《机械设计基础 第4版》 课件 13轴及轴毂联接

一、主要内容1.轴的分类和材料；轴的结构设计；轴的设计计算；4.轴毂联接。

学习指导第十三章轴及轴毂联接二、重点和难点1.轴的结构设计；

2.轴的强度计算。

第一节轴的分类和材料

一、轴的用途与分类

1、功用：

1）支承回转零件；

2）传递运动和动力。2、分类：

1）按承载情况分：

转轴——扭矩和弯矩;

心轴——只受弯矩

;转轴传动轴——主要受扭矩。

心轴a)轴固定式b)轴旋转式传动轴2）按轴线形状分

(1)直轴：b）阶梯轴

a

）光轴(2)曲轴：

(3)钢丝软轴

碳素钢

——合金钢——注意：①采用合金钢并不能提高轴的刚度。

②轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度。

二、轴的材料

3.球墨铸铁——常用45钢（正火、调质），价格适中，对应力集中的敏感性较低。常用40Cr、40CrNi、3Cr13，对应力集中较敏感，但价格较高。

常用QT400，对应力集中敏感性较低、耐磨性好，具有良好的吸振性。

第二节轴的结构设计

一、轴的设计要求

1)轴和轴上零件要有准确的工作位置，定位可靠；

2)轴上的零件应可靠固定，并能传递必要的载荷；

3)轴上的零件应便于装拆和调整；

5)轴的受力要均匀，有利于提高轴的强度和刚度。4)轴应具有良好的制造工艺性；

二、轴的结构设计

1.便于制造安装1)轴一般做成中间粗两端细的阶梯轴；

2)为了减小应力集中，应有过渡圆角和轴端倒角；

3)需磨削加工的轴段，应有砂轮越程槽；需切制螺纹的轴段，应有退刀槽；

4)轴上相邻直径处的倒角、圆角、砂轮越程槽的宽度、螺纹退刀槽的宽度应尽可能采用相同的尺寸。

1)轴向固定

(1)轴肩和轴环

2.轴上零件的固定轴肩圆角半径r应小于相配件圆角R，轴肩高度h应大于R。轴肩圆角r应小于相配件倒角C

1，轴肩高度h应大于C

1。(2)套筒

(3)圆螺母

(4)轴端挡圈

(5)弹性挡圈

(6)紧定螺钉

2)周向固定

为了传递运动和转矩,或因某些需要,轴上零件还需有周向固定。三、各轴段的直径和长度的确定1、各轴段长度

1)箱体内壁位置的确定；2)轴承座端面位置的确定；

3)轴承在轴承座孔中位置的确定。2、各轴段直径确定

1)按扭矩估算轴段直径dmin

;2)按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径，经验值。

注意：①与标准零件相配合轴径应取标准值；②同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。第三节轴的设计计算

一、轴的强度计算转轴的强度计算一般的过程是：先按转矩进行轴径的初估，确定轴的最小直径；再根据所得的直径进行结构设计，确定轴的结构尺寸；3.最后按轴的当量弯矩进行校核计算。注：心轴和传动轴可看成是转轴的特例，同转轴的设计方法相同。1.按转矩初估轴径强度条件

设计公式

放大轴径：一个键槽：3~5%

二个键槽：7~10%轴上有键槽时：取标准值≤≥2.按当量弯矩校核轴径条件：已知支点、扭距，弯矩

步骤：

1)作轴的空间受力简图；求水平面支反力、

，作水平面弯矩图。求垂直平面内支反力、，作垂直平面内的弯矩图；4)作扭矩图；

3)作合成弯矩图（）；5)作当量弯矩图（）；

6)校核

危险截面轴的强度。设计公式

≤≥二、轴的刚度计算

挠度

；偏转角

；扭转角

≤≤≤第四节轴毂联接

一、键联接的类型、特点及应用

1.平键联接

平键的两侧面是工作表面，工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩。键的上表面和轮毂的键槽底面之间留有间隙。

1）普通平键

2）薄型平键

键高约为普通平键的60%~70%。圆头、方头、单圆头用于薄臂结构、空心轴等径向尺寸受限制的联接。

3）导向平键与滑键——用于动联接，即轴与轮毂间有相对轴向移动的联接。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。

2、半圆键联接

轴槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽中绕几何中心摆动，键的侧面为工作面，工作时靠其侧面的挤压来传递扭矩。

优点：工艺性好，装配方便，适用于锥形轴与轮毂的联接。缺点：轴槽对轴的强度削弱较大。只适宜轻载联接。

特点：适用于低速轻载、精度要求不高。对中性较差，力有偏心。不宜高速和精度要求高的联接，变载下易松动。钩头只用于轴端联接，如在中间用键槽应比键长2倍才能装入。且要罩安全罩。

3、楔键联接

4、切向接联接

工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩。

二、平键联接的强度计算

1、键的选择键的选择包括键的类型和尺寸的选择两方面。键的截面尺寸b*h根据轴的直径由标准查得。键的长度L按轴上零件的轮毂宽度而定，一般略小于轮毂宽度。2、键的失效形式和强度计算失效形式：压溃（静联接—键、轴、毂中较弱者）、磨损（动联接）、键的剪断（较少）。

挤压强度为：

≤花键联接由具有多个沿周向均布的凸齿的外花键和有对应凹槽的内花键组成。齿的侧面是工作面。花键按其齿型分为矩形花键和渐开线花键两种。三、花键联接

1、矩形花键矩形花键联接按新标准为内径定心，定心精度高，定心稳定性好，配合面均要研磨，磨削消除热处理后变形，应用广泛。2、渐开线花键定心方式为齿形定心，当受载时，齿上的径向力能自动定心，有利于各齿均载，应优先采用。

三角形花键——齿数较多，齿较小，对轴强度削弱小。适于轻载、直径较小时及轴与薄壁零件的联接应用较少。

四、销联接

圆柱销——不能多于装拆（否则定位精度下降）。圆锥销——1：50锥度，可自锁，定位精度较高，允许多于装拆，且便于拆卸。特殊型式销——螺纹锥销、开尾锥销（右图）弹性销、开口销、槽销等多种形式。

五、过盈联接

利用两个被联接件本身的过盈配合来实现，一为包容件，另一为被包容件。

装配方法：1）压入法——利用压力机将被包容件压入包容件中，由于压入过程中表面微观不平度的峰尖被擦伤或压平，因而降低了联接的紧固性。2）温差法——加热包容件，冷却被包容件。可避免擦伤联接表面，联接牢固。典型习题例1：两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器的中间轴如图所示。尺寸和结构如图，已知中间轴转速，传递功率有关齿轮参数为：齿轮2右旋。图中A、D为角接触轴承的载荷作用中心。齿轮3右旋，要求：若轴的材料为45钢(正火)，试按弯扭合成理论验算截面Ⅰ和截面Ⅱ的强度。【解】计算齿轮受力2、轴的空间受力简图3、垂直面(xz平面)受力图、弯矩计算4、垂直面(xz平面)受力图、弯矩图5、垂直面(xy平面)受力图、弯矩