轴及轴毂联接.pptx

1 1一、轴的分类 11-1 概概 述述轴的功用：1）支承回转件；2）传递运动和动力。按所受载荷的不同，分为：转轴同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。心轴只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。传动轴只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。转动心轴固定心轴 2 2按轴线形状的不同，轴可分：曲轴直轴钢丝软轴：光轴阶梯轴实心轴空心轴:有特殊要求时，如航空发动机的主轴。可以随意弯曲，把回转运动灵活地传到任意空间位置。3 3轴的概述3 轴的设计过程：根据轴上零件的安装、固定及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构和尺寸。校核轴的强度、刚度和振动稳定性等。合理的结构：足够承载能力：轴的设计包括：选材料 校核结 束yesno轴的承载能力计算估算轴的直径轴的结构设计二、设计轴基本要求 4 411-2轴的材料轴的材料 对轴材料的要求：对轴材料的要求：强度、刚度、耐磨性及良好的加工工 艺性。材料：材料：常用碳素钢、合金钢。经调质或正火处理（加工量大、便于切削）。存在局部磨损情况下，可采用局部硬化方法。普通碳素钢普通碳素钢 如Q235A、Q275等，用于不重要的场合。优质碳素钢优质碳素钢 如35、45、50等。1.1.碳素钢：碳素钢：特特 点点4545钢使用最广泛钢使用最广泛 强度、刚度、塑性和韧性等综合机械性能好强度、刚度、塑性和韧性等综合机械性能好 应力集中敏感性小应力集中敏感性小 热处理后提高耐磨性、疲劳强度热处理后提高耐磨性、疲劳强度 5 52.2.合金钢合金钢 对应力集中敏感性较大对应力集中敏感性较大 强度和淬火性比碳素钢好强度和淬火性比碳素钢好 价格比碳素钢贵价格比碳素钢贵低碳低碳合金钢合金钢 如20Cr、20CrMnTi等，可渗碳淬火中碳中碳合金钢合金钢 如40Cr、1Cr18Ni9Ti、40MnB等 一般应用于有特殊要求的场合；如要求轴的重量轻，尺寸小而受力大；强度、耐磨性要求高；高温、腐蚀介质下工作等。特特 点点注意注意1）各种钢材、热处理前后其弹性模量差别不大，各种钢材、热处理前后其弹性模量差别不大，因此要提高刚度不能用合金钢或通过热处理因此要提高刚度不能用合金钢或通过热处理 的方法获得。的方法获得。2）合金钢对应力集中敏感性高，设计时必须从结构合金钢对应力集中敏感性高，设计时必须从结构 上采取措施，减轻应力集中，并降低表面粗糙度。上采取措施，减轻应力集中，并降低表面粗糙度。6 63.3.球墨铸铁和合金铸铁球墨铸铁和合金铸铁：以铁代钢以铁代钢 对应力集中敏感性较小对应力集中敏感性较小 吸振性、耐磨性好吸振性、耐磨性好 可以做成复杂形状可以做成复杂形状 价廉价廉 冲击韧性低、质量不易控制冲击韧性低、质量不易控制 毛坯毛坯圆钢棒料圆钢棒料 尺寸小的轴锻造毛坯锻造毛坯 尺寸较大或为提高轴的强度焊接毛坯焊接毛坯 大件锻造困难铸造毛坯铸造毛坯 形状复杂的轴、空心轴等特特 点点常用材料见常用材料见表表11-111-1 7 711-3轴结构的选择轴结构的选择一.确定装配方案1.1.目的目的 使轴各部分具有合理的形状形状和尺寸尺寸2.2.轴的结构设计应考虑的因素：轴的结构设计应考虑的因素：便于装拆（装配工艺性）、调整。定位准确、固定可靠（工作时轴上零件有位置要求）。便于制造（制造工艺性），结构力求简单。受力合理，有利于提高强度、刚度（材尽其用）。（并通过结构设计提高这些方面的性能）影响轴的结构设计的因素较多，其结构设计具有较大的灵活性、多样性，没有一个统一的标准。程序：程序：考虑装拆考虑装拆 定位固定方法与结构定位固定方法与结构兼顾受力与制造兼顾受力与制造 8 8 方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，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，故不如方案一合理加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一合理 。9 91)轴向固定轴向固定(1)轴肩和轴环轴肩和轴环 二、二、轴上零件的定位与固定轴上零件的定位与固定轴肩圆角半径轴肩圆角半径 应应小于相配件小于相配件圆角圆角 ，轴肩高度，轴肩高度 应应大于大于 。轴肩圆角轴肩圆角 应小于相配件倒角应小于相配件倒角 ，轴肩高度，轴肩高度 应大于应大于 。1010(2)套筒套筒(3)圆螺母圆螺母 1111(4)轴端挡圈轴端挡圈(5)弹性挡圈弹性挡圈 1212(6)紧定螺钉紧定螺钉 1313平键、花键平键、花键紧定螺钉紧定螺钉销销过盈配合过盈配合2.零件的周向固定常用的周向固定方法：常用的周向固定方法：防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩 1414三、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 12mm4)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。15151)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23mm。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 1616四、关于轴的结构工艺性 1)从加工工艺性的角度，轴宜取圆截面，并尽量减少阶梯数量。同一轴上的过渡圆角尽可能取相同的圆角半径，倒角尺寸宜相同，键槽要布置在轴的同一加工母线上，并尽量采用相同的规格。2)从装配工艺性的角度,为了便于安装零件和防止突缘处的尖角划伤所装配零件的孔壁或伤人,凡装配时零件通过的轴段,其端面要加工出倒角,倒角一般为45（或30、60），宽度为24mm。3)轴上传动零件应与轴肩定位面靠紧，以保证可靠的定位和固定,但轴上的过渡圆角常会形成障碍，从而使轴上的圆角半径受限制，为此可采用凹切圆槽（或肩环等结构解决。17174)应力集中通常是产生疲劳裂纹的主要原因，为了提高轴的疲劳强度，在结构上、加工工艺上应注意尽量避免在轴上安排和设置易严重产生应力集中的结构，如螺纹、横孔、凹槽、锥坑等。无法避免时，要采取一定的措施减缓应力集中，如适当加大轴肩处圆角半径、设置卸载槽等。1818114 轴的强度计算轴的强度计算计算准则计算准则：满足轴的强度、刚度要求，对高速轴还应验算 其振动稳定性。方法：方法：初步完成结构设计后，再进行效核计算。一一.轴的强度效核计算轴的强度效核计算对传动轴，按扭转强度计算；对传动轴，按扭转强度计算；对心轴，按弯曲强度计算；对心轴，按弯曲强度计算；对转轴，按弯扭合成强度条件计算。必要时还应按疲对转轴，按弯扭合成强度条件计算。必要时还应按疲 劳强度条件劳强度条件 进行精确计算；进行精确计算；对瞬时过载很大的轴，还应效核其静强度。以免塑性对瞬时过载很大的轴，还应效核其静强度。以免塑性 变形过大。变形过大。1919该方法适用于只承受扭矩的传动轴，亦可对转轴进行近似计算。对于转轴对于转轴由轴的结构而定由轴的结构而定转矩转矩弯矩弯矩(跨距？力作用点？跨距？力作用点？)解决办法：解决办法：用降低用降低 来考虑来考虑 的影响的影响表11-2*设计式：设计式：仅考虑仅考虑 的强度条件的强度条件 对于实心圆轴对于实心圆轴 的强度条件为：的强度条件为：一一.按扭转强度计算按扭转强度计算(传动轴或初算轴径传动轴或初算轴径)2020二、心轴强度计算：转动心轴：固定心轴：考虑启动、停车等的影响，弯矩视脉动循环 2121三、转轴 按当量弯矩校核轴径条件：已知支点、扭距，弯矩条件：已知支点、扭距，弯矩 步骤：步骤：1)作轴的空间受力简图；作轴的空间受力简图；2)2)求水平面支反力求水平面支反力 、，作水平面弯矩图。，作水平面弯矩图。求垂直平面内支反力求垂直平面内支反力 、，作垂，作垂 直平面内的弯矩图；直平面内的弯矩图；4)作扭矩图；作扭矩图；3)作合成弯矩图（作合成弯矩图（）；）；5)作当量弯矩图（作当量弯矩图（）；6)校核校核 危险截面轴的强度。危险截面轴的强度。设计公式设计公式 2222当量弯矩当量弯矩和 在转轴上产生的应力性质可能不同。产生的弯曲应力对称循环变应力产生的扭剪应力 为：大小和方向不变大小经常变化大小和方向经常变化静应力脉动循环变应力对称循环变应力将将 转化为对称循环变化来考虑转化为对称循环变化来考虑折算系数折算系数（）ott （）ot （）to轴的应力分为三类轴的应力分为三类 2323挠挠 度度 ；偏转角；偏转角；扭转角；扭转角 有的轴除了要满足强度要求外，还提出了变形不应过大的要求。这就需要进行刚度计算。由材料力学知，轴的刚度包括弯曲刚度和扭转刚度。弯曲刚度主要影响旋转零件及轴承的工作；扭转刚度则会影响机器的工作精度及旋转零件上载荷分布的均匀性，它们对轴的振动也有影响。为使轴满足刚度要求，轴在载荷作用下产生的挠度y、转角和扭转角应小于相应的许用值，即 115 轴的刚度校核轴的刚度校核 2424一、键联接的类型、特点及应用 1.平键联接平键联接 平键的两侧面是工作表面，工作时靠键与键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。的键槽底面之间留有间隙。11-6 轴毂联接轴毂联接 25251）普通平键普通平键 2 2）薄薄薄薄型型型型平平平平键键键键 键键高高约约为为普普通通平平键键的的60%70%。圆圆头头、方方头头、单单圆圆头头用用于于薄薄臂臂结结构构、空空心心轴轴等径向尺寸受限制的联接。等径向尺寸受限制的联接。26263）导向平键与滑键）导向平键与滑键用于动联接，即轴与轮毂用于动联接，即轴与轮毂用于动联接，即轴与轮毂用于动联接，即轴与轮毂 间有相对轴向移动的联接间有相对轴向移动的联接间有相对轴向移动的联接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，作特点：装拆方便，对零件对中性无影响，容易制造，作特点：装拆方便，对零件对中性无影响，容易制造，作特点：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，用可靠，多用于高精度联接。但只能圆周固定，用可靠，多用于高精度联接。但只能圆周固定，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。不能承受轴向力。不能承受轴向力。不能承受轴向力。27272、半圆键联接、半圆键联接 轴槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽轴槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽轴槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽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绕几何中绕几何中绕几何 中心摆动，键的侧面为工作面，工作时靠其中心摆动，键的侧面为工作面，工作时靠其中心摆动，键的侧面为工作面，工作时靠其中心摆动，键的侧面为工作面，工作时靠其侧面的挤压来传递扭矩。侧面的挤压来传递扭矩。侧面的挤压来传递扭矩。侧面的挤压来传递扭矩。优点优点优点优点：工艺性好，装配方便，适用于锥形轴与轮毂：工艺性好，装配方便，适用于锥形轴与轮毂：工艺性好，装配方便，适用于锥形轴与轮毂：工艺性好，装配方便，适用于锥形轴与轮毂 的联接。的联接。的联接。的联接。缺点缺点缺点缺点：轴槽对轴的强度削弱较大。只适宜轻载联接。：轴槽对轴的强度削弱较大。只适宜轻载联接。：轴槽对轴的强度削弱较大。只适宜轻载联接。：轴槽对轴的强度削弱较大。只适宜轻载联接。2828特特特特点点点点：适适适适用用用用于于于于低低低低速速速速轻轻轻轻载载载载、精精精精度度度度要要要要求求求求不不不不高高高高。对对对对中中中中性性性性较较较较差差差差，力力力力有有有有偏偏偏偏心心心心。不不不不宜宜宜宜高高高高速速速速和和和和精精精精度度度度要要要要求求求求高高高高的的的的联联联联接接接接，变变变变载载载载下下下下易易易易松松松松动动动动。钩钩钩钩头头头头只只只只用用用用于于于于轴轴轴轴端端端端联联联联接接接接，如如如如在在在在中中中中间间间间用用用用键键键键槽槽槽槽应应应应比比比比键键键键长长长长2 2倍倍倍倍才才才才能能能能装装装装入。且要罩安全罩。入。且要罩安全罩。入。且要罩安全罩。入。且要罩安全罩。3 3、楔键联接、楔键联接、楔键联接、楔键联接 4 4、切向接联接、切向接联接、切向接联接、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。工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩。工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩。工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩。2929二、平键联接的强度计算 1、键的选择、键的选择键的选择包括键的类型和尺寸的选择两方面。键的选择包括键的类型和尺寸的选择两方面。键的截面尺寸键的截面尺寸 根据轴的直径由标准查得。根据轴的直径由标准查得。键的长度键的长度L按轴上零件的轮毂宽度而定，一按轴上零件的轮毂宽度而定，一般略小于轮毂宽度。般略小于轮毂宽度。2、键的失效形式和强度计算、键的失效形式和强度计算失效形式：压溃（静联接失效形式：压溃（静联接键、键、轴、毂中较弱者）、磨损（动轴、毂中较弱者）、磨损（动联接）、联接）、键的剪断（较少）。键的剪断（较少）。挤压强度为：挤压强度为：3030 花键联接由具有多个沿周向均布的凸齿的外花键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。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。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、矩形花键矩形花键联接按新矩形花键联接按新标准为内径定心，定标准为内径定心，定心精度高，定心稳定心精度高，定心稳定性好，配合面均要研性好，配合面均要研磨，磨削消除热处理磨，磨削消除热处理后变形，应用广泛。后变形，应用广泛。31312、渐开线花键、渐开线花键 定心方式为定心方式为定心方式为定心方式为齿形定心，当受载时，齿上的径向力齿形定心，当受载时，齿上的径向力齿形定心，当受载时，齿上的径向力齿形定心，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。能自动定心，有利于各齿均载，应优先采用。能自动定心，有利于各齿均载，应优先采用。能自动定心，有利于各齿均载，应优先采用。三角形花键三角形花键三角形花键三角形花键齿数较多，齿较小，对轴强度削弱齿数较多，齿较小，对轴强度削弱齿数较多，齿较小，对轴强度削弱齿数较多，齿较小，对轴强度削弱 小。适于轻载、直径较小时及轴与小。适于轻载、直径较小时及轴与小。适于轻载、直径较小时及轴与小。适于轻载、直径较小时及轴与 薄壁零件的联接应用较少。薄壁零件的联接应用较少。薄壁零件的联接应用较少。薄壁零件的联接应用较少。