軸與軸轂連接

1、14.1 軸的分類和設計要求14.2 軸的材料及其選擇14.3 軸的結構設計14.4 軸的強度計算14.5 軸轂連接第14章 軸和軸轂聯接14.1 軸的分類和設計要求軸的主要功用是支承回轉零件及傳遞運動和動力。 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，可以把回轉運動靈活地傳到不開敞地空間位置。 轉軸同時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。 傳動軸只承受扭矩的軸，如汽車的傳動軸。直軸根據外形的不同，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。軸一般是實心軸，有特殊要求時也可制成空心軸，如航空發(fā)動機的主軸。 軸上各段的名稱

2、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。軸的結構和形狀取決于：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、配合性質以及聯結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14.2 軸的材料及選擇碳鋼比合金鋼價廉，對應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

3、的材料主要是碳鋼和合金鋼，鋼軸的毛坯多數用圓鋼或鍛件，各種熱處理和表面強化處理可以顯著提高軸的抗疲勞強度。軸的常用材料及其部分機械性能（見下頁） 高強度鑄鐵和球墨鑄鐵可用于制造外形復雜的軸，且具有價廉、良好的吸振性和耐磨性，以及對應力集中的敏感性較低等優(yōu)點，但是質較脆。14.2 軸的材料及選擇14.3 軸的結構設計軸的結構應滿足下列要求： 1）軸和裝配在軸上的零件應有正確的工作位置和可靠的相對固定。 2）軸應有良好的工藝性，便于制造和進行軸上零件的裝配及調整。 3）軸的結構要有利于減少應力集中。 4）受力合理，有利于減輕軸的重量和節(jié)省材料。14.3 軸的結構設計14.3 軸的結構設計類比法設計

4、計算法根據軸的工作條件，選擇與其相似的軸進行類比及結構設計，畫出軸的零件圖。根據軸的工作條件選擇材料，確定許用應力。按扭轉強度估算出軸的最小直徑。設計軸的結構，繪制出軸的結構草圖。包括根據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；確定各軸段的長度根據有關設計手冊確定軸的結構細節(jié)，如圓角、倒角等尺寸按彎扭合成進行軸的強度校核。修改軸的結構后再進行校核計算。繪制軸的零件圖1 1、確定軸的各段直徑、確定軸的各段直徑 估算軸的最小直徑估算軸的最小直徑 其中其中A A值可以查表確定值可以查表確定 其余各段軸的直徑確定應注意以下幾點：其余各段軸的直徑確定應注意以下幾點：1 1）應考慮鍵槽對軸

5、的強度的影響，若該處有一個鍵槽，直）應考慮鍵槽對軸的強度的影響，若該處有一個鍵槽，直徑增加徑增加3%-5%3%-5%，若有兩個鍵槽，直徑增加，若有兩個鍵槽，直徑增加7%-10%7%-10%2 2）裝配標準件處，其軸段直徑必須符合標準件的標準直徑）裝配標準件處，其軸段直徑必須符合標準件的標準直徑系列值系列值3 3）有定位要求的軸段，軸的直徑應滿足定位要求。）有定位要求的軸段，軸的直徑應滿足定位要求。4 4）非配合軸段直徑，可不取標準值，但是一般應取整數。）非配合軸段直徑，可不取標準值，但是一般應取整數。3nPAd 14.3 軸的結構設計2、確定軸的各段長度、確定軸的各段長度確定軸的各段長度，應注

6、意以下幾點：確定軸的各段長度，應注意以下幾點：1 1）當零件需要軸向定位時，則該處軸段的長度應比所裝零）當零件需要軸向定位時，則該處軸段的長度應比所裝零件的寬度小（件的寬度?。?-3mm2-3mm），以保證零件沿軸向可靠定位，如裝），以保證零件沿軸向可靠定位，如裝齒輪段齒輪段2 2）裝軸承處的軸段長度一般與軸承寬度相同。）裝軸承處的軸段長度一般與軸承寬度相同。3 3）軸段長度的確定應考慮軸系中各零件之間的相互關系和）軸段長度的確定應考慮軸系中各零件之間的相互關系和裝拆工藝要求。裝拆工藝要求。14.3 軸的結構設計14.3 軸的結構設計14.3.3 零件在軸上的固定周向固定 為了傳遞運動和轉矩，

7、防止軸上零件與軸作相對轉動，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、銷和過盈配合等聯接。 軸向固定 零件在軸上的軸向定位要準確而可靠，以使其安裝位置確定，能承受軸向力而不產生軸向位移 軸肩由定位面和內圓角組成bDhrRdDhCrd用軸肩或軸環(huán)固定零件時，常需采用其他附件來防止零件向另一方向移動。當軸向力不大而軸上零件間的距離較大時，可采用彈性擋圈固定。當軸向力很小，轉速很低或僅為防止零件偶然沿軸向滑動時，可采用緊定螺釘固定。14.3 軸的結構設計14.3.4 軸的制造和裝配工藝性軸的形狀要力求簡單，階梯軸的級數應盡可能少，軸上各段的鍵槽、圓角半徑、倒角、中心孔等尺寸應盡可能統(tǒng)

8、一，以利于加工和檢驗 軸上需磨削的軸段應設計出砂輪越程槽，需車制螺紋的軸段應有退刀槽當軸上有多處鍵槽時，應使各鍵槽位于軸的同一母線上 為使軸便于裝配，軸端應有倒角 對于階梯軸常設計成兩端小中間大的形狀，以便于零件從兩端裝拆 軸的結構設計應使各零件在裝配時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 改變軸上零件的布置，有時可以減小軸上的載荷。 輸入T1+T2T1T2T1T2輸入14.3.5提高軸的強度與剛度措施1、改善軸的受力情況改進軸上零件的結構也可以減小軸上的載荷。 圖13.12 卷筒的輪轂結構MmaxMmax14.3 軸的結構設計階梯軸段直徑不宜相差太大軸肩處的過度圓角盡量大

9、些結構上應盡量減少應力集中源合理選擇鍵聯接減少軸與零件過盈連接的應力集中?？梢圆捎孟聢D的方式rba)減載槽b)中間環(huán)r30c)凹切圓角14.3.5提高軸的強度與剛度措施2、改善軸的結構，減少應力集中3、提高軸的表面質量14.4 軸的強度計算14.4.1 軸的彎扭合成強度計算危險截面需要強度校核建立力學模型具體計算步驟 完成軸的結構設計后，作用在軸上外載荷（轉矩和彎矩）的大小、方向、作用點、載荷種類及支點反力等就已確定可按彎扭合成的理論進行軸危險截面的強度校核。 進行強度計算時通常把軸當作置于鉸鏈支座上的梁，作用于軸上零件的力作為集中力，其作用點取為零件輪轂寬度的中點。支點反力的作用點一般可近似

10、地取在軸承寬度的中點上。14.4 軸的強度計算計算步驟（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）計算出合成彎矩 繪出合成彎矩圖22VhMMM（4）作出轉矩（T）圖（5）計算當量彎矩 ，繪出當量彎矩圖22aTMMe（6）校核危險截面的強度。1 . 0)(1322beedTMWM14.4 軸的強度計算14.4.2 軸的剛度計算軸的計算51. 軸的彎曲剛度校核計算 軸的彎曲剛度條件為 撓 度 yy 偏轉角 2軸的扭轉剛度校核計算 軸的扭轉剛度以扭轉角來度量。軸的扭轉剛度條件為 y和分別為

11、軸的許用撓度及許用偏轉角。 軸的彎曲剛度以撓度y和偏轉角來度量。對于光軸，可直接用材料力學中的公式計算其撓度或偏轉角。對于階梯軸，可將其轉化為當量直徑的光軸后計算其撓度或偏轉角。 14.5 軸轂聯接常用的軸轂聯接有鍵聯接、花鍵聯接等。14.5.1 鍵聯接 軸轂聯接主要是用來實現軸和輪轂之間的周向固定并用來傳遞運動和扭矩鍵聯接1 平鍵的兩側面是工作面，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。工作時靠鍵與鍵槽側面的擠壓來傳遞扭矩，故定心性較好。 普通平鍵應用極為廣泛。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平鍵聯接普通平鍵導向平鍵和滑鍵根據用途，平

12、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，具體結構如下圖：點擊查看三維圖A型C型B型導向平鍵和滑鍵導向平鍵和滑鍵用于動聯接。當輪轂需要在軸上沿軸向移動時可采用這種鍵聯接。當被聯接零件滑移距離較大時，宜采用滑鍵。導向平鍵滑 鍵點擊查看三維圖n平鍵的尺寸1)根據軸的直徑d從標準中選取平鍵的寬度b和高度h2）鍵長L根據輪轂寬度B確定，一般L=B-（5-10）mm，并符合標準中規(guī)定長度平鍵的失效 平鍵聯接工作時的主要失效形式為組成聯接的鍵、軸和輪轂中強度較弱材料表面的壓潰，極個別情況下也會出現鍵被剪斷的現象。通常只須按工作面上的擠壓強度進行計算。鍵被剪斷 平鍵聯接的受力情況如圖所示。假設載荷沿鍵的長度方向是均布的，平鍵聯接的擠壓強度條件為 導向平鍵聯接的主要失效形式為組成鍵聯接的軸或輪轂工作面部分的磨損，須按工作面上的壓強進行強度計算，強度條件為4PPdhlT4pdhlTp2半圓鍵聯接 鍵呈半圓形，其側面為工作面，鍵能在軸上的鍵槽中繞其圓心擺動， 以適應輪轂上鍵槽的斜度，安裝方便。常用與錐形軸端與輪轂的聯接。3.楔鍵聯接楔鍵的上、下表面為工作面，兩側面為非工作面。鍵的上表面與鍵槽底面均有1:100 的斜度。工作時，鍵的上下兩工作面分別與輪轂和軸的鍵槽工