第十四章轴和轴毂连接复习

14.1概述14.2轴的结构设计14.4轴的材料及选择14.5轴的设计14.6轴毂连接14.1概述一、轴的主要功用二、轴的分类1、按承载分

心轴、转轴、传动轴。

心轴：只承受弯矩（M），不传递转矩（T=0）1、支承轴上回转零件（如齿轮）转动心轴：轴转动固定心轴：轴固定2、传递运动和动力转轴：既传递转矩（T）、又承受弯矩（M）如：减速器中的轴。传动轴：只受转矩，不受弯矩

M=0，T≠0如：汽车下的传动轴。

轴的结构设计包括确定轴的合理外形和全部结构尺寸。轴作为重要的支承零件，除了与齿轮、带轮等旋转零件连接外，还要与轴承组合通过轴承与机座相连。14.2轴的结构设计如图示单级圆柱齿轮减速器中的低速轴。该轴系由联轴器1、轴2、轴承盖3、轴承4、套筒5、齿轮6以及轴承7等组成。轴的结构图轴颈轴环轴肩轴头轴颈轴身轴头轴设计的基本要求：1、轴与轴上零件要有准确的相对位置,轴向、周向定位可靠；3、受力合理,轴结构有利于提高轴的强度和刚度、减少应力集中；2、轴的加工、装配有良好的工艺性；尽量避免各轴段剖面突然改变以降低局部应力集中，提高轴的疲劳强度。①阶梯轴截面尺寸变化处应采用圆角过渡，圆角不宜过小；②如圆角过大时影响轴上零件定位时，可采用凹切圆角或中间环来增大圆角半径；零件轴向定位的方式常取决于轴向力的大小一、轴上零件的轴向定位和固定r＜C＜h要求：b=1.4hh=(0.07～0.1)d1.轴肩和轴环r＜R＜hhhhh特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位14.2.2零件在轴上的固定2.套筒特点：定位可靠，结构简单，加工方便，可承受较大的轴向力。

应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位。轴上间距不大的两零件的轴向定位。与滚动轴承组合时，套筒的厚度不应超过轴承内圈的厚度，以便轴承拆卸。3.圆螺母和止动垫圈特点：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

应用：常用于轴的中部和端部正确错误错误4.轴端挡圈特点：能承受较大的轴向力及冲击载荷，需采用放松措施。

应用：常用于轴的端部的零件固定。注意：L轴<L毂-（2～3)mm5.圆锥面特点：能承受冲击载荷，装拆方便，但配合面加工较困难。

应用：常用于轴的端部的零件固定。6.弹性挡圈特点：结构简单紧凑，装拆方便，只能承受很小的轴向力，可靠性差。

应用：常用于固定滚动轴承和移动齿轮的轴向定位二、轴上零件的周向定位目的：防止零件与轴之间的相对转动1.键平键：对中性好，可用于较高精度、高转速及受冲击或交变载荷作用的场合。半圆键：装配方便，特别适合锥形轴端的连接，对轴的削弱较大，只适用于轻载。2.花键特点：承载能力强，定心精度高，导向性好，但制造成本高。3.紧定螺钉特点：适用于轴向力小，转速低的场合；在有振动和冲击的场合，应防松。4.圆锥销5.过盈配合特点：用于受力不大的场合特点：对中性好，承载能力强，适用于不常拆卸的部位。可与平键组合使用，能承受较大的交变载荷。三、轴的结构工艺性一般将轴设计成阶梯轴（1）提供零件定位和固定的轴肩、轴环；（2）区别不同精度和表面粗糙度以及配合的要求；（3）直径变化应尽可能少，直径常为中间大两端小，便于零件的装拆；（4）轴的两端加工倒角，便于零件导入，不宜伤人；（5）装配段不宜过长。轴的结构工艺性（8）退刀槽和越程槽退刀槽：加工螺纹时，退刀槽可以保证刀具退出。越程槽：保证砂轮能磨削到轴肩，保证轴肩的垂直度；轴的结构工艺性（9）键槽布置固定不同零件的各键槽应布置在同一母线上，以减少装夹次数。轴的结构工艺性四.轴的直径和长度①满足强度和刚度要求；②尽量采用标准值；③与轴承配合处，必须符合轴承内径的标准系列；④螺纹处的直径应符合螺纹的标准系列；⑤安装联轴器的轴径应按联轴器孔径设计；⑥用套筒、螺母、挡圈等定位时，轴段长度应小于相配零件宽度；轴套LB⑦非定位轴肩的高度一般为：0.5～3mm，固定滚动轴承的轴肩高度应小于轴承内圈厚度；⑧保证轴上零件压紧可靠，轴上零件宽度应大于相配轴段长度。L=B-(1～3）mm轴套LB方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一合理。

例题：指出图中轴结构设计中的不合理之处，并绘出改进后的结构图。2.齿轮右侧未作轴向固定；1.轴两端均未倒角；7.轴端挡圈未直接压在轴端轮毂上。6.齿轮与右轴承装卸不便；3.齿轮处键槽太短；4.键槽应开在同一条直线上；5.左轴承无法拆卸；轴系结构改错四处错误正确答案两处错误1.左侧键太长，套筒无法装入2.多个键应位于同一母线上例题1：分析轴系结构中的错误1923456781.轴肩—联轴器右端定位

2.间隙、密封—端盖和轴之间应有间隙和密封3.轴肩—便于轴承装配4.挡圈过高5.轴过宽—比齿轮窄2-3mm6.键过长7.轴间过高—不便轴承装配8.缺垫片—密封9.缺垫片—密封例题2：分析轴系结构中的错误9、无法调整轴承间隙（缺少调整垫片）。7、轴环过高，右轴承无法拆卸；5、齿轮轴向定位、固定不可靠；6、齿轮缺少周向固位；4、套筒外径过大，左轴承无法拆卸；3、左轴段缺少台阶，左轴承不好装拆；1、联轴器与轴间无键联接，缺少周向固定；2、联轴器缺少轴向固定；1296345788、无法调整轴承间隙（缺少调整垫片）。14.4轴的材料及选择

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。碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性比较低，适用于一般要求的轴。工程中常用35、45、50等优质碳素钢，其中以45钢用得最广。合金钢比碳钢有更高的力学性能和更好的淬火性能，在传递大功率并要求减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高温、低温和腐蚀条件下的轴常采用合金钢（20Cr、40Cr）。在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴，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，但是质较脆。轴的常用材料及其部分机械性能（见下页）

14.5轴的设计2）具有合理的结构形状：轴上零件定位正确、固定可靠且易于装拆，同时使轴加工方便，成本低。1.基本要求：1）具有足够的承载能力：强度和刚度，保证正常工作。选择材料及热处理方式，确定许用应力。估算轴的最小直径轴的结构设计、绘制草图校核轴的强度绘制轴的工作图不安全安全2.设计步骤：类比法根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结构设计，画出轴的零件图。设计计算法各轴段直径和长度的确定1.直径的确定原则1)有配合要求的轴段（如轴头）要取标准值。2)装配标准件的轴段（如轴颈），其直径要取标准值，并与所装配的标准件的配合孔径一致。3)轴肩（或轴环）高度的确定。定位轴肩,（半径差）

h≈（0.07～0.1）d，非定位轴肩（半径差）h≈

1～2mm4)滚动轴承的定位轴肩的高度必须低于轴承内圈端面的（径向）厚度,以便于轴承的拆卸。5)当轴中间装有零件时，安装该零件轴段的直径应比装配该零件时需要通过的其他轴段的直径大,以便于装配。6)非配合直径允许取非标准值，但应圆整。7)螺纹直径应符合螺纹标准。

1)与轴上传动零件相配合的轴段（轴头）的长度，应比配合零件的轮毂宽度略短些，一般短2~3mm。2)轴上各旋转零件与其他静止零件之间应留有适当的间隙，以防止相互发生碰撞。3)凡装有零件的轴头和轴颈的长度，均应考虑装拆调整的需要,留足工作空间。4)其他轴段的长度，可根据轴和机器的总体结构和布局，结合零件间的相对位置关系和要求以及机器的工作要求等确定。

2.长度的确定原则14.6轴毂连接常用的轴毂连接有键连接、花键连接等。轴毂连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。键都是标准件，其尺寸和键槽尺寸都有国家标准。根据用途，平键又可分为普通平键导向平键和滑键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。14.6.1键连接1．平键连接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：点击查看三维图导向平键和滑键

导向平键和滑键用于动连接。当轮毂需要在轴上沿轴向移动时可采用这种键连接。

当被连接零件滑移距离较大时，宜采用滑键。导向平键滑键平键的尺寸特点：装拆方便，对零件对中性无影响，容易制造，作用可靠，多用于高精度联接。但只能圆周固定，不能承受轴向力。

平键的失效平键连接工作时的主要失效形式为组成连接的键、轴和轮毂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。键被剪断花键连接由具有多个沿周向均布的凸齿的外花键