第十四章軸和軸轂連接復(fù)習(xí)

14.1概述14.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14.4軸的材料及選擇14.5軸的設(shè)計(jì)14.6軸轂連接14.1概述一、軸的主要功用二、軸的分類1、按承載分

心軸、轉(zhuǎn)軸、傳動(dòng)軸。

心軸：只承受彎矩（M），不傳遞轉(zhuǎn)矩（T=0）1、支承軸上回轉(zhuǎn)零件（如齒輪）轉(zhuǎn)動(dòng)心軸：軸轉(zhuǎn)動(dòng)固定心軸：軸固定2、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)軸：既傳遞轉(zhuǎn)矩（T）、又承受彎矩（M）如：減速器中的軸。傳動(dòng)軸：只受轉(zhuǎn)矩，不受彎矩

M=0，T≠0如：汽車下的傳動(dòng)軸。

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸作為重要的支承零件，除了與齒輪、帶輪等旋轉(zhuǎn)零件連接外，還要與軸承組合通過軸承與機(jī)座相連。14.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖示單級(jí)圓柱齒輪減速器中的低速軸。該軸系由聯(lián)軸器1、軸2、軸承蓋3、軸承4、套筒5、齒輪6以及軸承7等組成。軸的結(jié)構(gòu)圖軸頸軸環(huán)軸肩軸頭軸頸軸身軸頭軸設(shè)計(jì)的基本要求：1、軸與軸上零件要有準(zhǔn)確的相對位置,軸向、周向定位可靠；3、受力合理,軸結(jié)構(gòu)有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度、減少應(yīng)力集中；2、軸的加工、裝配有良好的工藝性；盡量避免各軸段剖面突然改變以降低局部應(yīng)力集中，提高軸的疲勞強(qiáng)度。①階梯軸截面尺寸變化處應(yīng)采用圓角過渡，圓角不宜過?。虎谌鐖A角過大時(shí)影響軸上零件定位時(shí)，可采用凹切圓角或中間環(huán)來增大圓角半徑；零件軸向定位的方式常取決于軸向力的大小一、軸上零件的軸向定位和固定r＜C＜h要求：b=1.4hh=(0.07～0.1)d1.軸肩和軸環(huán)r＜R＜hhhhh特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠，可承受較大的軸向力應(yīng)用：齒輪、帶輪、聯(lián)軸器、軸承等的軸向定位14.2.2零件在軸上的固定2.套筒特點(diǎn)：定位可靠，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，可承受較大的軸向力。

應(yīng)用：齒輪、帶輪、聯(lián)軸器、軸承等的軸向定位。軸上間距不大的兩零件的軸向定位。與滾動(dòng)軸承組合時(shí)，套筒的厚度不應(yīng)超過軸承內(nèi)圈的厚度，以便軸承拆卸。3.圓螺母和止動(dòng)墊圈特點(diǎn)：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(qiáng)度下降

應(yīng)用：常用于軸的中部和端部正確錯(cuò)誤錯(cuò)誤4.軸端擋圈特點(diǎn)：能承受較大的軸向力及沖擊載荷，需采用放松措施。

應(yīng)用：常用于軸的端部的零件固定。注意：L軸<L轂-（2～3)mm5.圓錐面特點(diǎn)：能承受沖擊載荷，裝拆方便，但配合面加工較困難。

應(yīng)用：常用于軸的端部的零件固定。6.彈性擋圈特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單緊湊，裝拆方便，只能承受很小的軸向力，可靠性差。

應(yīng)用：常用于固定滾動(dòng)軸承和移動(dòng)齒輪的軸向定位二、軸上零件的周向定位目的：防止零件與軸之間的相對轉(zhuǎn)動(dòng)1.鍵平鍵：對中性好，可用于較高精度、高轉(zhuǎn)速及受沖擊或交變載荷作用的場合。半圓鍵：裝配方便，特別適合錐形軸端的連接，對軸的削弱較大，只適用于輕載。2.花鍵特點(diǎn)：承載能力強(qiáng)，定心精度高，導(dǎo)向性好，但制造成本高。3.緊定螺釘特點(diǎn)：適用于軸向力小，轉(zhuǎn)速低的場合；在有振動(dòng)和沖擊的場合，應(yīng)防松。4.圓錐銷5.過盈配合特點(diǎn)：用于受力不大的場合特點(diǎn)：對中性好，承載能力強(qiáng)，適用于不常拆卸的部位?？膳c平鍵組合使用，能承受較大的交變載荷。三、軸的結(jié)構(gòu)工藝性一般將軸設(shè)計(jì)成階梯軸（1）提供零件定位和固定的軸肩、軸環(huán)；（2）區(qū)別不同精度和表面粗糙度以及配合的要求；（3）直徑變化應(yīng)盡可能少，直徑常為中間大兩端小，便于零件的裝拆；（4）軸的兩端加工倒角，便于零件導(dǎo)入，不宜傷人；（5）裝配段不宜過長。軸的結(jié)構(gòu)工藝性（8）退刀槽和越程槽退刀槽：加工螺紋時(shí)，退刀槽可以保證刀具退出。越程槽：保證砂輪能磨削到軸肩，保證軸肩的垂直度；軸的結(jié)構(gòu)工藝性（9）鍵槽布置固定不同零件的各鍵槽應(yīng)布置在同一母線上，以減少裝夾次數(shù)。軸的結(jié)構(gòu)工藝性四.軸的直徑和長度①滿足強(qiáng)度和剛度要求；②盡量采用標(biāo)準(zhǔn)值；③與軸承配合處，必須符合軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)系列；④螺紋處的直徑應(yīng)符合螺紋的標(biāo)準(zhǔn)系列；⑤安裝聯(lián)軸器的軸徑應(yīng)按聯(lián)軸器孔徑設(shè)計(jì)；⑥用套筒、螺母、擋圈等定位時(shí)，軸段長度應(yīng)小于相配零件寬度；軸套LB⑦非定位軸肩的高度一般為：0.5～3mm，固定滾動(dòng)軸承的軸肩高度應(yīng)小于軸承內(nèi)圈厚度；⑧保證軸上零件壓緊可靠，軸上零件寬度應(yīng)大于相配軸段長度。L=B-(1～3）mm軸套LB方案二需要一個(gè)用于軸向定位的長套筒，多了一個(gè)零件，加工工藝復(fù)雜，且質(zhì)量較大，故不如方案一合理。

例題：指出圖中軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不合理之處，并繪出改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)圖。2.齒輪右側(cè)未作軸向固定；1.軸兩端均未倒角；7.軸端擋圈未直接壓在軸端輪轂上。6.齒輪與右軸承裝卸不便；3.齒輪處鍵槽太短；4.鍵槽應(yīng)開在同一條直線上；5.左軸承無法拆卸；軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)四處錯(cuò)誤正確答案兩處錯(cuò)誤1.左側(cè)鍵太長，套筒無法裝入2.多個(gè)鍵應(yīng)位于同一母線上例題1：分析軸系結(jié)構(gòu)中的錯(cuò)誤1923456781.軸肩—聯(lián)軸器右端定位

2.間隙、密封—端蓋和軸之間應(yīng)有間隙和密封3.軸肩—便于軸承裝配4.擋圈過高5.軸過寬—比齒輪窄2-3mm6.鍵過長7.軸間過高—不便軸承裝配8.缺墊片—密封9.缺墊片—密封例題2：分析軸系結(jié)構(gòu)中的錯(cuò)誤9、無法調(diào)整軸承間隙（缺少調(diào)整墊片）。7、軸環(huán)過高，右軸承無法拆卸；5、齒輪軸向定位、固定不可靠；6、齒輪缺少周向固位；4、套筒外徑過大，左軸承無法拆卸；3、左軸段缺少臺(tái)階，左軸承不好裝拆；1、聯(lián)軸器與軸間無鍵聯(lián)接，缺少周向固定；2、聯(lián)軸器缺少軸向固定；1296345788、無法調(diào)整軸承間隙（缺少調(diào)整墊片）。14.4軸的材料及選擇

軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，鋼軸的毛坯多數(shù)用圓鋼或鍛件，各種熱處理和表面強(qiáng)化處理可以顯著提高軸的抗疲勞強(qiáng)度。碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對應(yīng)力集中的敏感性比較低，適用于一般要求的軸。工程中常用35、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素鋼，其中以45鋼用得最廣。合金鋼比碳鋼有更高的力學(xué)性能和更好的淬火性能，在傳遞大功率并要求減小尺寸和質(zhì)量、要求高的耐磨性，以及處于高溫、低溫和腐蝕條件下的軸常采用合金鋼（20Cr、40Cr）。在一般工作溫度下（低于200℃），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此相同尺寸的碳鋼和合金鋼軸的剛度相差不多。高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵可用于制造外形復(fù)雜的軸，且具有價(jià)廉、良好的吸振性和耐磨性，以及對應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點(diǎn)，但是質(zhì)較脆。軸的常用材料及其部分機(jī)械性能（見下頁）

14.5軸的設(shè)計(jì)2）具有合理的結(jié)構(gòu)形狀：軸上零件定位正確、固定可靠且易于裝拆，同時(shí)使軸加工方便，成本低。1.基本要求：1）具有足夠的承載能力：強(qiáng)度和剛度，保證正常工作。選擇材料及熱處理方式，確定許用應(yīng)力。估算軸的最小直徑軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、繪制草圖校核軸的強(qiáng)度繪制軸的工作圖不安全安全2.設(shè)計(jì)步驟：類比法根據(jù)軸的工作條件，選擇與其相似的軸進(jìn)行類比及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，畫出軸的零件圖。設(shè)計(jì)計(jì)算法各軸段直徑和長度的確定1.直徑的確定原則1)有配合要求的軸段（如軸頭）要取標(biāo)準(zhǔn)值。2)裝配標(biāo)準(zhǔn)件的軸段（如軸頸），其直徑要取標(biāo)準(zhǔn)值，并與所裝配的標(biāo)準(zhǔn)件的配合孔徑一致。3)軸肩（或軸環(huán)）高度的確定。定位軸肩,（半徑差）

h≈（0.07～0.1）d，非定位軸肩（半徑差）h≈

1～2mm4)滾動(dòng)軸承的定位軸肩的高度必須低于軸承內(nèi)圈端面的（徑向）厚度,以便于軸承的拆卸。5)當(dāng)軸中間裝有零件時(shí)，安裝該零件軸段的直徑應(yīng)比裝配該零件時(shí)需要通過的其他軸段的直徑大,以便于裝配。6)非配合直徑允許取非標(biāo)準(zhǔn)值，但應(yīng)圓整。7)螺紋直徑應(yīng)符合螺紋標(biāo)準(zhǔn)。

1)與軸上傳動(dòng)零件相配合的軸段（軸頭）的長度，應(yīng)比配合零件的輪轂寬度略短些，一般短2~3mm。2)軸上各旋轉(zhuǎn)零件與其他靜止零件之間應(yīng)留有適當(dāng)?shù)拈g隙，以防止相互發(fā)生碰撞。3)凡裝有零件的軸頭和軸頸的長度，均應(yīng)考慮裝拆調(diào)整的需要,留足工作空間。4)其他軸段的長度，可根據(jù)軸和機(jī)器的總體結(jié)構(gòu)和布局，結(jié)合零件間的相對位置關(guān)系和要求以及機(jī)器的工作要求等確定。

2.長度的確定原則14.6軸轂連接常用的軸轂連接有鍵連接、花鍵連接等。軸轂連接主要是用來實(shí)現(xiàn)軸和輪轂之間的周向固定并用來傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩。鍵都是標(biāo)準(zhǔn)件，其尺寸和鍵槽尺寸都有國家標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)用途，平鍵又可分為普通平鍵導(dǎo)向平鍵和滑鍵普通平鍵應(yīng)用極為廣泛。軸上鍵槽可用指狀銑刀或盤狀銑刀加工，輪轂上的鍵槽可用插削或拉削。14.6.1鍵連接1．平鍵連接平鍵的兩側(cè)面是工作面，上表面與輪轂上的鍵槽底部之間留有間隙，鍵的上、下表面為非工作面。工作時(shí)靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞扭矩，故定心性較好。普通平鍵普通平鍵按端部形狀的不同可分為圓頭（A型）、方頭（B型）、半圓頭（C型）三種，具體結(jié)構(gòu)如下圖：點(diǎn)擊查看三維圖導(dǎo)向平鍵和滑鍵

導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動(dòng)連接。當(dāng)輪轂需要在軸上沿軸向移動(dòng)時(shí)可采用這種鍵連接。

當(dāng)被連接零件滑移距離較大時(shí)，宜采用滑鍵。導(dǎo)向平鍵滑鍵平鍵的尺寸特點(diǎn)：裝拆方便，對零件對中性無影響，容易制造，作用可靠，多用于高精度聯(lián)接。但只能圓周固定，不能承受軸向力。

平鍵的失效平鍵連接工作時(shí)的主要失效形式為組成連接的鍵、軸和輪轂中強(qiáng)度較弱材料表面的壓潰，極個(gè)別情況下也會(huì)出現(xiàn)鍵被剪斷的現(xiàn)象。通常只須按工作面上的擠壓強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。鍵被剪斷花鍵連接由具有多個(gè)沿周向均布的凸齒的外花鍵