机械基础(高职高专)第6章轴和轴毂连接

1、6.1 轴 6.2 轴毂连接 第6章 轴和轴毂连接 6.1 轴 轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。 一、轴的分类： 1、按照承受载荷的不同，轴可分为： 转轴：同时承受弯矩和转矩的轴，如减速器的轴。 心轴：只承受弯矩不传递受转矩的轴，如火车轮轴。 传动轴：只传递转矩不承受弯矩(或弯矩很小)，如汽车的传动轴。 转动心轴转动心轴固定心轴固定心轴 例：例：减速器中的轴减速器中的轴 直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。 轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发 动机的主轴。 除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传 到不开敞

2、地空间位置。 2 2、按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。、按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。 光轴光轴阶梯轴阶梯轴 曲轴：曲轴： 挠性轴：挠性轴： 二、二、 轴的材料及选择轴的材料及选择 轴的概述3 轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多 数用圆钢或锻件，各种热处理和表面强化处理可以 显著提高轴的抗疲劳强度。 轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素： 1.轴的强度、刚度及耐磨性要求； 2.轴的热处理方法及机加工工艺性的要求； 3.轴的材料来源和经济性等。 碳素钢碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过 热处

3、理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般一般 用途的轴用途的轴，多用含碳量为，多用含碳量为0.250.250.5%0.5%的的优质碳素钢优质碳素钢，尤其是，尤其是 4545号钢。对于不重要或受力较小的轴也可用号钢。对于不重要或受力较小的轴也可用Q235Q235、Q275Q275等等碳碳 素结构钢素结构钢。 合金钢合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集 中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性有特殊要有特殊要 求的轴求的轴。如。如20

4、Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳淬火处理等低碳合金钢，经渗碳淬火处理 后可提高耐磨性；后可提高耐磨性；20CrMoV20CrMoV、38CrMoAl38CrMoAl等合金钢，有良好的高等合金钢，有良好的高 温机械性能，常用于在高温、高速和重载条件下工作的轴。温机械性能，常用于在高温、高速和重载条件下工作的轴。 球墨铸铁和高强度铸铁因其具有良好的工艺性，不需要 锻压设备，吸振性好，对应力集中的敏感性低，且具有价廉、 良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优 点，近年来被广泛应用于制造结构形状复杂的曲轴等。但是 质较脆，只是铸件质量难于控制。 轴的毛坯

5、多用轧制的圆钢或锻钢。锻钢内部组织均匀， 强度较好，因此，重要的大尺寸的轴，常用锻造毛坯。 轴的材料及选择 轴的结构和形状取决于下面几个因素：轴的结构和形状取决于下面几个因素：（1 1）轴的毛坯）轴的毛坯 种类：（种类：（2 2）轴上作用力的大小及其分布情况；（）轴上作用力的大小及其分布情况；（3 3）轴上零）轴上零 件的位置、配合性质及其联接固定的方法；（件的位置、配合性质及其联接固定的方法；（4 4）轴承的类）轴承的类 型、尺寸和位置；（型、尺寸和位置；（5 5）轴的加工方法、装配方法以及其他）轴的加工方法、装配方法以及其他 特殊要求。特殊要求。 可见影响轴的结构与尺寸的因素很多，设计轴时

6、要全面可见影响轴的结构与尺寸的因素很多，设计轴时要全面 综合的考虑各种因素。综合的考虑各种因素。 三 轴的结构 要求： 轴和轴上零件要有准确的工作位置 轴上零件应有可靠的相对固定 轴应具有良好的制造工艺性和安装工艺性等 形状和尺寸应有利于避免应力集中 轴端 轴头 轴颈 轴头 轴通常由轴头、轴颈、轴肩、轴环、轴端及不装任何零件 的轴段等部分组成。 1 1、轴的结构组成、轴的结构组成 轴上与轴承配合处的部分称为轴上与轴承配合处的部分称为 轴颈轴颈，轴颈是轴上被支承的部分；，轴颈是轴上被支承的部分； 安装轮毂的部分称为安装轮毂的部分称为轴头轴头；连接轴；连接轴 头与轴颈之间的部分称为头与轴颈之间的部

7、分称为轴身轴身；位；位 于轴两端的部分称为于轴两端的部分称为轴端轴端。阶梯轴。阶梯轴 上中间高两边低，且轴向尺寸较小上中间高两边低，且轴向尺寸较小 的轴段，称为的轴段，称为轴环轴环，轴环可以起定，轴环可以起定 位作用。位作用。 阶梯轴上截面尺寸变化的部位阶梯轴上截面尺寸变化的部位 称为称为轴肩轴肩。根据轴肩所起的作用不。根据轴肩所起的作用不 同，分为定位轴肩和过渡轴肩。起同，分为定位轴肩和过渡轴肩。起 定位作用的轴肩，称为定位轴肩。定位作用的轴肩，称为定位轴肩。 过渡轴肩是为了便于轴上零件的装过渡轴肩是为了便于轴上零件的装 拆或避免应力集中设置的工艺轴肩。拆或避免应力集中设置的工艺轴肩。 轴环

8、 2 2 零件在轴上的固定零件在轴上的固定 轴与轴上零件要有准确的工作位置轴与轴上零件要有准确的工作位置 定位：定位：零件有准确的工作位置零件有准确的工作位置 固定：固定：零件在轴上的位置牢固可靠零件在轴上的位置牢固可靠 轴向定位和固定轴向定位和固定 周向固定周向固定 （1 1）周向固定）周向固定 轴上零件的周向固定是为了防止零件与轴发生相对转动。 常用的固定方式有：1）键联接 2）过盈配合联接 3）圆锥 销联接 4)成型联接 销钉联接销钉联接 紧定螺钉联接紧定螺钉联接 过盈配合是利用轴和零件轮毂孔之间的配合过盈量来联过盈配合是利用轴和零件轮毂孔之间的配合过盈量来联 接，能同时实现周向和轴向固

9、定，结构简单，对中性好，对接，能同时实现周向和轴向固定，结构简单，对中性好，对 轴削弱小，装拆不便。轴削弱小，装拆不便。 成型联接是利用非圆柱面与相同的轮毂孔配合，对中性成型联接是利用非圆柱面与相同的轮毂孔配合，对中性 好，工作可靠，制造困难应用少。好，工作可靠，制造困难应用少。 (2)(2)轴向固定轴向固定 零件在轴上的轴向定位要准确而可靠，以使其安装位 置确定，能承受轴向力而不产生轴向位移 轴肩由定位面和内圆角组成 b D h r R d D h C r d 常用的轴向定位和固定方法：常用的轴向定位和固定方法： 轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈、弹性挡圈、弹性挡圈等等

10、1)1)轴肩或轴环：轴肩或轴环：轴肩定位是最方便可靠的定位方法，但采用轴肩定位是最方便可靠的定位方法，但采用 轴肩定位会使轴的直径加大，而且轴肩处由于轴径的突变而轴肩定位会使轴的直径加大，而且轴肩处由于轴径的突变而 产生应力集中。因此，多用于轴向力较大的场合。定位轴肩产生应力集中。因此，多用于轴向力较大的场合。定位轴肩 的高度的高度h=(0.070.1)dh=(0.070.1)d，d d为与零件相配处的轴径尺寸。要求为与零件相配处的轴径尺寸。要求 r r轴 轴R R孔 孔或 或r r轴 轴C C孔 孔 用轴肩或轴环固定零件时，常需采用其他附件来防止零 件向另一方向移动。 2)2)套筒和圆螺母套

11、筒和圆螺母 定位套筒用于轴上两零件的距离较小，结构简单，定位定位套筒用于轴上两零件的距离较小，结构简单，定位 可靠。圆螺母用于轴上两零件距离较大，需要在轴上切制螺可靠。圆螺母用于轴上两零件距离较大，需要在轴上切制螺 纹，对轴的强度影响较大。纹，对轴的强度影响较大。 圆螺母定位圆螺母定位 特点：特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 应用：应用：常用于轴的中部和端部常用于轴的中部和端部 3)3)当轴向力不大而轴上零件间的距离较大时，可采用弹性当轴向力不大而轴上零件间的距离较大时，可采用弹性 挡圈固定。挡圈固定。 应用：应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定

12、位常用于固定滚动轴承等的轴向定位 4)4)当轴向力很小，转速很低或仅为防止零件偶然沿轴向滑当轴向力很小，转速很低或仅为防止零件偶然沿轴向滑 动时，可采用紧定螺钉固定。动时，可采用紧定螺钉固定。 5)5)轴端挡圈：轴端挡圈： 可承受较大轴向力，但应在轴端面上加工螺纹孔，用螺钉固可承受较大轴向力，但应在轴端面上加工螺纹孔，用螺钉固 定。皮带轮和联轴器等常用。定。皮带轮和联轴器等常用。 轴端挡圈与轴肩、圆锥面与轴端挡圈联合使用，常用于轴端轴端挡圈与轴肩、圆锥面与轴端挡圈联合使用，常用于轴端 起到双向固定。装拆方便，多用于承受剧烈振动和冲击的场合。起到双向固定。装拆方便，多用于承受剧烈振动和冲击的场合

13、。 7)7)轴承盖轴承盖： 可承受较大的轴向力，通常通过螺钉与箱体联结。可承受较大的轴向力，通常通过螺钉与箱体联结。 通过轴承对整个轴起轴向定位作用。通过轴承对整个轴起轴向定位作用。 6)6)圆锥面定位：圆锥面定位： 常用于承受冲击载荷和同心度要求高的轴端零常用于承受冲击载荷和同心度要求高的轴端零 件。件。 轴肩圆角轴肩圆角 轮毂孔圆角轮毂孔圆角( (倒角倒角) ) (为保证轴上零件与轴肩贴合为保证轴上零件与轴肩贴合) 用用套筒、螺母、轴端挡圈套筒、螺母、轴端挡圈固定时必须满足固定时必须满足 轴段长度轴段长度 轮毂的轴向长度轮毂的轴向长度 3 轴的加工和装配工艺性 1）轴的形状要力求简单，阶梯

14、轴的级数应尽可能少，轴上各段 的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸应尽可能统一，以利于 加工和检验。 2）轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴 段应有退刀槽。 3）当轴上有多处键槽时，应使各键槽位于轴的同一母线上 。 4）为使轴便于装配，轴端应有倒角。 5）对于阶梯轴常设计成两端小中间大的形状，以便于零件从两 端装拆 。 6）轴的结构设计应使各零件在装配时尽量不接触其他零件的配 合表面，轴肩高度不能妨碍零件的拆卸。 4 4、减小应力集中，改善轴的受力情况、减小应力集中，改善轴的受力情况 轴大多在变应力下工作，结构设计时应减少应力集中，轴大多在变应力下工作，结构设计时应减少应力集中

15、， 以提高轴的疲劳强度，尤为重要。以提高轴的疲劳强度，尤为重要。 a.a.轴截面尺寸突变处会造成应力集中，所以对阶梯轴，相轴截面尺寸突变处会造成应力集中，所以对阶梯轴，相 邻两段轴径变化不宜过大，在轴径变化处的过渡圆角半径邻两段轴径变化不宜过大，在轴径变化处的过渡圆角半径 不宜过小。尽量不在轴面上切制螺纹和凹槽以免引起应力不宜过小。尽量不在轴面上切制螺纹和凹槽以免引起应力 集中。尽量使用圆盘铣刀。此外，提高轴的表面质量，降集中。尽量使用圆盘铣刀。此外，提高轴的表面质量，降 低表面粗糙度，采用表面碾压、喷丸和渗碳淬火等表面强低表面粗糙度，采用表面碾压、喷丸和渗碳淬火等表面强 化方法，均可提高轴的

16、疲劳强度。化方法，均可提高轴的疲劳强度。 b. b. 当传矩由一个传动件输入，而由几个传动件输出时，为当传矩由一个传动件输入，而由几个传动件输出时，为 了减小轴上的传矩，应将输入件放在中间。了减小轴上的传矩，应将输入件放在中间。 c.c.尽量使轴减少载荷。尽量使轴减少载荷。 改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。 输入 T1+T2 T1T2 T1 T2 输入 6.2 轴毂联接 常用的轴毂联接有键联接、花键、销联接等。 一 键联接 轴毂联接主要是用来实现轴和轮毂之间的周向固定并用来传递运 动和扭矩。 键联接1 平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙， 键的上、下表面为非

17、工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭 矩，故定心性较好。 普通平键应用极为广泛。 轴上键槽可用指状铣刀或盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用插削或 拉削。 1、平键联接 普通平键 导向平键和滑键 根据用途，平键又可分为 （1）普通平键 普通平键按端部形状的不同可分为圆头（A型）、方头 （B型）、半圆头（C型）三种，具体结构如下图： A型 C型 B型 （2）导向平键和滑键 导向平键和滑键用于动联接。当轮毂需要在轴上沿轴向移 动时可采用这种键联接。 当被联接零件滑移距离较大时，宜采用滑键。 导向平键滑 键 导向平键联接 平键的尺寸 平键的失效 平键联接工作时的主要失效形式为组成联接的键、轴和轮 毂

18、中强度较弱材料表面的压溃，极个别情况下也会出现键被剪 断的现象。通常只须按工作面上的挤压强度进行计算。 键被剪断 2、半圆键联接 键呈半圆形，其侧面为工作面，键能在轴上的键槽中绕其 圆心摆动， 以适应轮毂上键槽的斜度，安装方便。常用与锥形 轴端与轮毂的联接。 3 3、楔键联接、楔键联接 楔键的上、下表面为工作面，两 侧面为非工作面。键的上表面与键槽 底面均有1:100 的斜度。工作时， 键的上下两工作面分别与轮毂和轴的 键槽工作面压紧，靠其摩擦力和挤压 传递扭矩。 普通楔键勾头楔键 楔键联接 4、切向键 由两个斜度为1:100的楔键组成。一个切向键只能传递一个方 向的转矩，传递双向转矩时，须用互成120130角的两个键。 1:100 d T b t 工 作 面 d T 12013 图 13.28 切