第九章_轴和轴毂联接（课件）-《机械设计基础》同步教学（机工教育）

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 ① 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 ② 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 ③ 铸铁 QT600—3、QT800—2 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，③⑦ 轴头－与传动零件轮毂配合的轴段，①④ 轴肩－相邻直径变化处 轴环－两侧都是递减轴肩且长度较小，⑤ 9.2轴的结构设计 二、应考虑的主要问题 1.轴及轴上零件的定位和固定 ⑴轴的定位和固定 ⑵轴上零件的定位和固定 图a ①轴向定位和固定 ②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。 安装轴上的零件时，应能使其无过盈地到达装配轴段。 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 b D h r R d D h C r d 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2~3mm的距离。①④ 轴上某些轴段长度取决于传动零件与轴承之间的距离。②③⑥ 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。 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： ①按扭转强度条件计算； ②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 ⑴绘出轴的计算简图 ①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 ②求出水平面上和垂直面上的支承反力 ⑵绘出轴的弯矩图 ①水平面的弯矩 ②垂直面弯矩 ③合成弯矩 9.3轴的计算 9.3轴的计算 ⑶绘出轴的转矩T图 ⑷计算危险剖面的当量弯矩Me ⑸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 ⑴键的材料 ⑶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 ⑵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－(5~10)mm 主要失效形式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 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： t t 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。 结构 轴——花键轴：沿轴向均布多个键齿(外花键) 轮孔——花键孔：毂孔周向均布多个键槽(内花键) 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 $$