1、第九章 軸和軸轂聯接9.1 軸的類型和材料軸的類型和材料9.2 軸的結構設計軸的結構設計9.3 軸的計算軸的計算9.4 軸轂聯接軸轂聯接9.19.1軸的類型和材料軸的類型和材料一、軸的類型一、軸的類型按軸心線形狀分按軸心線形狀分曲軸曲軸直軸直軸鋼絲軟軸鋼絲軟軸軸是用來支撐回轉零軸是用來支撐回轉零件、傳遞運動和動力件、傳遞運動和動力所有回轉零件都必須所有回轉零件都必須支撐在軸上。支撐在軸上。幾何軸線在幾何軸線在同一條直線同一條直線上的軸上的軸由多組鋼由多組鋼絲分層卷絲分層卷繞而成，繞而成，有良好的有良好的撓性撓性幾何軸線不幾何軸線不在同一條直在同一條直線上的軸線上的軸9.19.1軸的類型和材料軸

2、的類型和材料心軸心軸 按傳遞載荷分按傳遞載荷分傳動軸傳動軸 轉軸轉軸 彎矩彎矩轉矩轉矩9.19.1軸的類型和材料軸的類型和材料光軸光軸階梯軸階梯軸空心軸空心軸實心軸實心軸 軸的設計，一般是根據工作條件先選擇合適的材軸的設計，一般是根據工作條件先選擇合適的材料，然后估計軸的直徑并進行軸的結構設計，再校核料，然后估計軸的直徑并進行軸的結構設計，再校核計算軸的強度。對于有剛性要求的軸，還要進行剛度計算軸的強度。對于有剛性要求的軸，還要進行剛度計算。對于高轉速軸，還應考慮其振動穩定性。計算。對于高轉速軸，還應考慮其振動穩定性。按軸的外形分按軸的外形分形狀簡單，形狀簡單，加工方便，加工方便，軸上零件裝軸

3、上零件裝配定位困難配定位困難能滿足定位能滿足定位和裝配方便和裝配方便的需要的需要9.19.1軸的類型和材料軸的類型和材料二、軸的材料二、軸的材料 碳素鋼碳素鋼價格便宜，對應力價格便宜，對應力集中敏感性小，為集中敏感性小，為了保證機械性能，了保證機械性能，應進行調質或正火應進行調質或正火處理。處理。常用常用30、40、45號鋼號鋼 合金鋼合金鋼具有較高的機械強度，更具有較高的機械強度，更好的淬火性能，所以，在好的淬火性能，所以，在傳遞大功率、減輕重量、傳遞大功率、減輕重量、提高軸頸耐磨性時采用。提高軸頸耐磨性時采用。40Cr、40CrNi、20Cr、20Cr2Ni4A、38SiMnMo 鑄鐵鑄鐵

4、QT6003、QT8002 選擇軸的材料和熱處理方式時，主要考慮強度選擇軸的材料和熱處理方式時，主要考慮強度和耐磨性，而不是軸的彎曲和扭轉剛度。和耐磨性，而不是軸的彎曲和扭轉剛度。 易做成復雜的外形，價易做成復雜的外形，價廉，具有良好的吸振性廉，具有良好的吸振性和耐磨性，對應力集中和耐磨性，對應力集中敏感性較低，但鑄造品敏感性較低，但鑄造品質難控制，可靠性較差質難控制，可靠性較差 9.29.2軸的結構設計軸的結構設計軸的結構應滿足使用要求，保證軸和軸上零件具軸的結構應滿足使用要求，保證軸和軸上零件具有確定的工作位置；應有利于提高軸的強度和剛有確定的工作位置；應有利于提高軸的強度和剛度；還應具有

5、良好的加工和裝配工藝性。度；還應具有良好的加工和裝配工藝性。進行軸的結構設計時，進行軸的結構設計時，首先首先要從傳動要求和傳動要從傳動要求和傳動路線來考慮軸上零件的布置，擬定合適的裝拆方路線來考慮軸上零件的布置，擬定合適的裝拆方案。案。然后然后以強度初步設計估算的軸徑為基礎，分別確以強度初步設計估算的軸徑為基礎，分別確定軸上零件的軸向及周向定位、固定方法，逐一定軸上零件的軸向及周向定位、固定方法，逐一確定處軸的各部分直徑和長度，設計出結構合理、確定處軸的各部分直徑和長度，設計出結構合理、工藝性良好的軸。工藝性良好的軸。9.29.2軸的結構設計軸的結構設計9.29.2軸的結構設計軸的結構設計軸頸

6、軸上與軸承配合的部分軸段，軸頸軸上與軸承配合的部分軸段，軸頭與傳動零件輪轂配合的軸段，軸頭與傳動零件輪轂配合的軸段，軸肩相鄰直徑變化處軸肩相鄰直徑變化處軸環兩側都是遞減軸肩且長度較小，軸環兩側都是遞減軸肩且長度較小，9.29.2軸的結構設計軸的結構設計二、應考慮的主要問題二、應考慮的主要問題1.軸及軸上零件的定位和軸及軸上零件的定位和固定固定軸的定位和固定軸的定位和固定軸上零件的定位和固定軸上零件的定位和固定圖圖a軸向定位和固定軸向定位和固定周向定位和固定周向定位和固定軸肩、套筒等軸肩、套筒等軸轂聯接軸轂聯接9.29.2軸的結構設計軸的結構設計軸上零件的定位和固定方法軸上零件的定位和固定方法9

7、.29.2軸的結構設計軸的結構設計9.29.2軸的結構設計軸的結構設計9.29.2軸的結構設計軸的結構設計例：分析圖中所示軸系中軸上零件的定位和固定方法。例：分析圖中所示軸系中軸上零件的定位和固定方法。9.29.2軸的結構設計軸的結構設計2.提高軸的強度和剛度提高軸的強度和剛度軸和軸上零件的結構，軸上零件的布置對軸的強度和軸和軸上零件的結構，軸上零件的布置對軸的強度和剛度有很大影響。剛度有很大影響。為了減小應力集中，提高軸的疲勞強度，階梯軸相鄰為了減小應力集中，提高軸的疲勞強度，階梯軸相鄰軸段直徑不宜相差過大，軸徑變化處通常以軸段直徑不宜相差過大，軸徑變化處通常以圓角圓角過渡，過渡，并盡可能采

8、用較大的圓角半徑。并盡可能采用較大的圓角半徑。鍵槽不應開到圓角處；必須在軸上開橫孔時，孔邊要鍵槽不應開到圓角處；必須在軸上開橫孔時，孔邊要倒圓，以避免應力集中過大。倒圓，以避免應力集中過大。改進軸上零件的結構可以減小軸所承受的彎矩，從而改進軸上零件的結構可以減小軸所承受的彎矩，從而提高軸的強度和剛度。提高軸的強度和剛度。9.29.2軸的結構設計軸的結構設計9.29.2軸的結構設計軸的結構設計3.軸的結構工藝性軸的結構工藝性(重點重點)滿足加工、裝拆的要求。滿足加工、裝拆的要求。安裝軸上的零件時，應能使其無過盈地到達裝配軸安裝軸上的零件時，應能使其無過盈地到達裝配軸段。段。為便于軸上零件的裝配，

9、軸端部、軸頸和軸頭的端為便于軸上零件的裝配，軸端部、軸頸和軸頭的端部應有倒角，一般為部應有倒角，一般為45。當零件和軸采用過盈配合時，軸上可設導向錐。當零件和軸采用過盈配合時，軸上可設導向錐。9.29.2軸的結構設計軸的結構設計軸肩的高度在保證可靠定位的前提下，要給軸上零件軸肩的高度在保證可靠定位的前提下，要給軸上零件的拆裝留有余地。如用滾動軸承定位，的拆裝留有余地。如用滾動軸承定位，軸肩高度應小于軸肩高度應小于軸承內圈端面高度軸承內圈端面高度。要車制螺紋，需要退刀槽；要車制螺紋，需要退刀槽；進行磨削加工要有砂輪越進行磨削加工要有砂輪越程槽。程槽。鍵槽應置于同一直線上。鍵槽應置于同一直線上。9

10、.29.2軸的結構設計軸的結構設計三、確定軸各段直徑和長度三、確定軸各段直徑和長度1.確定各段直徑確定各段直徑由估算軸的最小直徑，根據軸的結構要求定出階由估算軸的最小直徑，根據軸的結構要求定出階梯軸其他各段直徑。梯軸其他各段直徑。軸頭軸頸按國標取軸頭軸頸按國標取圓整尺寸圓整尺寸，安裝滾動軸承的軸，安裝滾動軸承的軸頸直徑必須按滾動軸承的頸直徑必須按滾動軸承的內徑內徑選取。選取。軸上安裝其他標準件部位的軸頸，也應取相應的軸上安裝其他標準件部位的軸頸，也應取相應的標準值。標準值。9.29.2軸的結構設計軸的結構設計軸肩由定位面和內圓角組成軸肩由定位面和內圓角組成bDhrRdDhCrd軸肩處軸肩處rC

11、R或(0.07 0.1)hdh定位軸肩，非定位軸肩， 可取較小值9.29.2軸的結構設計軸的結構設計軸段直徑的確定軸段直徑的確定2.確定各段長度確定各段長度9.29.2軸的結構設計軸的結構設計軸上安裝傳動零件的軸段長度由零件的輪轂寬度決定，軸上安裝傳動零件的軸段長度由零件的輪轂寬度決定，而輪轂寬度一般和相配軸段的直徑有關。而輪轂寬度一般和相配軸段的直徑有關。當采用套筒、圓螺母、軸端擋圈等作軸上零件的軸向當采用套筒、圓螺母、軸端擋圈等作軸上零件的軸向固定時，為保證固定可靠，軸端面與零件端面間通常應固定時，為保證固定可靠，軸端面與零件端面間通常應留有留有23mm的距離。的距離。軸上某些軸段長度取決

12、于傳動零件與軸承之間的距離。軸上某些軸段長度取決于傳動零件與軸承之間的距離。9.29.2軸的結構設計軸的結構設計例：分析圖示軸系，確定軸各段直徑和長度的主要依據。例：分析圖示軸系，確定軸各段直徑和長度的主要依據。9.29.2軸的結構設計軸的結構設計軸承采用脂潤滑。軸承采用脂潤滑。 9.29.2軸的結構設計軸的結構設計1.缺少密封裝置；缺少密封裝置； 2.缺少墊片，不能調整軸承間隙；缺少墊片，不能調整軸承間隙；3.缺少擋油環；缺少擋油環； 4.錐齒輪與軸缺少鍵聯接；錐齒輪與軸缺少鍵聯接；5.錐齒輪軸向固定不可靠；錐齒輪軸向固定不可靠；6.右軸承不能裝配；右軸承不能裝配；7.右軸承外圈缺少固定；右

13、軸承外圈缺少固定； 8.左軸承外圈缺少固定。左軸承外圈缺少固定。9.29.2軸的結構設計軸的結構設計9.29.2軸的結構設計軸的結構設計1）左端聯軸器無周向定位；）左端聯軸器無周向定位；2）左端蓋無密封；）左端蓋無密封；3）左軸承）左軸承無法裝配；無法裝配；4）小齒輪無法加工完整；）小齒輪無法加工完整；5）右軸承外圈左側）右軸承外圈左側多余固定；多余固定；6）右端軸承右側缺少固定；）右端軸承右側缺少固定；7）右端軸承無法）右端軸承無法拆卸。拆卸。 9.29.2軸的結構設計軸的結構設計軸承采用脂潤滑。軸承采用脂潤滑。9.29.2軸的結構設計軸的結構設計1）軸與端蓋接觸；）軸與端蓋接觸；2）套筒與

14、軸承外圈接觸；）套筒與軸承外圈接觸；3）套筒頂）套筒頂不住齒輪；不住齒輪；4）聯軸器沒軸向固定及定位；）聯軸器沒軸向固定及定位；5）聯軸器沒）聯軸器沒周向固定；周向固定；6）此彈性圈沒有用；）此彈性圈沒有用；7）精加工面過長，且）精加工面過長，且裝拆軸承不便；裝拆軸承不便； 8）聯軸器孔未打通；）聯軸器孔未打通；9.29.2軸的結構設計軸的結構設計9）箱體端面加工面與非加工面沒有分開；）箱體端面加工面與非加工面沒有分開；10）軸肩太高，）軸肩太高，無法拆卸軸承；無法拆卸軸承；11）鍵過長，套筒無法裝入；）鍵過長，套筒無法裝入；12）無調整）無調整墊片，無法調整軸承間隙；墊片，無法調整軸承間隙；

15、13）軸承脂潤滑無擋油環）軸承脂潤滑無擋油環9.39.3軸的計算軸的計算軸的主要失效形式：軸的主要失效形式：一般用途的軸，其強度計算方常用以下兩種一般用途的軸，其強度計算方常用以下兩種方法：方法：按扭轉強度條件計算；按扭轉強度條件計算；按彎扭合成強度計算。按彎扭合成強度計算。疲勞斷裂、過大的彈性變形。疲勞斷裂、過大的彈性變形。9.39.3軸的計算軸的計算1.按扭轉強度條件計算按扭轉強度條件計算適用于傳動軸的強度計算及初步估算轉軸的直徑以適用于傳動軸的強度計算及初步估算轉軸的直徑以便進行結構設計。便進行結構設計。實心圓剖面傳動軸實心圓剖面傳動軸MPandPWTTTT2 . 01055. 936強

16、度條件強度條件設計式設計式336 2 . 01055. 9nPCnPdT9.39.3軸的計算軸的計算2.按彎扭合成強度條件計算按彎扭合成強度條件計算適用于轉軸的強度計算。適用于轉軸的強度計算。按第三強度理論：按第三強度理論：強度條件強度條件224ebTb引入應力折算系數引入應力折算系數22eMMT22130.1eebMTMWd或或2211ebMTW設計式設計式310.1ebMd9.39.3軸的計算軸的計算例例9-3：軸強度計算的一般順序軸強度計算的一般順序1.初步估算軸徑初步估算軸徑3dC P n2.進行軸的結構設計進行軸的結構設計9.39.3軸的計算軸的計算3.按彎扭合成強度計算法校核軸的強

17、度按彎扭合成強度計算法校核軸的強度繪出軸的計算簡圖繪出軸的計算簡圖求出軸上載荷，并將空間受力圖分解為水平求出軸上載荷，并將空間受力圖分解為水平面、垂直面受力圖面、垂直面受力圖求出水平面上和垂直面上的支承反力求出水平面上和垂直面上的支承反力繪出軸的彎矩圖繪出軸的彎矩圖水平面的彎矩水平面的彎矩垂直面彎矩垂直面彎矩合成彎矩合成彎矩9.39.3軸的計算軸的計算9.39.3軸的計算軸的計算繪出軸的轉矩繪出軸的轉矩T圖圖計算危險剖面的當量彎矩計算危險剖面的當量彎矩Me22eMMT按當量彎矩按當量彎矩Me計算軸的直徑計算軸的直徑310.1ebMd9.39.3軸的計算軸的計算二、軸的剛度校核二、軸的剛度校核目

18、的：防止彎曲、扭轉變形過大而影響機器正常運轉，目的：防止彎曲、扭轉變形過大而影響機器正常運轉，這是工程上不允許的。這是工程上不允許的。例：例：計算計算剛度：指軸所受載荷與受載后產生的彈性變形比值剛度：指軸所受載荷與受載后產生的彈性變形比值、轉角彎曲變形指標：撓度y扭轉變形指標：扭轉角9.39.3軸的計算軸的計算maxyy剛度條件：maxmax許用扭轉角。許用撓度、許用轉角、式中：y最大值查手冊。、maxmaxmaxy9.49.4軸轂聯接軸轂聯接軸轂聯接的主要功能是使軸與軸上零件作軸轂聯接的主要功能是使軸與軸上零件作周向固定以傳遞轉矩。周向固定以傳遞轉矩。常用的有鍵、花鍵、過盈、彈性環、型面、常用的有鍵、花鍵、過盈、彈性環、型面、銷、緊定螺釘聯接等。銷、緊定螺釘聯接等。9.49.4軸轂聯接軸轂聯接一、鍵聯接一、鍵聯接1.類型及其選擇類型及其選擇鍵鍵平鍵平鍵半圓鍵半圓鍵楔鍵楔鍵普通平鍵普通平鍵導向平鍵導向平鍵滑鍵滑鍵普通楔鍵普通楔鍵鉤頭楔鍵鉤頭楔鍵鍵聯接鍵聯接返回返回返回返回鍵聯接鍵聯接 A A型導向平鍵型導向平鍵返回返回鍵聯接鍵聯接返回返回鍵聯接鍵聯接返回返回鍵聯接鍵聯接 點擊播放動畫點擊播放動畫點擊播放動畫點擊播放動畫點擊播放動畫點擊播放動畫鍵聯