第11章軸與軸轂聯(lián)接

1、第第11章章 軸和軸轂聯(lián)接軸和軸轂聯(lián)接 第一節(jié)第一節(jié) 軸的功用、類型和材料軸的功用、類型和材料第二節(jié)第二節(jié) 軸的結構分析軸的結構分析第三節(jié)第三節(jié) 軸的工作能力分析軸的工作能力分析第四節(jié)第四節(jié) 軸轂聯(lián)接軸轂聯(lián)接第五節(jié)第五節(jié) 軸的使用與維護軸的使用與維護 軸是組成機器的重要零件之一，其主要功能是支持作回轉軸是組成機器的重要零件之一，其主要功能是支持作回轉運動的傳動零件運動的傳動零件(如齒輪、蝸輪等如齒輪、蝸輪等)，并傳遞運動和動力。，并傳遞運動和動力。 第一節(jié)第一節(jié) 軸的功能、類型和材料軸的功能、類型和材料一、軸的功能和分類一、軸的功能和分類帶式運帶式運輸機輸機減速器減速器電動機電動機轉軸轉軸類類

2、型型轉軸轉軸-傳遞扭矩又承受彎矩。傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：按承受載荷分有： 分類：分類：按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：類類型型轉軸轉軸-傳遞扭矩又承受彎矩。傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：按承受載荷分有： 分類：分類：按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：傳動軸傳動軸-只傳遞扭矩只傳遞扭矩發(fā)動機發(fā)動機后橋后橋傳動軸傳動軸類類型型轉軸轉軸-傳遞扭矩又承受彎矩傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有：按承受載荷分有： 分類：分類：按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：傳動軸傳動軸-只傳遞扭矩只傳遞扭矩心軸心軸-只承受彎矩只承受彎矩前輪輪轂前輪輪轂固定心軸固定心軸火車輪軸火車輪軸車廂重力車廂重力 前

3、叉前叉自行車自行車前輪軸前輪軸支撐反力支撐反力轉動心軸轉動心軸類類型型轉軸轉軸-傳遞扭矩又承受彎矩傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有：按承受載荷分有： 分類：分類：傳動軸傳動軸-只傳遞扭矩只傳遞扭矩心軸心軸-只承受彎矩只承受彎矩直軸直軸光軸光軸 階梯軸階梯軸 按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：一般情況下，直一般情況下，直軸做成實心軸，軸做成實心軸，需要減重時做成需要減重時做成空心軸空心軸類類型型轉軸轉軸-傳遞扭矩又承受彎矩傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有：按承受載荷分有： 分類：分類：按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：傳動軸傳動軸-只傳遞扭矩只傳遞扭矩心軸心軸-只承受彎矩只承受彎矩直軸直軸光軸光

4、軸 階梯軸階梯軸 曲軸曲軸類類型型轉軸轉軸-傳遞扭矩又承受彎矩傳遞扭矩又承受彎矩 按承受載荷分有：按承受載荷分有： 分類：分類：按軸的形狀分有：按軸的形狀分有：傳動軸傳動軸-只傳遞扭矩只傳遞扭矩心軸心軸-只承受彎矩只承受彎矩直軸直軸光軸光軸 階梯軸階梯軸 曲軸曲軸撓性鋼絲軸撓性鋼絲軸二、軸的材料及選擇二、軸的材料及選擇 軸軸 工作時多為轉軸，產(chǎn)生的應力多為變應力。工作時多為轉軸，產(chǎn)生的應力多為變應力。失效：失效：疲勞損壞，軸頸過渡磨損、失圓或軸變形過大疲勞損壞，軸頸過渡磨損、失圓或軸變形過大碳鋼：碳鋼： 35、45、50 ，尤其是尤其是45號鋼。號鋼。 對應力集中的敏感性低，加工工藝性好，故應

5、用最廣，對應力集中的敏感性低，加工工藝性好，故應用最廣， 對于不對于不 重要或受力較小的軸也可用重要或受力較小的軸也可用Q235A等普通碳素鋼。等普通碳素鋼。合金鋼：具有比碳鋼更好的機械性能和淬火性能，但對合金鋼：具有比碳鋼更好的機械性能和淬火性能，但對應應力集中比較敏感，且價格較貴力集中比較敏感，且價格較貴，多用于對強度和耐磨性有，多用于對強度和耐磨性有特殊要求的軸。特殊要求的軸。 軸的毛坯軸的毛坯: :一般用圓鋼或鍛件，有時也用鑄鋼或球墨鑄鐵。一般用圓鋼或鍛件，有時也用鑄鋼或球墨鑄鐵。正火或調質處理。正火或調質處理。軸的結構設計：軸的結構設計： 根據(jù)軸上零件的安裝、根據(jù)軸上零件的安裝、定位

6、以及軸的制造工藝等定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定方面的要求，合理地確定軸的結構形式和尺寸。軸的結構形式和尺寸。 工作能力計算：工作能力計算： 軸的承載能力驗算指的是軸的強度、剛度和振動軸的承載能力驗算指的是軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的驗算。穩(wěn)定性等方面的驗算。 軸的設計過程：軸的設計過程：N 選擇材料選擇材料 結構設計結構設計 軸的承載能力驗算軸的承載能力驗算驗算合格驗算合格?結結 束束Y第二節(jié)第二節(jié) 軸的結構分析軸的結構分析軸的結構分析：包括定出軸的軸的結構分析：包括定出軸的合理的合理的外形和全部結構尺寸外形和全部結構尺寸 1.軸應便于制造，軸上零件要易于裝拆；軸應便于制

7、造，軸上零件要易于裝拆；(制造安裝制造安裝) 2.軸和軸上零件要有準確的工作位置；軸和軸上零件要有準確的工作位置；(定位定位) 3.各零件要牢固而可靠地相對固定；各零件要牢固而可靠地相對固定；(固定固定) 4.改善應力狀況，減小應力集中。改善應力狀況，減小應力集中。軸的結構軸的結構 軸主要由軸頸、軸主要由軸頸、 軸頭、軸頭、 軸身三部分組成軸身三部分組成(如圖如圖10-5)。 軸上被支承的部分為軸頸，如圖中軸上被支承的部分為軸頸，如圖中， 段；段； 安裝輪轂的部安裝輪轂的部分稱做軸頭，如圖中分稱做軸頭，如圖中，段；段； 聯(lián)接軸頸和軸頭的部分稱做聯(lián)接軸頸和軸頭的部分稱做軸身，如圖中軸身，如圖中，

8、段。段。 一、軸上零件的裝配方案一、軸上零件的裝配方案據(jù)軸上零件定位、加工要求以及不同的零件裝配方案，參考據(jù)軸上零件定位、加工要求以及不同的零件裝配方案，參考軸的結構設計的基本要求，得出如圖所示的兩種不同軸結軸的結構設計的基本要求，得出如圖所示的兩種不同軸結構。構。零件的零件的軸向定位軸向定位由軸肩（軸環(huán)）或套筒來實現(xiàn)。由軸肩（軸環(huán)）或套筒來實現(xiàn)。二、軸上零件的固定二、軸上零件的固定 軸肩及軸環(huán)軸肩及軸環(huán)-階梯軸上截面變化之處。階梯軸上截面變化之處。1、軸上零件的定位、軸上零件的定位特點：結構簡單，定位可靠特點：結構簡單，定位可靠 ，可承受較大的軸向力，可承受較大的軸向力 應用：齒輪、帶輪、聯(lián)

9、軸器、應用：齒輪、帶輪、聯(lián)軸器、 軸承等的軸向定位軸承等的軸向定位圓螺母圓螺母特點：定位可靠，裝拆方便，可承受較大的軸向力特點：定位可靠，裝拆方便，可承受較大的軸向力 由于切制螺紋使軸的疲勞強度下降由于切制螺紋使軸的疲勞強度下降 應用：常用于軸的中部和端部應用：常用于軸的中部和端部彈性擋圈彈性擋圈特點：結構簡單緊湊，只能承受很小的軸向力。特點：結構簡單緊湊，只能承受很小的軸向力。 應用：常用于固定滾動軸承等的軸向定位應用：常用于固定滾動軸承等的軸向定位軸端壓板軸端壓板應用：用于軸端零件的固定，應用：用于軸端零件的固定，特點：可承受劇烈振動和沖擊。特點：可承受劇烈振動和沖擊。緊定螺釘緊定螺釘應用

10、：適用于軸向力很小，轉速應用：適用于軸向力很小，轉速低的場合低的場合特點：可承受很小的軸向力。特點：可承受很小的軸向力。2.2.軸上零件的周向固定軸上零件的周向固定 為了傳遞運動和轉矩，防止軸上零件與軸作相對轉動，為了傳遞運動和轉矩，防止軸上零件與軸作相對轉動，軸和軸上零件必須可靠地沿周向固定（連接）。常用的周軸和軸上零件必須可靠地沿周向固定（連接）。常用的周向固定方法有：銷、鍵、花鍵、過盈配合和成形聯(lián)接等，向固定方法有：銷、鍵、花鍵、過盈配合和成形聯(lián)接等，其中以鍵和花鍵聯(lián)接應用最廣。其中以鍵和花鍵聯(lián)接應用最廣。 鍵連接鍵連接花鍵連接花鍵連接銷釘連接銷釘連接各軸段所需的直徑與軸上的載荷直徑與軸

11、上的載荷大小有關。初步求出的直徑作為承受扭矩的軸段的最小直徑dmin，然后再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從dmin處起逐一確定各段軸的直徑。1、各軸段直徑確定、各軸段直徑確定三、各軸段直徑和長度的確定三、各軸段直徑和長度的確定63339.55 100.2TPPdAnn1.軸上裝配標準件（滾動軸承、聯(lián)軸器、密封圈等軸上裝配標準件（滾動軸承、聯(lián)軸器、密封圈等)的軸段的軸段（ ），其直徑必須符合標準件的直徑系列值），其直徑必須符合標準件的直徑系列值2 與一般零件（齒輪和帶輪）相配合的軸段直徑和零件轂孔直徑與一般零件（齒輪和帶輪）相配合的軸段直徑和零件轂孔直徑相同，采用標準尺寸。不予零件配合的軸段

12、（相同，采用標準尺寸。不予零件配合的軸段（5，6），其值不），其值不用去標準值。用去標準值。3 起定位作用的軸肩高度起定位作用的軸肩高度應按應按113原則確定，如原則確定，如12，45，67；非定位軸；非定位軸肩（肩（23，34，56），高），高度一般度一般13mm。2 .各軸段長度的確定各軸段長度的確定1.盡可能結構緊湊，保證零件所需要的裝配和調整空間如盡可能結構緊湊，保證零件所需要的裝配和調整空間如L應根據(jù)軸承端蓋和聯(lián)軸器裝拆要求定出應根據(jù)軸承端蓋和聯(lián)軸器裝拆要求定出3 為保證各傳動件軸向為保證各傳動件軸向固定，軸與傳動件輪轂固定，軸與傳動件輪轂相配部分的長度一般比相配部分的長度一般比輪轂

13、長度短輪轂長度短13mm。2 各軸段長度主要由各各軸段長度主要由各零件和軸裝配部分的零件和軸裝配部分的軸向尺寸和各零件相軸向尺寸和各零件相對位置尺寸確定對位置尺寸確定 3. 結構設計的基本要求結構設計的基本要求 軸的結構沒計主要是使軸的各部分具有合理的外形尺寸。軸的結構沒計主要是使軸的各部分具有合理的外形尺寸。 軸的結構應滿足以下幾個方面的要求：軸的結構應滿足以下幾個方面的要求： （1） 對裝配在軸上的零件，對裝配在軸上的零件， 應進行可靠的軸向固定和周應進行可靠的軸向固定和周向固定。向固定。 （2） 便于軸的加工和軸上零件的裝拆。便于軸的加工和軸上零件的裝拆。 （3） 有利于提高軸的強度和剛

14、度，有利于提高軸的強度和剛度， 以及節(jié)省材料，以及節(jié)省材料， 減輕減輕重量。重量。 倒角倒角1）為便于軸上零件的裝拆，一般軸都做成從軸端逐漸向中間增）為便于軸上零件的裝拆，一般軸都做成從軸端逐漸向中間增大的階梯狀。零件的安裝次序大的階梯狀。零件的安裝次序四、軸的結構工藝性四、軸的結構工藝性2）裝零件的軸端應有）裝零件的軸端應有倒角倒角，需要磨削的軸端有，需要磨削的軸端有砂輪越程槽砂輪越程槽，車螺，車螺紋的軸端應有紋的軸端應有退刀槽退刀槽。圖圖10-6 越程槽和退刀槽越程槽和退刀槽 （2） 軸上所有鍵槽應沿軸的同一母線布置。軸上所有鍵槽應沿軸的同一母線布置。 減少加工裝夾減少加工裝夾次數(shù)。次數(shù)。

15、 （3） 為了便于軸上零件的裝配和去除毛為了便于軸上零件的裝配和去除毛刺，刺， 軸及軸肩端部一般均應制出軸及軸肩端部一般均應制出45的倒角。過盈配合軸段的裝入端常加的倒角。過盈配合軸段的裝入端常加工出半錐角為工出半錐角為30的導向錐面的導向錐面(如圖如圖10-7)。 (4) 為便于加工，應使軸上直徑相近處的圓角、倒角、鍵為便于加工，應使軸上直徑相近處的圓角、倒角、鍵槽、槽、 退刀槽和越程槽等尺寸一致。退刀槽和越程槽等尺寸一致。 (5) 若各軸段具有較高同軸度，在軸兩端開設中心孔若各軸段具有較高同軸度，在軸兩端開設中心孔 五、提高軸的強度和剛度的常用措施五、提高軸的強度和剛度的常用措施輸出輸出輸

16、出輸出輸入輸入輸出輸出輸出輸出 輸入輸入2.2.合理布置軸上零件，減小軸上的載荷合理布置軸上零件，減小軸上的載荷T Tmaxmax = T = T1 1T T1 1T T1 1+T+T2 2T T2 2合理合理T Tmaxmax= T= T1 1+T+T2 2T T2 2T T1 1T T1 1+T+T2 2不合理不合理 1 1）改進軸上零件結構，減小軸的載荷）改進軸上零件結構，減小軸的載荷3.3.減小應力集中減小應力集中合金鋼對應力集中比較敏感，應加以注意。合金鋼對應力集中比較敏感，應加以注意。應力集中出現(xiàn)在截面突然發(fā)生變化的。應力集中出現(xiàn)在截面突然發(fā)生變化的。措施：措施：1. 1. 用圓角

17、過渡；用圓角過渡；2. 2. 盡量避免在軸上開橫孔、切口或凹槽盡量避免在軸上開橫孔、切口或凹槽; ;3. 3. 重要結構可增加卸載槽重要結構可增加卸載槽B B、過渡肩環(huán)、凹切圓角、過渡肩環(huán)、凹切圓角、 增大圓角半徑。也可以減小過盈配合處的局部應力增大圓角半徑。也可以減小過盈配合處的局部應力。過渡肩環(huán)過渡肩環(huán)30 r凹切圓角凹切圓角dd/4B B位置d/4第三節(jié)、軸的工作能力分析第三節(jié)、軸的工作能力分析一、對于只傳遞扭轉的圓截面軸，強度條件為：一、對于只傳遞扭轉的圓截面軸，強度條件為：設計公式為：設計公式為：3PAmmnTMPa639.55100.2Pd nTTTW6339.55 100.2TP

18、dn對于既傳遞扭轉又傳遞彎矩的軸，可按上式初步估算軸的直徑。對于既傳遞扭轉又傳遞彎矩的軸，可按上式初步估算軸的直徑。計算結果為：最小直徑！計算結果為：最小直徑！軸的材料軸的材料 A3,20 35 45 40Cr, 35SiMn(N/mm ) 1220 2030 3040 4052A 160135 135118 118107 10792表表14-2 常用材料的常用材料的值和值和C值值注注: 當作用在軸上的彎矩比傳遞的轉矩小或只傳遞轉矩時當作用在軸上的彎矩比傳遞的轉矩小或只傳遞轉矩時,A取較小值取較小值; 否則取較大值否則取較大值軸上有鍵槽時，考慮到鍵會削弱軸的強度，應將直徑計算軸上有鍵槽時，考慮

19、到鍵會削弱軸的強度，應將直徑計算值加大。單鍵加大值加大。單鍵加大3，雙鍵加大，雙鍵加大7二、二、 按彎扭合成強度計算按彎扭合成強度計算1、軸上力、軸上力的簡化的簡化一般配合一般配合過盈配合過盈配合2、軸上支點的位置、軸上支點的位置 軸的結構設計初步完成后，通常要對轉軸進行彎扭合成強軸的結構設計初步完成后，通常要對轉軸進行彎扭合成強度校核。度校核。 對于鋼制軸可按第三強度理論計算，強度條件為對于鋼制軸可按第三強度理論計算，強度條件為 mmdTMWMbee13221 . 0)(10-3) 式中：式中：e當量應力當量應力(Nmm2)； Me當量彎矩當量彎矩(Nmm)，； M危險截面上的合成彎矩，危險

20、截面上的合成彎矩， ，MH、MV分別為水平面上、垂直面上的彎矩；分別為水平面上、垂直面上的彎矩； 22)( TMMe)(22mmNMMMVHe材材 料料 b +1 0 -1 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75 900 300 140 80 1000 330 150 90 500 120 70 40 400 100 5 0 30軸的許用彎曲應力軸的許用彎曲應力 碳素鋼碳素鋼合金鋼合金鋼鑄鋼鑄鋼折合系數(shù)取值折合系數(shù)取值= 0.3 -轉矩不變；轉矩不變； 0.6 -脈動變化；脈動變化；1 -對

21、稱循環(huán)轉矩（頻繁正反轉）對稱循環(huán)轉矩（頻繁正反轉）靜應力狀態(tài)下的靜應力狀態(tài)下的許用彎曲應力許用彎曲應力310.1dMdmm設計公式：設計公式：折合系數(shù)取值：折合系數(shù)取值：= 0.3 -轉矩不變；轉矩不變； 0.6 -脈動變化；脈動變化；1 -頻繁正反轉。頻繁正反轉。310.1dMdmm設計公式：設計公式：材材 料料 b +1 0 -1 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75 900 300 140 80 1000 330 150 90 500 120 70 40 400 100 5 0 30

22、軸的許用彎曲應力軸的許用彎曲應力 碳素鋼碳素鋼合金鋼合金鋼鑄鋼鑄鋼脈動循環(huán)狀態(tài)下的脈動循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應力許用彎曲應力折合系數(shù)取值：折合系數(shù)取值：= 0.3 -轉矩不變；轉矩不變； 0.6 -脈動變化；脈動變化；1 -頻繁正反轉。頻繁正反轉。310.1dMdmm設計公式：設計公式：材材 料料 b +1 0 -1 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75 900 300 140 80 1000 330 150 90 500 120 70 40 400 100 5 0 30軸的許用彎曲應力軸的

23、許用彎曲應力 碳素鋼碳素鋼合金鋼合金鋼鑄鋼鑄鋼對稱循環(huán)狀態(tài)下的對稱循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應力許用彎曲應力 彎扭合成強度的計算按下列步驟進行：彎扭合成強度的計算按下列步驟進行： (1) 繪出軸的計算簡圖，繪出軸的計算簡圖， 標出作用力的方向及作用點的位標出作用力的方向及作用點的位置。置。 (2) 取定坐標系，將作用在軸上的力分解為水平分力和垂直取定坐標系，將作用在軸上的力分解為水平分力和垂直分力，并求其支反力。分力，并求其支反力。(3) 分別繪制出水平面和垂直面內的彎矩圖。分別繪制出水平面和垂直面內的彎矩圖。 (5) 繪制轉矩圖。繪制轉矩圖。 (7)確定危險剖面，確定危險剖面， 校核危險剖面的彎扭

24、合成強度。校核危險剖面的彎扭合成強度。 (6) 按照強度理論求出當量彎矩，并做當量彎矩圖按照強度理論求出當量彎矩，并做當量彎矩圖 (4) 計算合成彎矩，計算合成彎矩， 并繪制出合成彎矩圖。并繪制出合成彎矩圖。N212319321462860對2點取矩NFv42872123641011932146286021936410舉例：計算某減速器高速軸危險截舉例：計算某減速器高速軸危險截面的直徑。已知作用在齒輪上的圓面的直徑。已知作用在齒輪上的圓周力周力Ft=17400N, 徑向力，徑向力， Fr=6140N, 軸向力軸向力Fa=2860N,齒輪分齒輪分度圓直徑度圓直徑d2=146 mm,作用在軸右端作

25、用在軸右端帶輪上外力帶輪上外力F=4500N（方向未定）（方向未定）, L=193 mm, K=206 mmL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12解：解：1) 求垂直面的支反力和軸向力求垂直面的支反力和軸向力LdFLFFarv2221vrvFFF12=FaaAFF d2aadN930348034500MavMavFtF1HF2HMaHF1FF2F2) 求水平面的支反力求水平面的支反力L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadNLKFFF48031932064500187002/21tHHFFFF3) 求求F力在支點產(chǎn)生的反力力在支點產(chǎn)生的反力FFFFF1

26、24) 繪制垂直面的彎矩圖繪制垂直面的彎矩圖2/193. 04287 aVM 2/2LFMVaVmN 4142/193. 02123aVM2/1LFMVaVmN 2055) 繪制水平面的彎矩圖繪制水平面的彎矩圖2/193. 08700 aVM2/1LFMHaHmN 840MaMavMavFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F6) 求求F力產(chǎn)生的彎矩圖力產(chǎn)生的彎矩圖L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadF7) 繪制合成彎矩圖繪制合成彎矩圖考慮F可能與H、V內合力共面2284041446322aHaVaFaMMMMmN 1400206. 04500aVMKFMF2m

27、N 927a-a 截面截面F力產(chǎn)生的彎矩為：力產(chǎn)生的彎矩為：2/193. 04803 aVM2/1LFMFaFmN 463MaF2284020546322)(aHaVaFaMMMMmN 1328MaMaMavMavFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F8) 求軸傳遞的轉矩求軸傳遞的轉矩L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadF9)求危險截面的當量彎矩求危險截面的當量彎矩MaF22()daMMTM2Ma2/146. 0174002T2/2dFTtmN 1270T扭切應力為脈動循環(huán)變應力，取扭切應力為脈動循環(huán)變應力，取折合系數(shù)折合系數(shù): =0.6 221400(0.6

28、1270 )dMTmN 1600mNMMF92722求考慮到鍵槽對軸的削弱，將求考慮到鍵槽對軸的削弱，將d值增大值增大4%，故得：，故得：mmd6710)計算危險截面處軸的直徑計算危險截面處軸的直徑 33601 .0101600310.1dMdmN 4.64選選45鋼，調質鋼，調質，b =650 MPa, -1 =60 MPa 符合直徑系列。符合直徑系列。 【例【例11-2】 ：設計帶式運輸機減速器的主動軸：設計帶式運輸機減速器的主動軸. 已知傳已知傳遞功率遞功率 P=10kW, 轉速轉速 n=200 r/min, 齒輪齒寬齒輪齒寬 B=100mm, 齒齒數(shù)數(shù) z=40, 模數(shù)模數(shù) m=5mm

29、, 螺旋角螺旋角 ，軸端裝有聯(lián)軸，軸端裝有聯(lián)軸器。器。 解：解：1、計算軸上轉矩和齒輪作用力、計算軸上轉矩和齒輪作用力軸傳遞的轉矩：軸傳遞的轉矩： N.mm N齒輪的圓周力：齒輪的圓周力： N齒輪的徑向力：齒輪的徑向力： 齒輪的軸向力：齒輪的軸向力：N 軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，需開鍵槽，軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，需開鍵槽，故將最小軸徑增加故將最小軸徑增加5%，變?yōu)?，變?yōu)?2.525mm。查。查機械設計手冊機械設計手冊，取標準直徑取標準直徑45mm。 2、選擇軸的材料和熱處理方式、選擇軸的材料和熱處理方式選擇軸的材料為選擇軸的材料為45鋼，經(jīng)調質處理鋼，經(jīng)調質處理,

30、 其機械性能查表得其機械性能查表得3、初算軸的最小軸徑、初算軸的最小軸徑 則軸的最小直徑為：則軸的最小直徑為： 根據(jù)計算轉矩、最小軸徑、軸的轉速，查標準根據(jù)計算轉矩、最小軸徑、軸的轉速，查標準 GB5014-85 或手冊，選用彈性柱銷聯(lián)軸器，其型號為：或手冊，選用彈性柱銷聯(lián)軸器，其型號為： 4、選擇聯(lián)軸器、選擇聯(lián)軸器取載荷系數(shù)取載荷系數(shù) KA =1.3，則聯(lián)軸器的計算轉矩為：，則聯(lián)軸器的計算轉矩為： 5、初選軸承、初選軸承 因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用。故選用角接觸因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用。故選用角接觸球軸承。根據(jù)工作要求及輸入端的直徑球軸承。根據(jù)工作要求及輸入端的直徑(為為4

31、5mm)，由軸，由軸承產(chǎn)品目錄中選取型號為承產(chǎn)品目錄中選取型號為7211C的滾動軸承，其尺寸的滾動軸承，其尺寸（內徑（內徑外徑外徑寬度）為寬度）為dDb=5510021。 6、軸的結構設計、軸的結構設計 由于聯(lián)軸器型號已定，左端用軸端擋圈定位由于聯(lián)軸器型號已定，左端用軸端擋圈定位,右端用軸肩定右端用軸肩定位。故軸段位。故軸段6的直徑即為相配合的半聯(lián)軸器的直徑，取的直徑即為相配合的半聯(lián)軸器的直徑，取D6=45mm。軸段。軸段6的長度比半聯(lián)軸器的轂孔長度要的長度比半聯(lián)軸器的轂孔長度要(為為84mm)短短23mm，這樣可保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓，這樣可保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸

32、的端面上，故該段軸長取為在軸的端面上，故該段軸長取為L6=82mm。(2)確定軸的各段直徑和長度確定軸的各段直徑和長度聯(lián)軸器是靠軸段聯(lián)軸器是靠軸段5的軸肩來的軸肩來進行軸向定位的，為了保進行軸向定位的，為了保證定位可靠，證定位可靠，h（0.070.1）d63.154.5，軸段，軸段5要比軸段要比軸段6的直徑大的直徑大69mm，取，取h3.5，軸段，軸段5的的直徑直徑D5=52mm軸段軸段1和軸段和軸段4均是放置滾動軸承的，所以直徑與滾動均是放置滾動軸承的，所以直徑與滾動軸承內圈直徑一樣，為軸承內圈直徑一樣，為D1=D4=55mm,軸段軸段1的長度即的長度即為滾動軸承的寬度，查手冊為為滾動軸承的

33、寬度，查手冊為L1=21mm 考慮拆卸的方便，軸段考慮拆卸的方便，軸段3的直徑只要比軸段的直徑只要比軸段4的直徑稍大的直徑稍大就行了，并取標準值（齒輪）這里取為就行了，并取標準值（齒輪）這里取為D3=58mm。 軸段軸段3的長度要比齒輪的輪轂寬度的長度要比齒輪的輪轂寬度(為為100mm)短短23mm，故該段軸長取為故該段軸長取為L3=98mm 軸承端蓋的總寬度為軸承端蓋的總寬度為25mm（由減速器及軸承端蓋的結構設（由減速器及軸承端蓋的結構設計而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂計而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離的要求，

34、取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離l=20mm ，故取軸段，故取軸段5的長度為的長度為L5=45mm。軸段軸段2是一軸環(huán)，右側用來定位齒輪，左側用來定位滾動是一軸環(huán)，右側用來定位齒輪，左側用來定位滾動軸承，查滾動軸承的手冊，可得該型號的滾動軸承內圈軸承，查滾動軸承的手冊，可得該型號的滾動軸承內圈安裝尺寸最小為安裝尺寸最小為64mm，同時軸環(huán)的直徑還要滿足比軸段，同時軸環(huán)的直徑還要滿足比軸段3的直徑的直徑(為為58mm)大大510mm的要求，故這段直徑最終的要求，故這段直徑最終取取D2=66mm。 軸環(huán)軸環(huán)2寬度取為寬度取為L2=18mm (b1.4h6.4） 取齒輪距箱體內壁之距離為取齒輪

35、距箱體內壁之距離為10mm，考慮到箱體的鑄造，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動軸承位置時，應距箱體內壁一段距離，誤差，在確定滾動軸承位置時，應距箱體內壁一段距離，取取5mm。已知滾動軸承寬度為。已知滾動軸承寬度為21mm，齒輪輪轂長為，齒輪輪轂長為100mm,則軸段則軸段4的長度為：的長度為：105(100-98)+21=38mm齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。對于齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。對于齒輪，由手冊查得平鍵的截面尺寸寬齒輪，由手冊查得平鍵的截面尺寸寬高高= 1610 (GB1095-79)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為80mm(標準鍵

36、長見標準鍵長見 GB1096-79),同時為了保證齒輪輪轂與軸的配合為同時為了保證齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；(4) 軸上零件的周向定位軸上零件的周向定位 同樣，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵為同樣，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵為14963， 半聯(lián)軸器與軸的配合為半聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。滾動軸承與軸的周向定位。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為k6。 (5)確定軸上圓角和倒角尺寸。確定軸上圓角和倒角尺寸。 取軸端倒角為取軸端倒角為245 畫軸空間受力簡圖畫軸空間受力簡圖c，將軸上作用力分解為垂直面受力圖，

37、將軸上作用力分解為垂直面受力圖d和和水平受力圖水平受力圖e。分別求出垂直面上的支反力和水平面上支反。分別求出垂直面上的支反力和水平面上支反力。對于零件作用于軸上的分布載荷或轉矩力。對于零件作用于軸上的分布載荷或轉矩(因軸上零件如齒因軸上零件如齒輪、聯(lián)軸器等均有寬度輪、聯(lián)軸器等均有寬度)可當作集中力作用于軸上零件的寬度可當作集中力作用于軸上零件的寬度中點。對于支反力的位置，隨軸承類型和布置方式不同而異，中點。對于支反力的位置，隨軸承類型和布置方式不同而異，其中其中a值參見滾動軸承樣本，跨距較大時可近似認為支反力位值參見滾動軸承樣本，跨距較大時可近似認為支反力位于軸承寬度的中點于軸承寬度的中點 7

38、、按彎扭合成校核、按彎扭合成校核(1)畫受力簡圖畫受力簡圖 (2)計算作用于軸上的支反力計算作用于軸上的支反力水平面內支反力水平面內支反力垂直面內支反力垂直面內支反力 (3)計算軸的彎矩，并畫彎、轉矩圖計算軸的彎矩，并畫彎、轉矩圖分別作出垂直面和水平面上的彎矩圖分別作出垂直面和水平面上的彎矩圖f、g，并按，并按 計計算合成彎矩算合成彎矩 (4)計算并畫當量彎矩圖計算并畫當量彎矩圖轉矩按脈動循環(huán)變化計算轉矩按脈動循環(huán)變化計算, 取取 (5)校核軸的強校核軸的強度度一般而言，軸的強度是否滿一般而言，軸的強度是否滿足要求只需對危險截面進行足要求只需對危險截面進行校核即可，而軸的危險截面校核即可，而軸

39、的危險截面多發(fā)生在當量彎矩最大或當多發(fā)生在當量彎矩最大或當量彎矩較大且軸的直徑較小量彎矩較大且軸的直徑較小處。處。 a-a 截面處當量彎矩為：截面處當量彎矩為：故安全故安全 三、三、 軸的剛度計算軸的剛度計算 軸的剛度包括軸的剛度包括扭轉剛度扭轉剛度和和彎曲剛度彎曲剛度，前者以扭轉角，前者以扭轉角度量，度量， 后者以撓度后者以撓度y或偏轉角或偏轉角度量。軸的剛度計算就是計算出軸受載度量。軸的剛度計算就是計算出軸受載時的變形量，時的變形量， 并使其控制在允許的范圍內，即并使其控制在允許的范圍內，即 yy(10-4) 彎矩彎矩 彎曲變形彎曲變形扭矩扭矩 扭轉變形扭轉變形一、彎曲變形計算一、彎曲變形

40、計算方法有：方法有：1.按微分方程求解按微分方程求解2.變形能法變形能法適用于等直徑軸。適用于等直徑軸。適用于階梯軸。適用于階梯軸。圖圖11-1 軸的饒度和轉角軸的饒度和轉角 圖圖11-2 軸的扭角軸的扭角表表11-5 軸的撓度、偏轉角和扭轉角的允許值軸的撓度、偏轉角和扭轉角的允許值 軸的振動概念軸的振動概念 當軸旋轉時，由于外界干擾力的影響，軸會產(chǎn)生橫向振動。當軸旋轉時，由于外界干擾力的影響，軸會產(chǎn)生橫向振動。 轉速達到某個數(shù)值，使外界干擾力產(chǎn)生的振動頻率和軸的轉速達到某個數(shù)值，使外界干擾力產(chǎn)生的振動頻率和軸的自然自然振動頻率相同或相近振動頻率相同或相近時，將會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，其振幅和動載荷時

41、，將會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，其振幅和動載荷可能導致軸和機器的破壞，可能導致軸和機器的破壞，軸發(fā)生共振時的轉速稱為軸的軸發(fā)生共振時的轉速稱為軸的臨界臨界轉速轉速。如果轉速繼續(xù)提高，。如果轉速繼續(xù)提高， 振動就會減弱，振動就會減弱， 軸的轉動趨于平穩(wěn)。軸的轉動趨于平穩(wěn)。 但當轉速達到另一較高的數(shù)值時，共振可能再次出現(xiàn)。其中，但當轉速達到另一較高的數(shù)值時，共振可能再次出現(xiàn)。其中， 最低的臨界轉速稱為第一階臨界轉速最低的臨界轉速稱為第一階臨界轉速nc1。軸的振動計算就是計。軸的振動計算就是計算其臨界轉速，使軸的工作轉速避開其各階臨界轉速以防止共算其臨界轉速，使軸的工作轉速避開其各階臨界轉速以防止共振的發(fā)生。振

42、的發(fā)生。 軸的臨界轉速取決于軸的臨界轉速取決于回轉零件的質量和軸的剛度回轉零件的質量和軸的剛度， 質量越大，質量越大，剛度越小，則軸的臨界轉速越低。工作轉速剛度越小，則軸的臨界轉速越低。工作轉速n低于一階臨界轉低于一階臨界轉速的軸稱為剛性軸，速的軸稱為剛性軸， 超過一階臨界轉速的軸稱為撓性軸。超過一階臨界轉速的軸稱為撓性軸。 通常通常情況下，對于剛性軸，應使情況下，對于剛性軸，應使n0.85nc1；對于撓性軸，應使；對于撓性軸，應使n1.15nc1滿足上述條件并避開各高階臨界轉速的軸，都具有振動滿足上述條件并避開各高階臨界轉速的軸，都具有振動穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。 軸及軸上零件材料本身的不均勻軸及軸

43、上零件材料本身的不均勻安裝對中性不好安裝對中性不好制造誤差等造成軸及軸上零件的重心偏移制造誤差等造成軸及軸上零件的重心偏移外界常見的外界常見的周期性干擾周期性干擾力因素力因素軸旋轉時產(chǎn)生離心力軸旋轉時產(chǎn)生離心力高速轉動的軸都要經(jīng)過平衡試驗，以滿足運動平穩(wěn)性的要求。高速轉動的軸都要經(jīng)過平衡試驗，以滿足運動平穩(wěn)性的要求。 第四節(jié)第四節(jié) 軸軸 轂轂 聯(lián)聯(lián) 接接 作用：作用：聯(lián)接軸和軸上零件，實現(xiàn)周向固定以傳遞轉矩聯(lián)接軸和軸上零件，實現(xiàn)周向固定以傳遞轉矩和運動和運動。一、鍵聯(lián)接的類型一、鍵聯(lián)接的類型類型：類型：平鍵、半圓鍵、楔鍵、切向鍵等。平鍵、半圓鍵、楔鍵、切向鍵等。1 1、平鍵聯(lián)接、平鍵聯(lián)接 結構

44、簡單、裝拆方便，應用結構簡單、裝拆方便，應用廣泛。按用途不同分為：廣泛。按用途不同分為：普通平鍵普通平鍵導向平鍵導向平鍵滑鍵滑鍵工作面工作面間隙間隙（1）普通平鍵）普通平鍵 兩側面為工作面兩側面為工作面普通平鍵的類型普通平鍵的類型單圓頭(C型)：用于軸端圓頭(A型)：端銑刀加工，固定良好平頭(B型)：盤銑刀加工，應力集中小盤銑刀盤銑刀 （2）導向平鍵）導向平鍵 加長平鍵，軸向移動量加長平鍵，軸向移動量不大不大的動聯(lián)接，用螺釘固定在軸上的動聯(lián)接，用螺釘固定在軸上（3）滑鍵聯(lián)接）滑鍵聯(lián)接 圖10-16 導向平鍵和滑鍵聯(lián)接 軸向移動量軸向移動量大大的動聯(lián)接，滑鍵在輪轂上，與輪轂一起在軸上移動的動聯(lián)接

45、，滑鍵在輪轂上，與輪轂一起在軸上移動2. 半圓鍵聯(lián)接半圓鍵聯(lián)接 圖10-17 半圓鍵聯(lián)接 3. 3. 楔鍵聯(lián)接楔鍵聯(lián)接 結構：楔鍵的上、下面為工作面，鍵的上結構：楔鍵的上、下面為工作面，鍵的上表面及輪轂鍵槽底面均有表面及輪轂鍵槽底面均有1:100 的斜度。的斜度。 特點：能承受特點：能承受單向軸單向軸向力。但對中性很差。向力。但對中性很差。 應用：用于低速、輕載和對中性要求不高應用：用于低速、輕載和對中性要求不高的場合。的場合。聯(lián)接。聯(lián)接。d斜度斜度1：1004 4、切向鍵、切向鍵 結構：由兩個斜度為結構：由兩個斜度為1:1001:100的楔鍵組成。的楔鍵組成。 特點：承載能力較大，但對中性差

46、。特點：承載能力較大，但對中性差。 傳遞傳遞雙向轉矩雙向轉矩時，須用兩個鍵且時，須用兩個鍵且分布成分布成120130 120130 。 應用：常用于對中精度要求不高的重型機械。應用：常用于對中精度要求不高的重型機械。二、花鍵聯(lián)接二、花鍵聯(lián)接1)均勻受力；均勻受力；6 62 花鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接6)可用磨削方法提高加工精度及可用磨削方法提高加工精度及聯(lián)接質量。聯(lián)接質量。 結構：外花鍵（花鍵軸）和內花鍵（花鍵孔）組成。結構：外花鍵（花鍵軸）和內花鍵（花鍵孔）組成。鍵齒側面是工作面。鍵齒側面是工作面。 特點：承載能力高，對中性好特點：承載能力高，對中性好; ;但制造要采用專但制造要采用專用設備，成本較高

47、。用設備，成本較高。 應用：用于定心精度要求高、載荷較大的場合。應用：用于定心精度要求高、載荷較大的場合。矩形花鍵矩形花鍵 三角形花鍵三角形花鍵 1）矩形花鍵）矩形花鍵1 1、矩形花鍵、矩形花鍵加工方便（可通過磨削獲得高精度），應用廣泛。加工方便（可通過磨削獲得高精度），應用廣泛。 2 2、漸開線花鍵、漸開線花鍵 工藝性好，強度高，承載能力大。用于重載、定心工藝性好，強度高，承載能力大。用于重載、定心精度要求高的聯(lián)接精度要求高的聯(lián)接壓力角壓力角 3030壓力角壓力角 4545漸開線花鍵漸開線花鍵 壓力角壓力角 4545：內花鍵為三角形，故稱為三角形花鍵，其：內花鍵為三角形，故稱為三角形花鍵，其

48、鍵齒細而多，適用于薄壁零件。鍵齒細而多，適用于薄壁零件。圖10-20 漸開線花鍵聯(lián)接 三、平鍵的選用和強度校核三、平鍵的選用和強度校核1、平鍵的選用、平鍵的選用（1 1）鍵的尺寸選擇）鍵的尺寸選擇 斷面尺寸斷面尺寸 b bh h： 根據(jù)軸徑根據(jù)軸徑 d d 查標準確定，表查標準確定，表16-116-1。 鍵長鍵長 L L：應略短于輪轂的寬度，并符合標準尺寸系列。：應略短于輪轂的寬度，并符合標準尺寸系列。附：鍵的長度系列：附：鍵的長度系列： 10 12 14 16 18 20 22 25 10 12 14 16 18 20 22 25 32 36 40 45 50 63 70 80 32 36

49、40 45 50 63 70 80 90 100 110 125 140 160 .90 100 110 125 140 160 . （2 2）鍵的標記）鍵的標記 B B型平鍵型平鍵b bh hL=10L=101616125125 鍵鍵B B 1010125125 A A型鍵可不標型號型鍵可不標型號 d b h C或或r L t t1 半徑半徑r 表表16-116-1鍵的尺寸鍵的尺寸鍵鍵 槽槽軸的直徑軸的直徑 自自 68 2 2 620 1.2 1 810 3 3 0.160.25 636 1.8 1.4 0.080.16 1012 4 4 845 2.5 1.8 1217 5 5 1056 3.0 2.3 1722 6 6 0.250.4 1470 3.5 2.8 0.160.25 2230 8 7 189