第十章 軸及軸轂聯(lián)接

第十章軸及軸轂聯(lián)接§10-1概述§10-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)§10-3軸的設(shè)計(jì)計(jì)算§10-4軸轂聯(lián)接§10-1概述軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。按照承受載荷的不同，軸可分為：

轉(zhuǎn)軸─同時(shí)承受彎矩和扭矩的軸，如減速器的軸。

心軸─只承受彎矩的軸，如火車車輪軸。

傳動(dòng)軸─只承受扭矩的軸，如汽車的傳動(dòng)軸。

§10-1概述除了剛性軸外，還有鋼絲軟軸，可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳到不開敞地空間位置。直軸根據(jù)外形的不同，可分為光軸和階梯軸。按照軸線形狀的不同，軸可分為曲軸和直軸兩大類。軸一般是實(shí)心軸，有特殊要求時(shí)也可制成空心軸，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸。

§10-1概述軸上各段的名稱軸端軸頭軸頸軸頭軸通常由軸頭、軸頸、軸肩、軸環(huán)、軸端及不裝任何零件的軸段等部分組成。軸的結(jié)構(gòu)和形狀取決于：軸的毛坯種類軸上作用力的大小及分布情況軸上零件的位置、配合性質(zhì)以及聯(lián)結(jié)固定的方法軸承的類型、尺寸和位置軸的加工方法、裝配方法以及其他特殊要求軸身§10-1概述

碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性比較低，適用于一般要求的軸。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。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。

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?！?0-1概述

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(duì)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）

§10-1概述§10-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足下列要求：1）軸和裝配在軸上的零件應(yīng)有正確的工作位置和可靠的相對(duì)固定。2）軸應(yīng)有良好的工藝性，便于制造和進(jìn)行軸上零件的裝配及調(diào)整。3）軸的結(jié)構(gòu)要有利于減少應(yīng)力集中。4）受力合理，有利于減輕軸的重量和節(jié)省材料?！?0-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)§10-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類比法設(shè)計(jì)計(jì)算法根據(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。根據(jù)軸的工作條件選擇材料，確定許用應(yīng)力。按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算出軸的最小直徑。設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)，繪制出軸的結(jié)構(gòu)草圖。包括根據(jù)工作要求確定軸上零件的位置和固定方式；確定各軸段的直徑；確定各軸段的長度根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)確定軸的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，如圓角、倒角等尺寸按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核。修改軸的結(jié)構(gòu)后再進(jìn)行校核計(jì)算。繪制軸的零件圖§10-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸強(qiáng)度計(jì)算的目的

在于驗(yàn)算經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步得出的軸能否滿足強(qiáng)度要求。

工程上常用的軸強(qiáng)度計(jì)算方法有兩種━━按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算和按彎、扭合成強(qiáng)度計(jì)算。一、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算這種方法適用于只承受轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)軸的精確計(jì)算，也可用于既受彎矩又受扭矩的軸的近似計(jì)算。對(duì)于只傳遞轉(zhuǎn)矩的圓截面軸，其強(qiáng)度條件為§10-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、確定軸的各段直徑

估算軸的最小直徑其中A值可以查表確定其余各段軸的直徑確定應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）應(yīng)考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的影響，若該處有一個(gè)鍵槽，直徑增加3%-5%，若有兩個(gè)鍵槽，直徑增加7%-10%2）裝配標(biāo)準(zhǔn)件處，其軸段直徑必須符合標(biāo)準(zhǔn)件的標(biāo)準(zhǔn)直徑系列值3）有定位要求的軸段，軸的直徑應(yīng)滿足定位要求。4）非配合軸段直徑，可不取標(biāo)準(zhǔn)值，但是一般應(yīng)取整數(shù)?！?0-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2、確定軸的各段長度確定軸的各段長度，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）當(dāng)零件需要軸向定位時(shí)，則該處軸段的長度應(yīng)比所裝零件的寬度小（2-3mm），以保證零件沿軸向可靠定位，如裝齒輪段2）裝軸承處的軸段長度一般與軸承寬度相同。3）軸段長度的確定應(yīng)考慮軸系中各零件之間的相互關(guān)系和裝拆工藝要求?！?0-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)零件在軸上的固定周向固定為了傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，防止軸上零件與軸作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，軸上零件的周向固定必須可靠。常用的周向固定方法有鍵、花鍵、銷和過盈配合等聯(lián)接?！?0-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸向固定零件在軸上的軸向定位要準(zhǔn)確而可靠，以使其安裝位置確定，能承受軸向力而不產(chǎn)生軸向位移軸肩由定位面和內(nèi)圓角組成§10-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用軸肩或軸環(huán)固定零件時(shí)，常需采用其他附件來防止零件向另一方向移動(dòng)?！?0-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)軸向力不大而軸上零件間的距離較大時(shí)，可采用彈性擋圈固定?！?0-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)軸向力很小，轉(zhuǎn)速很低或僅為防止零件偶然沿軸向滑動(dòng)時(shí)，可采用緊定螺釘固定?！?0-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的制造和裝配工藝性軸的形狀要力求簡(jiǎn)單，階梯軸的級(jí)數(shù)應(yīng)盡可能少，軸上各段的鍵槽、圓角半徑、倒角、中心孔等尺寸應(yīng)盡可能統(tǒng)一，以利于加工和檢驗(yàn)。軸上需磨削的軸段應(yīng)設(shè)計(jì)出砂輪越程槽，需車制螺紋的軸段應(yīng)有退刀槽當(dāng)軸上有多處鍵槽時(shí)，應(yīng)使各鍵槽位于軸的同一母線上為使軸便于裝配，軸端應(yīng)有倒角對(duì)于階梯軸常設(shè)計(jì)成兩端小中間大的形狀，以便于零件從兩端裝拆軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)使各零件在裝配時(shí)盡量不接觸其他零件的配合表面，軸肩高度不能妨礙零件的拆卸§10-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改變軸上零件的布置，有時(shí)可以減小軸上的載荷。

提高軸的強(qiáng)度與剛度措施1、改善軸的受力情況§10-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)也可以減小軸上的載荷?！?0-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階梯軸段直徑不宜相差太大軸肩處的過度圓角盡量大些結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中源合理選擇鍵聯(lián)接減少軸與零件過盈連接的應(yīng)力集中。可以采用下圖的方式提高軸的強(qiáng)度與剛度措施2、改善軸的結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中3、提高軸的表面質(zhì)量常用的軸轂聯(lián)接有鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接等。1鍵聯(lián)接

軸轂聯(lián)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。

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。

普通平鍵應(yīng)用極為廣泛。1．平鍵聯(lián)接普通平鍵導(dǎo)向平鍵和滑鍵根據(jù)用途，平鍵又可分為§10-4軸轂聯(lián)接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：A型C型B型導(dǎo)向平鍵和滑鍵導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動(dòng)聯(lián)接。當(dāng)輪轂需要在軸上沿軸向移動(dòng)時(shí)可采用這種鍵聯(lián)接。當(dāng)被聯(lián)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1)根據(jù)軸的直徑d從標(biāo)準(zhǔn)中選取平鍵的寬度b和高度h2）鍵長L根據(jù)輪轂寬度B確定，一般L=B-（5-10）mm，并符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定長度平鍵的失效平鍵聯(lián)接工作時(shí)的主要失效形式為組成聯(lián)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3.楔鍵聯(lián)接楔鍵的上、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1:100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，靠其摩擦力和擠壓傳遞扭矩。普通楔鍵勾頭楔鍵4．切向鍵由兩個(gè)斜度為1:100的楔鍵組成。一個(gè)切向鍵只能傳遞一個(gè)方向的轉(zhuǎn)矩，傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時(shí)，須用互成120°～135°角的兩個(gè)鍵。5．花鍵聯(lián)接