹槽的內(nèi)花鍵組成。齒的側(cè)面是工作面。花鍵按其齒型分為矩形花鍵和漸開線花鍵兩種。三、