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1、第第11章章 轴和轴毂联接轴和轴毂联接 第一节第一节 轴的功用、类型和材料轴的功用、类型和材料第二节第二节 轴的结构分析轴的结构分析第三节第三节 轴的工作能力分析轴的工作能力分析第四节第四节 轴毂联接轴毂联接第五节第五节 轴的使用与维护轴的使用与维护 轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转运动的传动零件运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等如齿轮、蜗轮等)，并传递运动和动力。，并传递运动和动力。第一节第一节 轴的功能、类型和材料轴的功能、类型和材料一、轴的功能和分类一、轴的功能和分类带式运带式运输机输机减速器减速器电动机电动机转轴转轴类类型
2、型转轴转轴-传递扭矩又承受弯矩。传递扭矩又承受弯矩。按承受载荷分有：按承受载荷分有：分类：分类：按轴的形状分有：按轴的形状分有：类类型型转轴转轴-传递扭矩又承受弯矩。传递扭矩又承受弯矩。按承受载荷分有：按承受载荷分有：分类：分类：按轴的形状分有：按轴的形状分有：传动轴传动轴-只传递扭矩只传递扭矩发动机发动机后桥后桥传动轴传动轴类类型型转轴转轴-传递扭矩又承受弯矩传递扭矩又承受弯矩 按承受载荷分有：按承受载荷分有：分类：分类：按轴的形状分有：按轴的形状分有：传动轴传动轴-只传递扭矩只传递扭矩心轴心轴-只承受弯矩只承受弯矩前轮轮毂前轮轮毂固定心轴固定心轴火车轮轴火车轮轴车厢重力车厢重力 前叉前叉自
3、行车自行车前轮轴前轮轴支撑反力支撑反力转动心轴转动心轴类类型型转轴转轴-传递扭矩又承受弯矩传递扭矩又承受弯矩 按承受载荷分有：按承受载荷分有：分类：分类：传动轴传动轴-只传递扭矩只传递扭矩心轴心轴-只承受弯矩只承受弯矩直轴直轴光轴光轴 阶梯轴阶梯轴 按轴的形状分有：按轴的形状分有：一般情况下，直一般情况下，直轴做成实心轴，轴做成实心轴，需要减重时做成需要减重时做成空心轴空心轴类类型型转轴转轴-传递扭矩又承受弯矩传递扭矩又承受弯矩 按承受载荷分有：按承受载荷分有：分类：分类：按轴的形状分有：按轴的形状分有：传动轴传动轴-只传递扭矩只传递扭矩心轴心轴-只承受弯矩只承受弯矩直轴直轴光轴光轴 阶梯轴阶
4、梯轴 曲轴曲轴类类型型转轴转轴-传递扭矩又承受弯矩传递扭矩又承受弯矩 按承受载荷分有：按承受载荷分有：分类：分类：按轴的形状分有：按轴的形状分有：传动轴传动轴-只传递扭矩只传递扭矩心轴心轴-只承受弯矩只承受弯矩直轴直轴光轴光轴 阶梯轴阶梯轴 曲轴曲轴挠性钢丝轴挠性钢丝轴二、轴的材料及选择二、轴的材料及选择 轴轴 工作时多为转轴，产生的应力多为变应力。工作时多为转轴，产生的应力多为变应力。失效：失效：疲劳损坏，轴颈过渡磨损、失圆或轴变形过大疲劳损坏，轴颈过渡磨损、失圆或轴变形过大碳钢：碳钢：35、45、50，尤其是尤其是45号钢。号钢。对应力集中的敏感性低，加工工艺性好，故应用最广，对应力集中的
5、敏感性低，加工工艺性好，故应用最广，对于不对于不 重要或受力较小的轴也可用重要或受力较小的轴也可用Q235A等普通碳素钢。等普通碳素钢。合金钢：具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对合金钢：具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应应力集中比较敏感，且价格较贵力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性有，多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。特殊要求的轴。轴的毛坯轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。正火或调质处理。正火或调质处理。轴的结构设计：轴的结构设计：根据轴上零件的安装、根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等定位以及轴的
6、制造工艺等方面的要求，合理地确定方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构形式和尺寸。工作能力计算：工作能力计算：轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。稳定性等方面的验算。轴的设计过程：轴的设计过程：N 选择材料选择材料 结构设计结构设计 轴的承载能力验算轴的承载能力验算验算合格验算合格?结结 束束Y第二节第二节 轴的结构分析轴的结构分析轴的结构分析：包括定出轴的轴的结构分析：包括定出轴的合理的合理的外形和全部结构尺寸外形和全部结构尺寸 1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装制
7、造安装)2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位定位)3.各零件要牢固而可靠地相对固定；各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定固定)4.改善应力状况，减小应力集中。改善应力状况，减小应力集中。轴的结构轴的结构 轴主要由轴颈、轴主要由轴颈、轴头、轴头、轴身三部分组成轴身三部分组成(如图如图10-5)。轴上被支承的部分为轴颈，如图中，轴上被支承的部分为轴颈，如图中，段；段；安装轮毂的部安装轮毂的部分称做轴头，如图中，段；分称做轴头，如图中，段；联接轴颈和轴头的部分称做联接轴颈和轴头的部分称做轴身，如图中，段。轴身，如图中，段。一、轴上零件的装配方案一、轴上零件的装配
8、方案据轴上零件定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考据轴上零件定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考轴的结构设计的基本要求，得出如图所示的两种不同轴结轴的结构设计的基本要求，得出如图所示的两种不同轴结构。构。零件的零件的轴向定位轴向定位由轴肩（轴环）或套筒来实现。由轴肩（轴环）或套筒来实现。二、轴上零件的固定二、轴上零件的固定 轴肩及轴环轴肩及轴环-阶梯轴上截面变化之处。阶梯轴上截面变化之处。1、轴上零件的定位、轴上零件的定位特点：结构简单，定位可靠特点：结构简单，定位可靠 ，可承受较大的轴向力，可承受较大的轴向力 应用：齿轮、带轮、联轴器、应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位轴
9、承等的轴向定位圆螺母圆螺母特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降 应用：常用于轴的中部和端部应用：常用于轴的中部和端部弹性挡圈弹性挡圈特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力。特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力。应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位轴端压板轴端压板应用：用于轴端零件的固定，应用：用于轴端零件的固定，特点：可承受剧烈振动和冲击。特点：可承受剧烈振动和冲击。紧定螺钉紧定螺钉应用：适用于轴向力很小，转速应用：适用于轴向力很小，转速低
10、的场合低的场合特点：可承受很小的轴向力。特点：可承受很小的轴向力。2.2.轴上零件的周向固定轴上零件的周向固定 为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，轴和轴上零件必须可靠地沿周向固定（连接）。常用的周轴和轴上零件必须可靠地沿周向固定（连接）。常用的周向固定方法有：销、键、花键、过盈配合和成形联接等，向固定方法有：销、键、花键、过盈配合和成形联接等，其中以键和花键联接应用最广。其中以键和花键联接应用最广。键连接键连接花键连接花键连接销钉连接销钉连接各轴段所需的直径与轴上的载荷直径与轴上的载荷大小有关。初步求出的直径作为承受扭矩的轴段的最小
11、直径dmin，然后再按轴上零件的装配方案和定位要求，从dmin处起逐一确定各段轴的直径。1、各轴段直径确定、各轴段直径确定三、各轴段直径和长度的确定三、各轴段直径和长度的确定63339.55 100.2TPPdAnn1.轴上装配标准件（滚动轴承、联轴器、密封圈等轴上装配标准件（滚动轴承、联轴器、密封圈等)的轴段的轴段（），其直径必须符合标准件的直径系列值），其直径必须符合标准件的直径系列值2 与一般零件（齿轮和带轮）相配合的轴段直径和零件毂孔直径与一般零件（齿轮和带轮）相配合的轴段直径和零件毂孔直径相同，采用标准尺寸。不予零件配合的轴段（相同，采用标准尺寸。不予零件配合的轴段（5，6），其值不
12、），其值不用去标准值。用去标准值。3 起定位作用的轴肩高度起定位作用的轴肩高度应按应按113原则确定，如原则确定，如12，45，67；非定位轴；非定位轴肩（肩（23，34，56），高），高度一般度一般13mm。2.各轴段长度的确定各轴段长度的确定1.尽可能结构紧凑，保证零件所需要的装配和调整空间如尽可能结构紧凑，保证零件所需要的装配和调整空间如L应根据轴承端盖和联轴器装拆要求定出应根据轴承端盖和联轴器装拆要求定出3 为保证各传动件轴向为保证各传动件轴向固定，轴与传动件轮毂固定，轴与传动件轮毂相配部分的长度一般比相配部分的长度一般比轮毂长度短轮毂长度短13mm。2 各轴段长度主要由各各轴段长度主
13、要由各零件和轴装配部分的零件和轴装配部分的轴向尺寸和各零件相轴向尺寸和各零件相对位置尺寸确定对位置尺寸确定 3.结构设计的基本要求结构设计的基本要求 轴的结构没计主要是使轴的各部分具有合理的外形尺寸。轴的结构没计主要是使轴的各部分具有合理的外形尺寸。轴的结构应满足以下几个方面的要求：轴的结构应满足以下几个方面的要求：（1）对装配在轴上的零件，对装配在轴上的零件，应进行可靠的轴向固定和周应进行可靠的轴向固定和周向固定。向固定。（2）便于轴的加工和轴上零件的装拆。便于轴的加工和轴上零件的装拆。（3）有利于提高轴的强度和刚度，有利于提高轴的强度和刚度，以及节省材料，以及节省材料，减轻减轻重量。重量。
14、倒角倒角1）为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增）为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。零件的安装次序大的阶梯状。零件的安装次序四、轴的结构工艺性四、轴的结构工艺性2）装零件的轴端应有）装零件的轴端应有倒角倒角，需要磨削的轴端有，需要磨削的轴端有砂轮越程槽砂轮越程槽，车螺，车螺纹的轴端应有纹的轴端应有退刀槽退刀槽。图图10-6 越程槽和退刀槽越程槽和退刀槽（2）轴上所有键槽应沿轴的同一母线布置。轴上所有键槽应沿轴的同一母线布置。减少加工装夹减少加工装夹次数。次数。（3）为了便于轴上零件的装配和去除毛为了便于轴上零件的装配和去除毛刺，刺，轴及轴肩端部一般
15、均应制出轴及轴肩端部一般均应制出45的倒角。过盈配合轴段的装入端常加的倒角。过盈配合轴段的装入端常加工出半锥角为工出半锥角为30的导向锥面的导向锥面(如图如图10-7)。(4)为便于加工，应使轴上直径相近处的圆角、倒角、键为便于加工，应使轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽、槽、退刀槽和越程槽等尺寸一致。退刀槽和越程槽等尺寸一致。(5)若各轴段具有较高同轴度，在轴两端开设中心孔若各轴段具有较高同轴度，在轴两端开设中心孔 五、提高轴的强度和刚度的常用措施五、提高轴的强度和刚度的常用措施输出输出输出输出输入输入输出输出输出输出 输入输入2.2.合理布置轴上零件，减小轴上的载荷合理布置轴上零件，减小轴上
16、的载荷T Tmaxmax=T=T1 1T T1 1T T1 1+T+T2 2T T2 2合理合理T Tmaxmax=T=T1 1+T+T2 2T T2 2T T1 1T T1 1+T+T2 2不合理不合理 1 1）改进轴上零件结构，减小轴的载荷）改进轴上零件结构，减小轴的载荷3.3.减小应力集中减小应力集中合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。应力集中出现在截面突然发生变化的。应力集中出现在截面突然发生变化的。措施：措施：1.1.用圆角过渡；用圆角过渡；2.2.尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽;3.3.重要结构可增加卸载槽重要结构可增加卸载槽B B、过渡肩环、凹切圆角、过渡肩环、凹切圆角、增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。过渡肩环过渡肩环30 r凹切圆角凹切圆角dd/4B B位置d/4第三节、轴的工作能力分析第三节、轴的工作能力分析一、对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为：一、对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为：设计公式为：设计公式为：3PAmmnTMPa63
