第十三章 軸及軸轂聯(lián)接

1、第十三章第十三章 軸及軸轂聯(lián)接軸及軸轂聯(lián)接 131 概述概述 一、軸的用途與分類一、軸的用途與分類 1、功用：、功用：1）支承回轉(zhuǎn)零件；）支承回轉(zhuǎn)零件；2）傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力）傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 2、分類：、分類： 按承載情況分：按承載情況分： 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸扭矩和彎矩扭矩和彎矩 心軸心軸只受彎矩只受彎矩 傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸主要受扭矩主要受扭矩 按軸線形狀分按軸線形狀分 直軸：直軸：階梯軸階梯軸 光軸光軸曲軸：曲軸： 空心軸和鋼絲軟軸空心軸和鋼絲軟軸(變速器的轉(zhuǎn)速傳變速器的轉(zhuǎn)速傳到儀表板到儀表板) 二二. .軸的材料（見表軸的材料（見表13-113-1）軸的材料種類很多，選擇時(shí)應(yīng)主要考慮如下因素：軸的材料種類很多

2、，選擇時(shí)應(yīng)主要考慮如下因素：1.1.軸的強(qiáng)度、剛度及耐磨性要求；軸的強(qiáng)度、剛度及耐磨性要求；2.2.軸的熱處理方法及機(jī)加工工藝性的要求；軸的熱處理方法及機(jī)加工工藝性的要求；3.3.軸的材料來源和經(jīng)濟(jì)性等。軸的材料來源和經(jīng)濟(jì)性等。軸的常用材料是碳素鋼和合金鋼。軸的常用材料是碳素鋼和合金鋼。碳素鋼比合金鋼價(jià)格低廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，可通過熱處理改善其綜碳素鋼比合金鋼價(jià)格低廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，可通過熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好，故應(yīng)用最廣，一般用途的軸，多用含碳量為合性能，加工工藝性好，故應(yīng)用最廣，一般用途的軸，多用含碳量為0.250.250.5%0.5%的中碳素鋼。尤其是的中碳素鋼

3、。尤其是4545號(hào)鋼，對(duì)于不重要或受力較小的軸也可用號(hào)鋼，對(duì)于不重要或受力較小的軸也可用Q235AQ235A等普通碳等普通碳素鋼。合金鋼具有比碳素鋼更好的機(jī)械性能和淬火性能，但對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，素鋼。合金鋼具有比碳素鋼更好的機(jī)械性能和淬火性能，但對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，且價(jià)格較貴，多用于對(duì)強(qiáng)度和耐磨性有特殊要求的軸。如且價(jià)格較貴，多用于對(duì)強(qiáng)度和耐磨性有特殊要求的軸。如20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi等低碳等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳處理后可提高耐磨性；合金鋼，經(jīng)滲碳處理后可提高耐磨性；20CrMoV20CrMoV、38CrMoAl38CrMoAl等合金鋼，有良好的等合金鋼，有良好的高溫

4、機(jī)械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下工作的軸。高溫機(jī)械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下工作的軸。值得注意的是：由于常溫下合金鋼與碳素鋼的彈性模量相差不多，因此當(dāng)其他值得注意的是：由于常溫下合金鋼與碳素鋼的彈性模量相差不多，因此當(dāng)其他條件相同時(shí)，如想通過選用合金鋼來提高軸的剛度是難以實(shí)現(xiàn)的。條件相同時(shí)，如想通過選用合金鋼來提高軸的剛度是難以實(shí)現(xiàn)的。球墨鑄鐵和高強(qiáng)度鑄鐵因其具有良好的工藝性，不需要鍛壓設(shè)備，吸振性好，球墨鑄鐵和高強(qiáng)度鑄鐵因其具有良好的工藝性，不需要鍛壓設(shè)備，吸振性好，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，近年來被廣泛應(yīng)用于制造結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的曲軸等。只是對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，近年來被廣泛應(yīng)用

5、于制造結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的曲軸等。只是鑄件質(zhì)量難于控制。鑄件質(zhì)量難于控制。軸的毛坯多用軋制的圓鋼或鍛鋼。鍛鋼內(nèi)部組織均勻，強(qiáng)度較好，因此，重軸的毛坯多用軋制的圓鋼或鍛鋼。鍛鋼內(nèi)部組織均勻，強(qiáng)度較好，因此，重要的大尺寸的軸，常用鍛造毛坯。要的大尺寸的軸，常用鍛造毛坯。軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 ：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工作能力計(jì)算工作能力計(jì)算 二二.設(shè)計(jì)軸的要求：設(shè)計(jì)軸的要求： 足夠的強(qiáng)度，剛度，合理的結(jié)構(gòu)，有的還要求有良好足夠的強(qiáng)度，剛度，合理的結(jié)構(gòu)，有的還要求有良好的振動(dòng)穩(wěn)定性的振動(dòng)穩(wěn)定性132 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 要求：要求： 軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置

6、 軸上零件應(yīng)有可靠的相對(duì)固定軸上零件應(yīng)有可靠的相對(duì)固定 軸應(yīng)具有良好的制造工藝性和安裝工藝性等軸應(yīng)具有良好的制造工藝性和安裝工藝性等 形狀和尺寸應(yīng)有利于避免應(yīng)力集中形狀和尺寸應(yīng)有利于避免應(yīng)力集中 軸的結(jié)構(gòu)和形狀取決于下面幾個(gè)因素：（軸的結(jié)構(gòu)和形狀取決于下面幾個(gè)因素：（1 1）軸的毛坯種類：）軸的毛坯種類：（2 2）軸上作用力的大小及其分布情況；（）軸上作用力的大小及其分布情況；（3 3）軸上零件的）軸上零件的位置、配合性質(zhì)及其聯(lián)接固定的方法；（位置、配合性質(zhì)及其聯(lián)接固定的方法；（4 4）軸承的類型、）軸承的類型、尺寸和位置；（尺寸和位置；（5 5）軸的加工方法、裝配方法以及其他特殊）軸的加工方

7、法、裝配方法以及其他特殊要求?？梢娪绊戄S的結(jié)構(gòu)與尺寸的因素很多，設(shè)計(jì)軸時(shí)要要求。可見影響軸的結(jié)構(gòu)與尺寸的因素很多，設(shè)計(jì)軸時(shí)要全面綜合的考慮各種因素。全面綜合的考慮各種因素。一、便于軸上零件的裝配一、便于軸上零件的裝配軸身軸身 1、零件的軸向定位和固定、零件的軸向定位和固定 1）軸肩和軸環(huán)）軸肩和軸環(huán) 定位軸肩：定位軸肩：r r軸軸RR孔孔或或r r軸軸CC孔孔軸肩或軸環(huán)的高度軸肩或軸環(huán)的高度h h必須大于必須大于 R R孔孔或或 C C孔孔軸肩高度軸肩高度 滾動(dòng)軸承內(nèi)圈高度滾動(dòng)軸承內(nèi)圈高度h=h=（0.07d0.07d3 3）（）（0.1d0.1d5 5）mm mm 軸環(huán)寬度軸環(huán)寬度 bl.4

8、h bl.4h 非定位軸肩：非定位軸肩：h=1.5-2mm,r=(D-d)/2h=1.5-2mm,r=(D-d)/2二、保證軸上零件的準(zhǔn)確定位和可靠固定二、保證軸上零件的準(zhǔn)確定位和可靠固定2）套筒）套筒 軸用圓螺母軸用圓螺母 錯(cuò)錯(cuò)誤誤 正正確確要求軸肩高度要求軸肩高度滾動(dòng)軸承內(nèi)圈高度滾動(dòng)軸承內(nèi)圈高度當(dāng)用軸肩、軸環(huán)、套當(dāng)用軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母、軸端擋圈筒、圓螺母、軸端擋圈進(jìn)行零件的軸向定位時(shí)，進(jìn)行零件的軸向定位時(shí)，為保證軸向定位可靠，為保證軸向定位可靠，要求要求L軸軸 L轂轂4）軸端擋圈）軸端擋圈 錯(cuò)誤錯(cuò)誤 正確正確正確正確5）軸承端蓋）軸承端蓋 6）彈性擋圈）彈性擋圈 7）鎖緊擋圈、緊定螺

9、釘或銷）鎖緊擋圈、緊定螺釘或銷 軸承端蓋與機(jī)座間加軸承端蓋與機(jī)座間加墊片，以調(diào)整軸的位置墊片，以調(diào)整軸的位置 8）圓錐面（）圓錐面（+擋圈、螺母）擋圈、螺母） 2、零件的周向定位、零件的周向定位 1）鍵）鍵2）花鍵）花鍵3）緊定螺釘、銷）緊定螺釘、銷 4）過盈配合）過盈配合三、良好的制造工藝性和裝配工藝性三、良好的制造工藝性和裝配工藝性 1）軸肩圓角）軸肩圓角r和倒角高度和倒角高度C 2）軸端倒角）軸端倒角 3）砂輪越程槽）砂輪越程槽 4）螺紋退刀槽）螺紋退刀槽 5）多個(gè)鍵槽）多個(gè)鍵槽 四四. .減小應(yīng)力集中，改善軸的受力情況減小應(yīng)力集中，改善軸的受力情況 1.1.減小應(yīng)力集中減小應(yīng)力集中 2

10、.2.提高軸的表面質(zhì)量提高軸的表面質(zhì)量五五. .軸上零件的裝拆和調(diào)整軸上零件的裝拆和調(diào)整1.1.中間粗兩端細(xì)中間粗兩端細(xì) 2.2.軸肩高度軸肩高度1-3mm1-3mm（定位軸鍵大）（定位軸鍵大）3.3.軸承定位軸肩高度軸承定位軸肩高度 8-103*331.81.410-124*44+0.030 0+0.078 +0.0300 -0.030+0.016 -0.016-0.012 -0.0422.51.812-175*553.02.30.160.2517-226*663.52.822-308*78+0.036 0+0.098 +0.0400 -0.036+0.018 -0.018-0.015 -0

11、.0514.0+0.2 03.3+0.2 0 0.250.4030-3810*8105.03.338-4412*812+0.043 0+0.120 +0.0500 -0.043+0.0215 -0.0215-0.018 -0.0615.03.344-5014*9145.53.850-5816*10166.04.358-6518*11187.04.465-7520*1220+0.052 0 +0.140 +0.0650 -0.052+0.026 -0.026-0.022 -0.0747.54.975-8522*14229.05.40.400.60平鍵聯(lián)接的標(biāo)準(zhǔn)、尺寸和公差平鍵聯(lián)接的標(biāo)準(zhǔn)、尺寸和公

12、差 注：注：1 1、表中的基本尺寸系原標(biāo)準(zhǔn)中的公稱尺寸。、表中的基本尺寸系原標(biāo)準(zhǔn)中的公稱尺寸。 2 2、（、（d-td-t）和（）和（d+td+t）兩組組合尺寸的偏差按相應(yīng)的）兩組組合尺寸的偏差按相應(yīng)的t t和和t1t1偏差選取，但（偏差選取，但（d-td-t）偏差應(yīng)取負(fù)號(hào)；）偏差應(yīng)取負(fù)號(hào)； 3 3、鍵的長度系列：、鍵的長度系列：6 6、8 8、1010、1212、1414、1515、1818、2020、2222、2525、2828、3232、3636、4040、4545、5151、5656、6363、7070、8080、9090、100100、 110110、125125、140140、16

13、0160、180180、200200、220220、250250、320320、360mm360mm。 4 4、普通平鍵標(biāo)記示例：平頭普通平鍵（、普通平鍵標(biāo)記示例：平頭普通平鍵（B B型）型）b=18mm,h=11mm,L=100mm,b=18mm,h=11mm,L=100mm,標(biāo)記：鍵標(biāo)記：鍵B18B18100 GB1096-79100 GB1096-79。A A型的型的A A可可省去不寫。省去不寫。2 2半圓鍵聯(lián)接半圓鍵聯(lián)接 鍵呈半圓形，其側(cè)面為工作面，鍵能在軸鍵呈半圓形，其側(cè)面為工作面，鍵能在軸上的鍵槽中繞其圓心擺動(dòng)，上的鍵槽中繞其圓心擺動(dòng)， 以適應(yīng)輪轂上鍵槽的以適應(yīng)輪轂上鍵槽的斜度，安

14、裝方便。常用與錐形軸端漁輪故的聯(lián)接。斜度，安裝方便。常用與錐形軸端漁輪故的聯(lián)接。4 4切向鍵切向鍵由兩個(gè)斜度為由兩個(gè)斜度為1:1001:100的楔鍵組成。一個(gè)切向鍵只能傳遞一個(gè)方向的轉(zhuǎn)矩，的楔鍵組成。一個(gè)切向鍵只能傳遞一個(gè)方向的轉(zhuǎn)矩，傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時(shí)，須用互成傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時(shí)，須用互成120120130130角的兩個(gè)鍵。角的兩個(gè)鍵。詳細(xì)說明詳細(xì)說明楔鍵的上、下表面為工作面，兩側(cè)面楔鍵的上、下表面為工作面，兩側(cè)面為非工作面。鍵的上表面與鍵槽底面均有為非工作面。鍵的上表面與鍵槽底面均有1:100 1:100 的斜度。工作時(shí)，鍵的上下兩工作的斜度。工作時(shí)，鍵的上下兩工作面分別與輪轂和軸的鍵槽工作面壓緊，

15、靠面分別與輪轂和軸的鍵槽工作面壓緊，靠其摩擦力和擠壓傳遞扭矩。其摩擦力和擠壓傳遞扭矩。3 3楔鍵楔鍵聯(lián)接聯(lián)接詳細(xì)說明詳細(xì)說明詳細(xì)說明詳細(xì)說明1.1.尺寸選擇：尺寸選擇：1)1)根據(jù)鍵聯(lián)接的工作要求和使用特點(diǎn)，選擇平鍵的類型根據(jù)鍵聯(lián)接的工作要求和使用特點(diǎn)，選擇平鍵的類型2)2)按照軸的公稱直徑按照軸的公稱直徑d d，從國家標(biāo)準(zhǔn)中選擇平鍵的尺寸，從國家標(biāo)準(zhǔn)中選擇平鍵的尺寸bXhbXh3)3)根據(jù)輪轂長度選擇鍵長根據(jù)輪轂長度選擇鍵長L:L:鍵的長度鍵的長度L L應(yīng)略小于輪轂的長度應(yīng)略小于輪轂的長度B B，L=B-(510)mmL=B-(510)mm。鍵長。鍵長L L應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)長度系列應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)長度系

16、列二二. .平鍵聯(lián)接的選擇和計(jì)算平鍵聯(lián)接的選擇和計(jì)算2.2.強(qiáng)度計(jì)算：強(qiáng)度計(jì)算：1)1)失效形式：鍵與被聯(lián)接件較弱工作面被壓潰（一般沒有剪切）失效形式：鍵與被聯(lián)接件較弱工作面被壓潰（一般沒有剪切） 磨損（動(dòng)聯(lián)接）磨損（動(dòng)聯(lián)接）2)2)強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算擠壓強(qiáng)度條件：擠壓強(qiáng)度條件：PPhldThldTAF42/2 pdhlTp4耐磨性計(jì)算：耐磨性計(jì)算：l:l:鍵的工作長度：鍵的工作長度：A A型型 B B型型 C C型型 T-T-軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩（軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.mmN.mm） d-d-軸的直徑軸的直徑(mm)(mm)h-h-鍵的高度鍵的高度 - -鍵、軸和輪轂中擠壓強(qiáng)度最低的材料的許用應(yīng)力鍵、

17、軸和輪轂中擠壓強(qiáng)度最低的材料的許用應(yīng)力如果計(jì)算鍵的強(qiáng)度不夠，在結(jié)構(gòu)允許的條件下，可適當(dāng)增加輪轂和鍵的長度如果計(jì)算鍵的強(qiáng)度不夠，在結(jié)構(gòu)允許的條件下，可適當(dāng)增加輪轂和鍵的長度或間隔布置或間隔布置180180兩個(gè)鍵。考慮到兩個(gè)鍵的載荷分配不均勻性，在驗(yàn)算鍵的兩個(gè)鍵?？紤]到兩個(gè)鍵的載荷分配不均勻性，在驗(yàn)算鍵的強(qiáng)度時(shí)只按強(qiáng)度時(shí)只按1 15 5個(gè)鍵計(jì)算。個(gè)鍵計(jì)算。P例例 選擇如圖所示的減速器輸出軸與齒輪間的平鍵聯(lián)接。已知傳遞選擇如圖所示的減速器輸出軸與齒輪間的平鍵聯(lián)接。已知傳遞的轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩=600N.m=600N.m，齒輪材料為鑄鋼，齒輪材料為鑄鋼， 載荷有輕微沖擊。載荷有輕微沖擊。 解：（解：（1 1）

18、尺寸選擇。由軸徑）尺寸選擇。由軸徑d=75mmd=75mm及輪轂寬度及輪轂寬度80mm80mm，按表，按表6-2 6-2 選擇選擇A A型平鍵型平鍵b=20mm, h=12mm, L=70mm,b=20mm, h=12mm, L=70mm, 標(biāo)記為：鍵標(biāo)記為：鍵2020* *70GB1095-7970GB1095-79。 （2 2）強(qiáng)度驗(yàn)算。）強(qiáng)度驗(yàn)算。 （3 3）鍵槽的尺寸公差）鍵槽的尺寸公差 例題 花鍵花鍵聯(lián)接是將具有均布的多個(gè)凸齒的軸置于輪轂相應(yīng)的聯(lián)接是將具有均布的多個(gè)凸齒的軸置于輪轂相應(yīng)的凹槽中所構(gòu)成的聯(lián)接。其工作面是鍵齒側(cè)。凹槽中所構(gòu)成的聯(lián)接。其工作面是鍵齒側(cè)。 花鍵聯(lián)接是多齒傳遞載荷