軸的結構設計(“聯(lián)接”文檔)共38張

§13.1概述§13.2軸的結構設計§13.3軸的強度計算§13.4軸的材料及選擇§13.5軸的設計§13.6

軸轂聯(lián)接第13章軸和軸轂聯(lián)接13.1概述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(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。

按照軸線形狀的不同，軸可分為曲軸和直軸兩大類。鍵的上表面與鍵槽底面均有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。根據(jù)軸的工作條件選擇材料，確定許用應力。盡量避免各軸段剖面突然改變以降低局部應力集中，提高軸的疲勞強度。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。傳遞雙向轉矩時，須用互成120°～130°角的兩個鍵。偏轉角θ≤[θ]改進軸上零件的結構也可以減小軸上的載荷。軸通常由軸頭、軸頸、軸肩、軸環(huán)、軸端及不裝任何零件的州段等部風組成。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。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化處理可以顯著提高軸的抗疲勞強度。撓度y≤[y]軸的形狀要力求簡單，階梯軸的級數(shù)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)一，以利于加工和檢驗常用的周向固定方法有鍵、花鍵、銷和過盈配合等聯(lián)接。（6）校核危險截面的強度。13.2軸的結構設計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州段等部風組成。軸的結構和形狀取決于：軸的毛胚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(lián)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13.2軸的結構設計軸的強度、剛度軸的強度與工作應力的大小和性質有關。因此在選擇軸的結構和形狀時應注意以下幾個方面：使軸的形狀接近于等強度條件，以充分利用材料的承載能力。由軸和輪轂孔沿四周方向均部的多個鍵齒構成的聯(lián)接稱謂花鍵聯(lián)接。2．軸的扭轉剛度校核計算當輪轂需要在軸上沿軸向移動時可采用這種鍵聯(lián)接。支點反力的作用點一般可近似地取在軸承寬度的中點上。使軸的形狀接近于等強度條件，以充分利用材料的承載能力。（5）計算當量彎矩，繪出當量彎矩圖軸一般是實心軸，有特殊要求時也可制成空心軸，如航空發(fā)動機的主軸。分力，并求出水平面和垂直面的支點反力。（5）計算當量彎矩，繪出當量彎矩圖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(chǎn)生軸向位移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。當被聯(lián)接零件滑移距離較大時，宜采用滑鍵。13.2軸的結構設計盡量避免各軸段剖面突然改變以降低局部應力集中，提高軸的疲勞強度。13.2軸的結構設計改變軸上零件的布置，有時可以減小軸上的載荷。

改進軸上零件的結構也可以減小軸上的載荷。13.2軸的結構設計13.2軸的結構設計零件在軸上的固定周向固定為了傳遞運動和轉矩，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(lián)接。13.2軸的結構設計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(chǎn)生軸向位移軸肩由定位面和內圓角組成13.2軸的結構設計用軸肩或軸環(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。13.2軸的結構設計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。13.2軸的結構設計當軸向力很小，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。13.2軸的結構設計軸的加工和裝配工藝性軸的形狀要力求簡單，階梯軸的級數(shù)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)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13.3軸的強度計算軸得扭轉強度計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度計算。在作軸的結構設計時，通常用這種方法初步估算軸徑。實心軸的直徑為：

軸的扭轉強度條件為為了減少鍵槽對軸的削弱，可按以下方式修正軸徑有一個鍵槽有兩個鍵槽軸徑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%13.3軸的強度計算軸得彎曲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地取在軸承寬度的中點上。13.3軸的強度計算具體計算步驟（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）分別作出水平免的彎矩圖和垂直免上的彎矩圖（3）計算出合成彎矩繪出合成彎矩圖（4）作出轉矩（T）圖（5）計算當量彎矩，繪出當量彎矩圖（6）校核危險截面的強度。13.3軸的強度計算軸的強度計算軸的計算51.軸的彎曲剛度校核計算軸的彎曲剛度條件為撓度

y≤[y]

偏轉角θ≤[θ]

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[θ]分別為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θ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。13.4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

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。13.4軸的材料及選擇13.5軸的設計類比法設計計算法根據(jù)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(jù)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(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；確定各軸段的長度根據(jù)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13.6軸轂聯(lián)接常用的軸轂聯(lián)接有鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接等。鍵聯(lián)接軸轂聯(lián)接主要是用來實現(xiàn)軸和輪轂之間的周向固定并用來傳遞運動和扭矩鍵聯(lián)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(lián)接普通平鍵導向平鍵和滑鍵根據(jù)用途，平鍵又可分為13.6軸轂聯(lián)接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13.6軸轂聯(lián)接導向平鍵和滑鍵導向平鍵和滑鍵用于動聯(lián)接。當輪轂需要在軸上沿軸向移動時可采用這種鍵聯(lián)接。當被聯(lián)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13.6軸轂聯(lián)接平鍵的尺寸13.6軸轂聯(lián)接平鍵的失效平鍵聯(lián)接工作時的主要失效形式為組成聯(lián)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(xiàn)鍵被剪斷的現(xiàn)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(lián)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(lián)接的擠壓強度條件為13.6軸轂聯(lián)接導向平鍵聯(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進行強度計算，強度條件為13.6軸轂聯(lián)接2．半圓鍵聯(lián)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(lián)接。3.導向平鍵和滑鍵13.6軸轂聯(lián)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作面壓緊，靠其摩擦力和擠壓傳遞扭矩。普通楔鍵勾頭楔鍵觀看楔鍵的安裝4．切向鍵由兩個斜度為1:100的楔鍵組成。一個切向鍵只能傳遞一個方向的轉矩