第11章軸及其連接

第11章軸及其連接

軸的主要功用是支承旋轉(zhuǎn)零件，并傳遞運(yùn)動和動力。11.1軸的分類和材料11.1.1軸的分類

根據(jù)承載情況不同，軸可分為心軸、轉(zhuǎn)軸和傳動軸三類。功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩發(fā)動機(jī)后橋傳動軸功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩前輪輪轂固定心軸火車輪軸車廂重力前叉自行車前輪軸支撐反力轉(zhuǎn)動心軸功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸曲軸功用：用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸曲軸撓性鋼絲軸設(shè)計(jì)任務(wù)：選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)、確定尺寸等11.1.2軸的材料軸的材料應(yīng)具有足夠高的強(qiáng)度和韌性，對應(yīng)力集中敏感性小和良好的工藝性。

碳素鋼35、40、45、50鋼等，其中45鋼最常用，一般要經(jīng)正火、調(diào)質(zhì)或表面淬火熱處理。

合金鋼20Cr、40Cr、40CrNi、20CrMnTi、38SiMnMo等。采用合金鋼必須進(jìn)行相應(yīng)的熱處理。

球墨鑄鐵或可鍛鑄鐵QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等。11.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

●軸和軸上零件要有確定的軸向位置及恰當(dāng)?shù)闹芟蚬潭ā！褫S上零件要易于裝拆和調(diào)整。●軸應(yīng)具有良好的制造工藝性。●軸受力合理，有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度。●軸的形狀及尺寸有利于減小應(yīng)力集中等。11.2.1軸上零件的固定1.軸向定位與固定為了保證軸上零件有確定的軸向位置，防止零件沿軸向竄動并傳遞軸向力，軸上零件必須軸向定位與固定。常用的定位方法有軸肩、套筒、螺母、軸端擋圈、鎖緊擋圈、圓錐面、彈性擋圈和緊定螺釘?shù)取ｋA梯軸上截面變化處叫軸肩或軸環(huán)。軸的組成：軸主要由軸頸、軸頭、軸身三部分組成。軸頸軸頭軸身軸肩及套筒結(jié)構(gòu)簡單可靠，可傳遞較大的軸向力。套筒可避免因軸肩引起的軸頸增大，又可減少軸的結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中源。因一般套筒與軸的配合較松，故不宜用于高速軸。套筒軸肩與軸環(huán)圓螺母止動墊圈圓螺母固定可承受大的軸向力。當(dāng)軸上兩零件間距離較大不宜采用套筒時，可采用圓螺母固定。為避免應(yīng)力集中、過多削弱軸的強(qiáng)度，一般采用細(xì)牙螺紋。圓螺母常用于軸端零件固定。軸端部安裝零件時，還常采用軸端擋圈或圓錐形軸頭。圓錐形軸頭與輪轂錐面連接能使軸上零件與軸保持較高的同心度，拆裝方便，常用于有振動或沖擊載荷情況。圓錐形軸頭軸端擋圈彈性擋圈、緊定螺釘和鎖緊擋圈，適用于受軸向力不大的情況。彈性擋圈大多與軸肩聯(lián)合使用，也可在零件兩側(cè)各用一個。常用于滾動軸承軸向固定，但會削弱軸強(qiáng)度，引起應(yīng)力集中。緊定螺釘彈性擋圈rhDdbRhDdC1軸肩r軸環(huán)軸肩定位原則：軸上的圓角半徑應(yīng)小于零件孔的倒角C1或圓角R，軸肩高度必須大于C1或R，一般取為(2~3)C1。固定滾動軸承的軸肩高度h及圓角半徑應(yīng)按照軸承安裝尺寸查取。軸環(huán)寬度b≈1.4h。對于非定位軸肩，h無嚴(yán)格要求。2.周向固定常用:鍵連接、花鍵連接、型面連接、銷連接、過盈連接等。軸上零件的裝配齒輪套筒左端軸承左端軸承端蓋左端軸承端蓋右端軸承鏈輪軸端擋圈制造安裝要求：為便于軸上零件的裝拆，一般軸都做成從軸端逐漸向中間增大的階梯狀。裝零件的軸端應(yīng)有倒角，需要磨削的軸端有砂輪越程槽，車螺紋的軸端應(yīng)有退刀槽。鍵槽大小應(yīng)一致，且布置在同一直線上。④②③⑥⑦①⑤倒角Q方案b改善軸的剛度、強(qiáng)度TQ方案aFtFt改變零件結(jié)構(gòu)：圖示為起重機(jī)卷筒兩種布置方案。A圖中大齒輪和卷筒聯(lián)成一體，轉(zhuǎn)矩經(jīng)大齒輪直接傳遞給卷筒，故卷筒軸只受彎矩而不傳遞扭矩。圖b中軸同時受彎矩和扭矩作用。故載荷相同時，圖a結(jié)構(gòu)軸的直徑要小。TTTTT輸出輸出輸入Tmax=T1+T2Tmax=T1合理布置軸上零件：當(dāng)軸上有兩處動力輸出時，為了減小軸上的載荷，應(yīng)將輸入輪布置在中間。T2T1T1+T2T1T2合理不合理T輸出輸出輸入改善軸的剛度、強(qiáng)度Rdd/430?減少應(yīng)力集中：合金鋼對應(yīng)力集中比較敏感，應(yīng)加以注意。措施：1.用圓角過渡；2.盡量避免在軸上開橫孔、切口或凹槽;3.重要結(jié)構(gòu)可增加卸載槽B、過渡肩環(huán)、凹切圓角、增大圓角半徑。也可以減小過盈配合處的局部應(yīng)力。過渡肩環(huán)r凹切圓角B卸載槽也可以在輪轂上增加卸載槽B改善軸的剛度、強(qiáng)度一般要求已知軸上主要零件的參數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸和它們之間的相互位置（見圖）。一般：a=10~15mms=5~10mml=15~20mm軸的設(shè)計(jì)思想[例11-1]軸結(jié)構(gòu)改錯（一）[例11-1]軸結(jié)構(gòu)改錯（一）[教師例11-1]軸結(jié)構(gòu)改錯（二）[教師例11-1]軸結(jié)構(gòu)改錯（二）11.3軸的強(qiáng)度計(jì)算對于不重要的軸，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算,得到最小直徑后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對于重要的軸，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算,得到最小直徑后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。再根據(jù)彎扭合成強(qiáng)度校核。

11.3.1按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算

由軸受扭矩時的強(qiáng)度條件:

得到有1個鍵槽時，軸徑增加4%~5%；有2個鍵槽時，增加7%~10%。圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。11.3.2按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算

按第三強(qiáng)度理論校核軸的強(qiáng)度。

主要步驟

1)繪出軸的計(jì)算簡圖(受力圖)。

2)繪出軸的水平面彎矩MH圖。

3)繪出軸的垂直面彎矩Mv圖。4)計(jì)算出合成彎矩繪出合成彎矩圖。6)計(jì)算當(dāng)量彎矩Me，繪出當(dāng)量彎矩圖。

為折算系數(shù)，對稱變化扭矩

1；脈動變化扭矩

0.6；不變扭矩

0.3。5)繪出扭矩T圖。7)校核、計(jì)算軸的直徑。

若軸的截面有鍵槽，應(yīng)適當(dāng)加大軸徑。對2點(diǎn)取矩【例11-3】：計(jì)算某減速器輸出軸危險截面的直徑。已知作用在齒輪上的圓周力Ft=17400N,徑向力Fr=6140N,軸向力Fa=2860N,齒輪分度圓直徑d2=146mm,作用在軸右端帶輪上外力F=4500N（方向未定）,L=193mm,K=206mmL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12解：1)求垂直面的支反力和軸向力=Fad2aadMavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2F2)求水平面的支反力L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadF3)求F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力4)繪制垂直面的彎矩圖5)繪制水平面的彎矩圖MaMavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F6)求F力產(chǎn)生的彎矩圖L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadF7)考慮F可能與H、V內(nèi)合力共面a-a截面F力產(chǎn)生的彎矩為：MaFM’aMaMavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2FM2F8)求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadF9)求危險截面的當(dāng)量彎矩MaFM2M’aT扭切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取折合系數(shù):α=0.6求考慮到鍵槽對軸的削弱，將d值增大4%，故得：10)計(jì)算危險截面處軸的直徑選45鋼，調(diào)質(zhì)，σb=650MPa,[σ-1b]=60MPa符合直徑系列。11.3.3軸的剛度計(jì)算

在設(shè)計(jì)重要的軸時，需對軸的剛度進(jìn)行校核。軸的剛度分為扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度。彎曲剛度用軸的撓度y或偏轉(zhuǎn)角

度量；扭轉(zhuǎn)剛度用扭轉(zhuǎn)角

度量。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則分別為y[y]或

[

]或

[

]y或

以及

可根據(jù)力學(xué)中的有關(guān)方法計(jì)算，[y]、[

]和[

]的具體數(shù)值可從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中查得。11.4軸轂連接軸與軸上零件的連接稱為軸轂連接，其功能主要是使軸上零件與軸周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩。常用的軸轂連接有鍵連接、花鍵連接、過盈連接、銷連接、螺釘連接和型面連接等。11.4.1鍵連接

1.鍵連接的類型

平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接常用的平鍵連接有普通平鍵連接、導(dǎo)向平鍵連接和滑鍵連接。圓頭平頭單圓頭工作面常用的平鍵連接有普通平鍵連接、導(dǎo)向平鍵連接和滑鍵連接。導(dǎo)向平鍵連接滑鍵連接2.平鍵連接的計(jì)算