《机械设计基础》课件-第12章 轴与轮毂联接

第12章轴及

轴毂联接第12章轴与轮毂联接12.1轴的类型12.2轴的结构设计12.3轴的材料及选择12.5轴毂连接10.1轴的类型及其材料一、轴的功用及其类型1.功用1）支承回转运动零件；2）传递运动和动力2.类型①按其结构形状分为光轴和阶梯轴。阶梯轴光轴②按轴的轴线形状可分为:直轴、曲轴、挠性轴曲轴挠性钢丝轴直轴③按轴功用和承载情况，可分为三种类型：

转轴—既传递扭矩又承受弯矩

心轴—只承受弯矩

传动轴—只传递扭矩自行车前轴--心轴汽车的传动轴

减速器轴—转轴此外，轴还可以分为实心轴和空心轴。1234Motor×××齿轮与卷筒之间用螺栓连接问：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？传动轴转轴转轴一、概述1.典型转轴结构实例10.2轴的结构设计3.一般轴结构设计的基本要求(4)形状、尺寸要求改善载荷分布和有利于减少应力集中。2.轴的结构设计的概念确定轴的外形及全部结构尺寸。(1)定位要求要求轴和轴上零件要有准确的工作位置。(2)固定要求要求轴上各零件的位置要可靠地固定。(3)工艺要求轴的结构应便于轴的加工和轴上零件装拆（装配）。二、轴上零件的定位和固定

（1）轴肩和轴环1.轴上零件的轴向定位和固定

轴肩和轴环是轴段因直径变化而形成的结构，都对轴上零件起单向定位和固定作用。正确结构错误结构表11.6.1圆角半径R1和倒角C1/mm轴径d＞10～18＞18～30＞30～50＞50～80＞80～100R0.81.01.62.02.5R1或C11.62.03.04.05.0（2）套筒和圆螺母注意：轴上两零件相距较近时，一般采用套筒；当两零件相距较远时，可采用圆螺母。

应力集中，削弱强度套筒（3）轴端挡圈和圆锥面轴端挡圈和圆锥面

两者常结合起来使用，轴上零件装拆方便。轴端挡圈和圆柱面注意：主要用于轴上零件与轴的同心度要求较高或轴受振动的场合，且多用于轴端。（4）弹性挡圈和紧定螺钉结构简单，但只能承受较小的轴向力。2.轴上零件的周向定位和固定

平键连接花键连接过盈配合销连接成形连接三、轴的结构工艺性

轴的结构应便于轴上零件的装拆和固定通常做成阶梯轴。2.轴的结构应便于加工制造（1）轴上需切制螺纹时应留出退刀槽；（2）轴段需磨削时应留有砂轮越程槽；（3）轴端和各轴段端部应有45º倒角，轴上的倒角和圆角半径尽量一致；（4）不同轴段有几个键槽时应位于同一母线上。3.轴的结构应便于减少应力集中（1）尽量减少阶梯数；（2）相邻轴段尺寸变化尽量小，且要有过渡圆角；（4）提高轴的表面质量，降低表面粗糙度数值。（3）尽量避免在轴上开横孔、凹槽和加工螺纹；凹切圆角过渡肩环卸荷槽（4）与零件相配合的轴头直径，应采用国家标准规定的标准尺寸。四、轴的尺寸

确定轴的直径除应考虑满足强度与刚度要求外，还要考虑下面因素的影响：（1）与滚动轴承配合的轴颈直径，必须符合滚动轴承内径的标准；（2）轴上车制螺纹部分的直径，必须符合螺纹标准；（3）安装联轴器的轴头直径应与联轴器的孔径范围相适应；10.3轴的材料及选择1.选择轴的材料时应主要考虑的因素：（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。2.轴的常用材料（2）35、40等优质碳素钢，其中价廉物美的45

应用最普遍。（1）碳素结构钢，如Q235、Q275等。附：轴常用材料及机械性能表

（4）球墨铸铁，代替合金结构钢做形状复杂的轴，吸振性好，对应力敏感性低。3.轴的毛坯形式一般采用轧制的圆钢或锻件。（3）合金钢，如35CrMo、40Cr等，比碳钢更好的机械性能和淬透性，价格更高。轴的常用材料及其机械性能表注意：轴上有键槽时，应将上式轴径d的计算结果提高，一个键槽提高3～5%，二个键槽提高7～10%常用材料的[τ]值和C值10.4轴毂连接轴毂连接：实现轴和轴上零件周向固定的连接。一、键连接、花键和销连接1.键连接的类型，构造及工作原理松键连接紧键连接键连接轴毂连接的主要形式：键连接和花键连接。普通平键连接导向平键连接半圆键连接滑键连接松键连接

松键连接依靠两侧面相互挤压传递转矩。键的上表面与轮毂键槽底面间有间隙，便于装拆。(1)松键连接普通平键连接

通常用于轴上传动零件相对轴作轴向移动且移动距离不大的场合。导向平键连接滑键连接

通常用于轴上传动零件相对轴作轴向移动且移动距离较大的场合。

多用于锥形轴端的轴毂连接。半圆键可在轴的键槽内摆动，来适应轮毂键槽底面的斜度。由于轴上键槽过深，对轴的强度削弱较大，适用于轻载连接。半圆键连接(2)紧键联接紧键联接楔键联接切向键联接普通楔键钩头楔键楔键联接普通锲键钩头锲键

工作时，靠键上下面楔紧的摩擦力传递转矩，楔紧力会使轴毂产生偏心，故多用于对中要求不高和转速较低的场合。

由一对普通楔键组成。一对切向键只能传递单向转矩。要传递双向转矩，需要两对键，并分布成1200～1350。切向键对中性差，对轴的削弱大，故多用于重型及矿山机械。切向键花键连接比平键连接定心性好、导向性好、传递载荷能力强，对轴的削弱小(齿浅、应力集中小)，制造要用专门的设备和工具。故花键连接适用于载荷较大，定心精度要求较高的连接中。2.花键连接的类型，特点和选用矩形齿花键渐开线花键渐开线花键花键连接矩形齿花键(常用)3、销联接二、平键联接的选择与强度校核1.键联接的失效分析①普通平键为较弱零件的工作面压溃，故一般只需校核挤压强度。②键与轴的键槽或与轮毂的键槽在相互接触面上产生挤压，因挤压力过大而造成的局部塑性变形－－挤压变形。（１）键连接可能产生两种变形①键沿轴与轮毂的交界面发生相对错动－剪切变形②动连接的导向平键和滑键连接为磨损，故进行耐磨性计算，限制压强。（２）键连接的主要失效形式2.平键联接的选择b、h有轴径d查手册选取L应比轮毂宽度小5～10mm⑴尺寸确定：⑶材料及许用应力⑵强度不足时，采用的方法：②增加键的数量σp≥600MPa的碳素钢，

如：45钢①增加L双键时，

载荷按1.5个键计算3.剪切和挤压强度实用计算（1）剪切实用计算剪切实用强度条件为：（2）挤压实用计算挤压实用计算的强度条件公式：关于挤压面积Ap：①当接触面是平面时，其接触面积就是挤压面面积；②当接触面是圆柱面的一部分时，则用接触面在挤压力垂直方向上的投影面积作为挤压面积。例题：如图所示为一传动轴，直径d＝50mm，用平键传递力偶M＝720Km。键的材料为Q275，其[τj]＝110MＰa，[σp]＝250MＰa，试选择平键，并校核其强度。解：查机械设计手册，