《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第4版》 課件 13軸及軸轂聯(lián)接

一、主要內(nèi)容1.軸的分類(lèi)和材料；軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；軸的設(shè)計(jì)計(jì)算；4.軸轂聯(lián)接。

學(xué)習(xí)指導(dǎo)第十三章軸及軸轂聯(lián)接二、重點(diǎn)和難點(diǎn)1.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

2.軸的強(qiáng)度計(jì)算。

第一節(jié)軸的分類(lèi)和材料

一、軸的用途與分類(lèi)

1、功用：

1）支承回轉(zhuǎn)零件；

2）傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。2、分類(lèi)：

1）按承載情況分：

轉(zhuǎn)軸——扭矩和彎矩;

心軸——只受彎矩

;轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)軸——主要受扭矩。

心軸a)軸固定式b)軸旋轉(zhuǎn)式傳動(dòng)軸2）按軸線形狀分

(1)直軸：b）階梯軸

a

）光軸(2)曲軸：

(3)鋼絲軟軸

碳素鋼

——合金鋼——注意：①采用合金鋼并不能提高軸的剛度。

②軸的熱處理和表面強(qiáng)化可提高軸的疲勞強(qiáng)度。

二、軸的材料

3.球墨鑄鐵——常用45鋼（正火、調(diào)質(zhì)），價(jià)格適中，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低。常用40Cr、40CrNi、3Cr13，對(duì)應(yīng)力集中較敏感，但價(jià)格較高。

常用QT400，對(duì)應(yīng)力集中敏感性較低、耐磨性好，具有良好的吸振性。

第二節(jié)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、軸的設(shè)計(jì)要求

1)軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置，定位可靠；

2)軸上的零件應(yīng)可靠固定，并能傳遞必要的載荷；

3)軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；

5)軸的受力要均勻，有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度。4)軸應(yīng)具有良好的制造工藝性；

二、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.便于制造安裝1)軸一般做成中間粗兩端細(xì)的階梯軸；

2)為了減小應(yīng)力集中，應(yīng)有過(guò)渡圓角和軸端倒角；

3)需磨削加工的軸段，應(yīng)有砂輪越程槽；需切制螺紋的軸段，應(yīng)有退刀槽；

4)軸上相鄰直徑處的倒角、圓角、砂輪越程槽的寬度、螺紋退刀槽的寬度應(yīng)盡可能采用相同的尺寸。

1)軸向固定

(1)軸肩和軸環(huán)

2.軸上零件的固定軸肩圓角半徑r應(yīng)小于相配件圓角R，軸肩高度h應(yīng)大于R。軸肩圓角r應(yīng)小于相配件倒角C

1，軸肩高度h應(yīng)大于C

1。(2)套筒

(3)圓螺母

(4)軸端擋圈

(5)彈性擋圈

(6)緊定螺釘

2)周向固定

為了傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩,或因某些需要,軸上零件還需有周向固定。三、各軸段的直徑和長(zhǎng)度的確定1、各軸段長(zhǎng)度

1)箱體內(nèi)壁位置的確定；2)軸承座端面位置的確定；

3)軸承在軸承座孔中位置的確定。2、各軸段直徑確定

1)按扭矩估算軸段直徑dmin

;2)按軸上零件安裝、定位要求確定各段軸徑，經(jīng)驗(yàn)值。

注意：①與標(biāo)準(zhǔn)零件相配合軸徑應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值；②同一軸徑軸段上不能安裝三個(gè)以上零件。第三節(jié)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算

一、軸的強(qiáng)度計(jì)算轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度計(jì)算一般的過(guò)程是：先按轉(zhuǎn)矩進(jìn)行軸徑的初估，確定軸的最小直徑；再根據(jù)所得的直徑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定軸的結(jié)構(gòu)尺寸；3.最后按軸的當(dāng)量彎矩進(jìn)行校核計(jì)算。注：心軸和傳動(dòng)軸可看成是轉(zhuǎn)軸的特例，同轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)方法相同。1.按轉(zhuǎn)矩初估軸徑強(qiáng)度條件

設(shè)計(jì)公式

放大軸徑：一個(gè)鍵槽：3~5%

二個(gè)鍵槽：7~10%軸上有鍵槽時(shí)：取標(biāo)準(zhǔn)值≤≥2.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(jiǎn)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(xiǎn)截面軸的強(qiáng)度。設(shè)計(jì)公式

≤≥二、軸的剛度計(jì)算

撓度

；偏轉(zhuǎn)角

；扭轉(zhuǎn)角

≤≤≤第四節(jié)軸轂聯(lián)接

一、鍵聯(lián)接的類(lèi)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(shí)靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面之間留有間隙。

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(dòng)聯(lián)接，即軸與輪轂間有相對(duì)軸向移動(dòng)的聯(lián)接。特點(diǎn)：裝拆方便，對(duì)零件對(duì)中性無(wú)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(dòng)，鍵的側(cè)面為工作面，工作時(shí)靠其側(cè)面的擠壓來(lái)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(duì)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(duì)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(dòng)。鉤頭只用于軸端聯(lián)接，如在中間用鍵槽應(yīng)比鍵長(zhǎng)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(lái)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(lèi)型和尺寸的選擇兩方面。鍵的截面尺寸b*h根據(jù)軸的直徑由標(biāo)準(zhǔn)查得。鍵的長(zhǎng)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(dòng)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(gè)沿周向均布的凸齒的外花鍵和有對(duì)應(yīng)凹槽的內(nèi)花鍵組成。齒的側(cè)面是工作面?；ㄦI按其齒型分為矩形花鍵和漸開(kāi)線花鍵兩種。三、花鍵聯(lián)接

1、矩形花鍵矩形花鍵聯(lián)接按新標(biāo)準(zhǔn)為內(nèi)徑定心，定心精度高，定心穩(wěn)定性好，配合面均要研磨，磨削消除熱處理后變形，應(yīng)用廣泛。2、漸開(kāi)線花鍵定心方式為齒形定心，當(dāng)受載時(shí)，齒上的徑向力能自動(dòng)定心，有利于各齒均載，應(yīng)優(yōu)先采用。

三角形花鍵——齒數(shù)較多，齒較小，對(duì)軸強(qiáng)度削弱小。適于輕載、直徑較小時(shí)及軸與薄壁零件的聯(lián)接應(yīng)用較少。

四、銷(xiāo)聯(lián)接

圓柱銷(xiāo)——不能多于裝拆（否則定位精度下降）。圓錐銷(xiāo)——1：50錐度，可自鎖，定位精度較高，允許多于裝拆，且便于拆卸。特殊型式銷(xiāo)——螺紋錐銷(xiāo)、開(kāi)尾錐銷(xiāo)（右圖）彈性銷(xiāo)、開(kāi)口銷(xiāo)、槽銷(xiāo)等多種形式。

五、過(guò)盈聯(lián)接

利用兩個(gè)被聯(lián)接件本身的過(guò)盈配合來(lái)實(shí)現(xiàn)，一為包容件，另一為被包容件。

裝配方法：1）壓入法——利用壓力機(jī)將被包容件壓入包容件中，由于壓入過(guò)程中表面微觀不平度的峰尖被擦傷或壓平，因而降低了聯(lián)接的緊固性。2）溫差法——加熱包容件，冷卻被包容件?？杀苊獠羵?lián)接表面，聯(lián)接牢固。典型習(xí)題例1：兩級(jí)展開(kāi)式斜齒圓柱齒輪減速器的中間軸如圖所示。尺寸和結(jié)構(gòu)如圖，已知中間軸轉(zhuǎn)速，傳遞功率有關(guān)齒輪參數(shù)為：齒輪2右旋。圖中A、D為角接觸軸承的載荷作用中心。齒輪3右旋，要求：若軸的材料為45鋼(正火)，試按彎扭合成理論驗(yàn)算截面Ⅰ和截面Ⅱ的強(qiáng)度。【解】計(jì)算齒輪受力2、軸的空間受力簡(jiǎn)圖3、垂直面(xz平面)受力圖、彎矩計(jì)算4、垂直面(xz平面)受力圖、彎矩圖5、垂直面(xy平面)受力圖、彎矩