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1、第九章 轴和轴毂联接,9.1 轴的类型和材料9.2 轴的结构设计9.3 轴的计算9.4 轴毂联接,9.1轴的类型和材料,一、轴的类型,按轴心线形状分,曲轴,直轴,钢丝软轴,轴是用来支撑回转零件、传递运动和动力所有回转零件都必须支撑在轴上。,几何轴线在同一条直线上的轴,由多组钢丝分层卷绕而成，有良好的挠性,几何轴线不在同一条直线上的轴,9.1轴的类型和材料,心轴,按传递载荷分,传动轴,转轴,弯矩,转矩,9.1轴的类型和材料,光轴,阶梯轴,空心轴,实心轴,轴的设计，一般是根据工作条件先选择合适的材料，然后估计轴的直径并进行轴的结构设计，再校核计算轴的强度。对于有刚性要求的轴，还要进行刚度计算。对于
2、高转速轴，还应考虑其振动稳定性。,按轴的外形分,形状简单，加工方便，轴上零件装配定位困难,能满足定位和装配方便的需要,9.1轴的类型和材料,二、轴的材料,碳素钢,价格便宜，对应力集中敏感性小，为了保证机械性能，应进行调质或正火处理。,常用30、40、45号钢,合金钢,具有较高的机械强度，更好的淬火性能，所以，在传递大功率、减轻重量、提高轴颈耐磨性时采用。,40Cr、40CrNi、20Cr、20Cr2Ni4A、38SiMnMo,铸铁,QT6003、QT8002,选择轴的材料和热处理方式时，主要考虑强度和耐磨性，而不是轴的弯曲和扭转刚度。,易做成复杂的外形，价廉，具有良好的吸振性和耐磨性，对应力集
3、中敏感性较低，但铸造品质难控制，可靠性较差,9.2轴的结构设计,轴的结构应满足使用要求，保证轴和轴上零件具有确定的工作位置；应有利于提高轴的强度和刚度；还应具有良好的加工和装配工艺性。,进行轴的结构设计时，首先要从传动要求和传动路线来考虑轴上零件的布置，拟定合适的装拆方案。然后以强度初步设计估算的轴径为基础，分别确定轴上零件的轴向及周向定位、固定方法，逐一确定处轴的各部分直径和长度，设计出结构合理、工艺性良好的轴。,9.2轴的结构设计,9.2轴的结构设计,轴颈轴上与轴承配合的部分轴段，,轴头与传动零件轮毂配合的轴段，,轴肩相邻直径变化处,轴环两侧都是递减轴肩且长度较小，,9.2轴的结构设计,二
4、、应考虑的主要问题,1.轴及轴上零件的定位和固定,轴的定位和固定,轴上零件的定位和固定,图a,轴向定位和固定,周向定位和固定,轴肩、套筒等,轴毂联接,9.2轴的结构设计,轴上零件的定位和固定方法,9.2轴的结构设计,9.2轴的结构设计,9.2轴的结构设计,例：分析图中所示轴系中轴上零件的定位和固定方法。,9.2轴的结构设计,2.提高轴的强度和刚度,轴和轴上零件的结构，轴上零件的布置对轴的强度和刚度有很大影响。,为了减小应力集中，提高轴的疲劳强度，阶梯轴相邻轴段直径不宜相差过大，轴径变化处通常以圆角过渡，并尽可能采用较大的圆角半径。,键槽不应开到圆角处；必须在轴上开横孔时，孔边要倒圆，以避免应力
5、集中过大。,改进轴上零件的结构可以减小轴所承受的弯矩，从而提高轴的强度和刚度。,9.2轴的结构设计,9.2轴的结构设计,3.轴的结构工艺性(重点),满足加工、装拆的要求。,为便于轴上零件的装配，轴端部、轴颈和轴头的端部应有倒角，一般为45。,当零件和轴采用过盈配合时，轴上可设导向锥。,9.2轴的结构设计,轴肩的高度在保证可靠定位的前提下，要给轴上零件的拆装留有余地。如用滚动轴承定位，轴肩高度应小于轴承内圈端面高度。,要车制螺纹，需要退刀槽；,进行磨削加工要有砂轮越,程槽。,键槽应置于同一直线上。,9.2轴的结构设计,三、确定轴各段直径和长度,1.确定各段直径,由估算轴的最小直径，根据轴的结构要
6、求定出阶梯轴其他各段直径。轴头轴颈按国标取圆整尺寸，安装滚动轴承的轴颈直径必须按滚动轴承的内径选取。轴上安装其他标准件部位的轴颈，也应取相应的标准值。,9.2轴的结构设计,轴肩由定位面和内圆角组成,轴肩处,9.2轴的结构设计,轴段直径的确定,2.确定各段长度,9.2轴的结构设计,轴上安装传动零件的轴段长度由零件的轮毂宽度决定，而轮毂宽度一般和相配轴段的直径有关。,当采用套筒、圆螺母、轴端挡圈等作轴上零件的轴向固定时，为保证固定可靠，轴端面与零件端面间通常应留有23mm的距离。,轴上某些轴段长度取决于传动零件与轴承之间的距离。,9.2轴的结构设计,例：分析图示轴系，确定轴各段直径和长度的主要依据
7、。,9.2轴的结构设计,轴承采用脂润滑。,9.2轴的结构设计,1.缺少密封装置；2.缺少垫片，不能调整轴承间隙；3.缺少挡油环；4.锥齿轮与轴缺少键联接；5.锥齿轮轴向固定不可靠；6.右轴承不能装配；7.右轴承外圈缺少固定；8.左轴承外圈缺少固定。,9.2轴的结构设计,9.2轴的结构设计,1）左端联轴器无周向定位；2）左端盖无密封；3）左轴承无法装配；4）小齿轮无法加工完整；5）右轴承外圈左侧多余固定；6）右端轴承右侧缺少固定；7）右端轴承无法拆卸。,9.2轴的结构设计,轴承采用脂润滑。,9.2轴的结构设计,1）轴与端盖接触；2）套筒与轴承外圈接触；3）套筒顶不住齿轮；4）联轴器没轴向固定及定
8、位；5）联轴器没周向固定；6）此弹性圈没有用；7）精加工面过长，且装拆轴承不便；8）联轴器孔未打通；,9.2轴的结构设计,9）箱体端面加工面与非加工面没有分开；10）轴肩太高，无法拆卸轴承；11）键过长，套筒无法装入；12）无调整垫片，无法调整轴承间隙；13）轴承脂润滑无挡油环,9.3轴的计算,轴的主要失效形式：,一般用途的轴，其强度计算方常用以下两种方法：按扭转强度条件计算；按弯扭合成强度计算。,疲劳断裂、过大的弹性变形。,9.3轴的计算,1.按扭转强度条件计算,适用于传动轴的强度计算及初步估算转轴的直径以便进行结构设计。,实心圆剖面传动轴,强度条件,设计式,9.3轴的计算,2.按弯扭合成强
9、度条件计算,适用于转轴的强度计算。,按第三强度理论：,强度条件,引入应力折算系数,或,设计式,9.3轴的计算,例9-3：,轴强度计算的一般顺序,1.初步估算轴径,2.进行轴的结构设计,9.3轴的计算,3.按弯扭合成强度计算法校核轴的强度,绘出轴的计算简图,求出轴上载荷，并将空间受力图分解为水平面、垂直面受力图,求出水平面上和垂直面上的支承反力,绘出轴的弯矩图,水平面的弯矩,垂直面弯矩,合成弯矩,9.3轴的计算,9.3轴的计算,绘出轴的转矩T图,计算危险剖面的当量弯矩Me,按当量弯矩Me计算轴的直径,9.3轴的计算,二、轴的刚度校核,目的：防止弯曲、扭转变形过大而影响机器正常运转，这是工程上不允
10、许的。,例：,计算,刚度：指轴所受载荷与受载后产生的弹性变形比值,9.3轴的计算,9.4轴毂联接,轴毂联接的主要功能是使轴与轴上零件作周向固定以传递转矩。,常用的有键、花键、过盈、弹性环、型面、销、紧定螺钉联接等。,9.4轴毂联接,一、键联接,1.类型及其选择,键,平键,半圆键,楔键,普通平键,导向平键,滑键,普通楔键,钩头楔键,键联接,返回,返回,键联接,A型导向平键,返回,键联接,返回,键联接,返回,键联接,点击播放动画,点击播放动画,点击播放动画,键联接,键的材料,强度校核,较弱零件工作面压溃静联接磨损动联接,20钢、Q235A用于轮毂为非金属或非铁金属材料,尺寸选择,键截面尺寸 b、h按轴的直径d从标准中查取,2.平键联接的强度校核,9.4轴毂联接,600MPa的碳素钢，常用45钢,键长L参照轮毂长从标准中选取,L=轮毂长(510)mm,主要失效形式,9.4轴毂联接,设：载荷沿键长均布,圆周力 Ft=2T/d,挤压强度条件：,限压条件：,k键与轮毂键槽的接触高度k=h/2,9.4轴毂联接,二、花键联接,工作面：齿侧面,根据齿形不同，分为矩形花键、渐开线花键和三角形花键。,9.4轴毂联接,三、型面联接,四、过盈联接,利用过盈配合,五、弹性环联接,
