轴和轴毂联接-1
第9章 轴及轴毂连接
5）为便于零件的装拆而设计的非定位轴肩高度（半径差）h ≈1.5～2mm。
7) 用套筒、螺母、挡圈等定位时，轴段长度应小于相配零件宽度；
四、轴的结构工艺性(重点)
1、轴应设计成阶梯状，且中间粗两头细便于零件从两端装入；
2、与滚动轴承配合的轴肩高度或套筒高度应小于轴承内圈的厚度； 3、轴端应有倒角：c×45°——便于装配。 4、与传动件配合的轴头长度应略短于轮毂的宽度2~3mm，以便 于轴上零件固定可靠；
B
轴套
L
5、装配段不宜过长
6、退刀槽和越程槽
越程槽：保证砂轮能磨削到轴肩，保证轴肩的垂直度； 退刀槽：加工螺纹时，退刀槽可以保证刀具退出。 7、键槽布置
固定不同零件的各键槽应布置在同一母线上，以减少装夹次数。
注意：各轴段直径d 和长度L的确定。
改错
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。
按受载情况分
弯矩 心轴 转轴
√ √
转矩
× √ √
传动轴 ×
按轴的外形分
光轴
阶梯轴 空心轴 实心轴
形状简单， 加工方便， 轴上零件装 能满足定位 配定位困难 和装配方便 的需要
二、轴的材料
价格便宜，对应力 具有较高的机械强度，更 集中敏感性小，为 ① 碳素钢 好的淬火性能，所以，在 了保证机械性能， 常用30、40、45号钢 传递大功率、减轻重量、 应进行调质或正火 易做成复杂的外形，价 提高轴颈耐磨性时采用。 ② 合金钢 处理。 廉，具有良好的吸振性 40Cr、40CrNi、20Cr、20Cr2Ni4A、 和耐磨性，对应力集中 38SiMnMo 敏感性较低，但铸造品 质难控制，可靠性较差 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、 刚度和耐磨性，而不是轴的弯曲和扭转刚度。
轴和轴毂连接
14.2 轴的结构设计
2）轴上零件的其他定位方法
14.2 轴的结构设计
3、轴的结构工艺性
在满足使用要求的情况下，轴形状尽量简单，相邻轴段直径差不宜过大; 对于阶梯轴常设计成两端小中间大的形状，以便于零件从两端装拆
轴端、轴颈和轴肩的过渡部位应有倒角或过度圆角；轴上各段的键槽、圆角半径、倒角、 中心孔等尺寸应尽可能统一; 与标准零件相配合的轴径取为圆整值，轴头的直径应采用标准直径系列，以利于加工和 检验; 当轴上有多处键槽时，应使各键槽位于轴的同一母线上；
二）按轴的受载情况不同分类
1.心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。 2.传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传递转 矩。如汽车的传动轴。 3.转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。如减速器轴。
F
d
F
Me
扭转
T
T
弯 曲
14.2 轴的结构设计
一、轴的结构
观看切向键的安装
14.3.2 花键联接
由轴和轮毂孔沿四周方向均部的多个键齿构成的联接称谓 花键联接。
花键的标记为：N（键数）×d（小径）×D（大径）×B（键槽宽） 优点： ① 轴上零件与轴的对中性好； ② 轴的削弱程度较轻； ③ 承载能力强； ④ 导向性好。 缺点: 制造比较复杂、需专用设备，成本高。 花键联接多用于载荷较大，定心精度要求较高的联接中，如汽车，机床， 飞机等机器中。
A型
B型 A型 C型 B型 C型
14.3.1 键连接
普通平键
A型平键
B型平键
C型平键
Ø采用A、C型平键时，轴上键槽一般用指状铣刀铣出，采用B 型键时，键槽用盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用插削或拉削。 A型键应用最广，C型键一般用于轴端。
机械设计基础第11章 轴与轴毂连接答案
第11章 轴与轴毂连接四、简答题5. 轴的当量弯矩计算公式中22)(T M M e α+=中，α应如何取值？答： α的取值由扭转剪应力的循环特性决定：对于不变的转矩，3.0=α；当转矩脉动循环变化时，6.0=α；对于频繁正反转的轴，转矩剪应力可视为对称循环，1=α。
若转矩的变化规律不明确时，一般也按脉动循环处理。
6.普通平键的失效形式和强度条件是什么？答：普通平键的主要失效形式是工作侧面的压溃。
普通平键连接的挤压强度条件为：P P hldT hl d T A F ][42//2σσ≤=≈= 式中，P σ——键侧面上受到的挤压应力，（MPa ）；T ——传递的功率，N.mm ；d ——轴的直径，mm ；h ——键的高度，mm ；l ——键的工作长度，mm 。
A 型键l=L-b ，B 型键l=L ，C 型键l=L-b/2 ；b ——键的宽度（mm ）。
P ][σ——联接中较弱材料的许用挤压应力，MPa六、分析题1．根据承受载荷的不同轴可分为转轴、心轴、传动轴，试分析图中 I 、II 、III 、IV 轴是各属于那种类型？答：I 为传动轴，II 、IV 为转轴，III 为心轴。
2．指出下面图中的结构错误，并提出改进意见。
序号错误原因改正1 箱体两端面与轴承盖接触处无凸台，使端面加工面积过大加凸台2 轴肩过高，轴承无法拆卸轴肩高度要低于轴承内圈高度3 键过长键长应小于轴上齿轮的宽度4 套筒对齿轮的轴向固定不可靠装齿轮的那段轴的长度比齿轮的宽度短1-2mm5 轴上还缺台阶，轴承装配不方便在右边轴承处加非定位轴肩，6 轴与轴承透盖接触轴与轴承透盖之间有间隙，并加上密封圈7 联轴器轴向未定位联轴器左端轴段加轴肩，对联轴器做轴向定位8 缺键，没有周向定位在联轴器和轴之间加键，作周向定位12 3 4 5 6 789 107序号错误原因改正1 轴的两端均伸出过长，增加了加工和装配长度轴的左端第一段轴比联轴器的宽度短1-2mm，轴的右端面和轴承的外端面基本保持一致2 联轴器与轴承盖接触联轴器与轴承盖之间要留有扳手操作空间，3 轴与轴承透盖间缺密封措施轴与轴承透盖间加上密封圈4 轴与轴承透盖接触轴与轴承透盖之间有间隙5 轴上还缺台阶，轴承装配不方便在左边轴承处加非定位轴肩，。
轴及轴毂联接
轴及轴毂联接§1 概述机器上所安装的旋转零件，例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须用轴来支承，才能正常工作，因此轴是机械中不可缺少的重要零件。
本章将讨论轴的类型、轴的材料和轮毂联接，重点是轴的设计问题，其包括轴的结构设计和强度计算。
结构设计是合理确定轴的形状和尺寸，它除应考虑轴的强度和刚度外，还要考虑使用、加工和装配等方面的许多因素。
一、轴的分类按轴受的载荷和功用可分为：1.心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。
如.车辆轴和滑轮轴。
2.传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传递转矩。
如汽车的传动轴。
3.转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。
如减速器轴。
二、轴的材料主要承受弯矩和扭矩。
轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的强度、韧性和耐磨性。
轴的材料从以下中选取：1. 碳素钢优质碳素钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，价格便宜，应用广泛。
例如：35、45、50等优质碳素钢。
一般轴采用45钢，经过调质或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应进行表面淬火及低温回火处理。
轻载或不重要的轴，使用普通碳素钢Q235、Q275等。
2. 合金钢合金钢具有较高的机械性能，对应力集中比较敏感，淬火性较好，热处理变形小，价格较贵。
多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。
例如：汽轮发电机轴要求，在高速、高温重载下工作，采用27Cr2Mo1V、38CrMoAlA等。
滑动轴承的高速轴，采用20Cr、20CrMnTi等。
3. 球墨铸铁球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。
例如：内燃机中的曲轴。
三、设计轴的要求轴的设计一般应解决轴的结构和承载能力两方面的问题。
具体的说，轴的设计步骤有：（1）选择轴的材料；（2）初步估算轴的直径；（3）进行轴的结构设计；（4）精确校核（强度、刚度、振动等）；（5）绘制零件的工作图§10—2 轴的结构设计如教材图10-6所示为一齿轮减速器中的的高速轴。
轴和轴毂连接(课堂PPT)
9
14.3 轴的结构设计
2、确定轴的各段长度 确定轴的各段长度，应注意以下几点： 1）当零件需要轴向定位时，则该处轴段的长度应比所装零 件的宽度小（2-3mm），以保证零件沿轴向可靠定位，如装 齿轮段 2）装轴承处的轴段长度一般与轴承宽度相同。 3）轴段长度的确定应考虑轴系中各零件之间的相互关系和 装拆工艺要求。
10
14.3 轴的结构设计
14.3.3 零件在轴上的固定
周向固定 为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，轴上零件的周向
固定必须可靠。常用的周向固定方法有键、花键、销和过盈配合等联接。
11
D h r R
d D
h
C
r d
轴向固定 零件在轴上的轴向定位要准确而可靠，以使其安装位置确定，能
承受轴向力而不产生轴向位移 ➢轴肩由定位面和内圆角组成
上零件的力作为集中力，其作用点取为零件轮毂宽度的中点。支点 反力的作用点一般可近似地取在轴承宽度的中点上。
n
其余各段轴的直径确定应注意以下几点：
1）应考虑键槽对轴的强度的影响，若该处有一个键槽，直 径增加3%-5%，若有两个键槽，直径增加7%-10%
2）装配标准件处，其轴段直径必须符合标准件的标准直径 系列值
3）有定位要求的轴段，轴的直径应满足定位要求。
4）非配合轴段直径，可不取标准值，但是一般应取整数。
相对固定。 2）轴应有良好的工艺性，便于制造和进行轴上零件的装
配及调整。 3）轴的结构要有利于减少应力集中。 4）受力合理，有利于减轻轴的重量和节省材料。
7
14.3 轴的结构设计
类比法 根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结构设计，画出 轴的零件图。
设计计算法
轴和轴毂联接
B
采用这些方法固定轴上零件时，为保证
固定可靠，应使：与轮毂相配的轴段长度
比轮毂宽度短2～3 mm，即：l＝B - (2~3)
⑤弹性挡圈、紧钉螺钉、锁紧挡圈作轴向定位 特点：承受轴向力能力较差，适用于轴向力
不大的场合。
锁紧挡圈
6圆锥面定位 特点： ⑥多用于承受冲击
载荷和同心度要求较高的 轴端零件。
为了保证轴上零件的正常工作，其轴向和周向都必须固定， 以防止工作时，出现轴向窜动和周向转动而丧失传递运动和转 矩的功能。
1）、轴上零件的轴向定位和固定： 零件在轴上的轴向定位要准确、可靠。因此，必须使零件具有 确定的安装位置，以保证其承受轴向力作用时不会产生轴向位移。 零件在轴上的轴向定位方法，主要取决于它所承受轴向力的大小， 有轴肩、轴环、套筒、圆螺母和止退垫圈、弹性挡圈、螺钉锁紧挡 圈、轴端挡圈以及圆锥面和轴端挡圈等。
⑦ 轴承盖 特点：可承受较大的轴向力，通常通过螺钉或
榫槽与箱体联接，通过轴承可对整个轴起轴向定 位作用
轴承端盖与机座间加垫片，以调整轴的位置
3 提高轴的强度和刚度
（1） 合理布置轴上传动零件的位置，以减小轴的载荷
尽量减小悬臂长度或不采用悬臂布置；轴上零件尽量靠 近支承，减小支承之间跨距，减小弯矩；轴上几个传动件 时，应合理布置其顺序，尽量将输入放中间，减小转矩。
K=5mm~8mm
§9-3 轴的计算
一、轴的强度计算 1．按扭转强度条件计算 2．按弯扭合成强度条件计算
1．按扭转强度条件计算 用于：①只受转矩或主要承受转矩的传动轴的强度计算
②在作轴的结构设计时先按扭转强度计算来初估轴的直径dmin
轴的扭转强度条件为： T
T WT
9550 103 0.2d 3
机械设计基础轴毂联接
机械设计基础轴毂联接1. 简介轴毂联接是机械设计中常用的一种联接方式，主要用于连接轴和轮毂或其他旋转装置。
它既能传递力矩和转动，又能承受径向和轴向载荷，并提供一定的位置固定性。
轴毂联接在各种机械设备和工程项目中广泛应用，如汽车、飞机、机械加工等。
2. 轴毂联接类型2.1 键槽联接键槽联接是一种常见的轴毂联接方式，其原理是通过在轴和轮毂上切割相应的键槽，并在键槽中插入键来实现联接。
键槽联接具有简单、可靠的特点，在承受转矩时能够提供良好的力传递和位置固定性。
锥形联接是一种将轴和轮毂通过锥形形状进行联接的方法。
在锥形联接中，轴和轮毂的端面呈相应的锥度，通过将两者相互嵌套来实现联接。
锥形联接具有良好的力传递性能和固定性能，适用于较大的转矩传递。
2.3 胀紧联接胀紧联接是一种利用胀紧原理实现的轴毂联接方法。
它通过在轴和轮毂上钻孔，并在孔中安装膨胀套或螺栓等元件，使其通过膨胀或拉紧来实现联接。
胀紧联接具有简单、可靠的特点，适用于中小型设备和工程。
摩擦联接是一种利用摩擦力实现的轴毂联接方式。
在摩擦联接中，通过轴和轮毂的摩擦力来实现联接。
摩擦联接常用于带有摩擦制动装置的机械设备，如摩托车、自行车等。
3. 轴毂联接设计要点3.1 轴毂联接的强度计算在轴毂联接的设计中，需要进行强度计算以确保联接的可靠性和安全性。
强度计算应考虑联接所承受的转矩、径向力和轴向力等。
3.2 轴和轮毂的配合轴和轮毂的配合是轴毂联接设计的重要方面，配合不良会导致联接失效和损坏。
配合方式应根据实际需要选择，常见的配合方式有过盈配合、间隙配合和硬度配合等。
3.3 轴毂联接的固定方式轴毂联接需要一定的固定方式来保证联接的可靠性和稳定性。
常见的固定方式包括螺纹固定、焊接固定、胀紧固定等。
3.4 轴毂联接的检测与维护轴毂联接在使用过程中需要定期进行检测和维护，以确保联接的可靠性和安全性。
检测方法包括视觉检查、测量和无损检测等。
4. 总结轴毂联接是机械设计中常见的一种联接方式，通过不同的联接方法可以实现不同的需求。
轴毂连接
可靠性。
圆锥销具有1:50的锥度，安
装方便，定位精度高。
开尾圆锥销在连接时的防松效 果好，适用于有冲击、振动的场合
的连接。
机械设计
轴毂连接
端部带螺纹的圆锥销可
16
用于盲孔或拆卸困难的场合；
销轴用于两零件的
铰接处，构成铰链连接。
通常用于开口销锁定， 工作可靠，装拆方便。
槽销上有辗压或模锻出的三条纵向沟槽，将槽销 打入销孔后，由于材料的弹性使销挤压在销孔中，不 易松脱，因而能承受振动和变载荷。
机械设计
轴毂连接
1
轴毂连接
§1 轴毂连接概述
§2 键连接及花键连接 §3 销连接 §4 成形连接 §5 过盈连接
机械设计
§1 轴毂连接概述
轴毂连接
2
轴毂连接 —— 主要用于轴上零件与轴周向固定以传递转矩。
周向固定： 传递转矩
功用： 轴向固定： 传递轴向力 相对轴向动连接： 轴毂连接的种类很多，按闭合（锁合）方式，可分为： 形闭合： 如：平键、花键、销、成形（无键）连接等 力闭合： 如：楔键、弹性环连接、过盈连接等
机械设计
5、设计计算：
轴毂连接
14
强度条件：
主要失效：齿面的压溃或磨损，齿根的剪断或弯断等 ∴ 一般只作连接的挤压强度或耐磨性计算 考虑载荷不均匀系数 k = 0.7 ~ 0.8 其具体设计计算方法，详见机械设计手册。
机械设计
§3 销连接
轴毂连接
15
圆柱销靠过盈配合固定在销孔 中，经多次装拆会降低定位精度和
机械设计
一、平键连接 1、普通平键 应用最广泛，本章重点。
轴毂连接
3
§2 键连接及花键连接
（1）工作面：两侧面；工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩。 压溃：主要失效形式
机械设计 轴及轴毂连接
轴的结构设计实例
单级减速器输出轴的结构及轴上零件的布置 轴的装配
右轴承右端面到联轴器左端面的距离取为
习题1：轴的结构设计应满足的基本要求是什么？
答：轴的结构设计应满足的基本要是： 1)轴及轴上零件应有确定的位置和可靠固定； 2)轴上零件应便于安装，折卸和调整； 3)轴应具有良好的加工工艺性； 4)力求受力合理，有利提高疲劳强度和刚度。
2.半圆键连接
两侧面为工作面，对中良好，用于静连接。 轴槽用尺寸与半圆键直径相同的盘形铣刀铣出，因此 半圆键能在轴槽中摆动，尤其适用锥形轴端与轮毂的 连接，但轴槽较深，对轴的强度削弱大，只用于轻载。
3.楔键连接
普通楔键 钩头楔键
楔键的上、下表面为工作面，靠 挤压产生的摩擦力传递转矩，安装时 需将键楔紧，能承受一定的单向的轴 向载荷。但由于楔键打入时，使轴和 轮毂产生偏心，故用于定心精度不高， 载荷平稳和低速场合。
对于一般转轴，b为对称循环，而的应力特性常是 不变或脉动，考虑到两者循环特性不同的影响，将上
式中的转矩乘以折算系数 ，得校核轴的强度基本
公式为：
e
1 W
M2
(T )2
1 0.1d 3
M2
(T )2
Me 0.1d 3
[
1]b
α—折算系数 Me—当量弯矩 N.mm Me M 2 (T )2 [-1]b—对称循环下许用弯曲应力
楔键的安装
3.切向键连接
切向键由一对普通楔键组成，装配时将两键楔紧。 它的上下平行的两窄面为工作面，依靠与轴和轮毁的 挤压传递转矩。若轴正、反转工作时，需采用两个互 成120０～130０的切向键。切向键连接传递转矩大，但 对中性差，对轴的削弱较大，常用于轴径大于100 mm 且对中性要求不高的重型机械中。
轴和轴毂连接设计
2
M T 4 W 2W
对于直径为 d 的实心轴： (其他情况的 W 、 WT 查附表 8)
危险截面弯矩
T T M M M T T T 3 b 3 3 3 WT d / 16 0.2d W d / 32 0.1d 2W
轴端挡圈
用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。 锥 面 常与轴端挡圈配合使用。 紧定螺钉
机械设计
第六章 轴和轴毂连接设计－结构设计
四、轴上零件的周向固定 目的 － 防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。 常用的周向固定方法： 键 连 接 花键连接 成形连接 过盈配合 ——轴毂连接
机械设计
第六章 轴和轴毂连接设计－结构设计
对于心轴：T ＝0，∴ Mca＝M
M 的计算过程复杂
转动心轴 －σb为对称循环，许用应力仍为[σ-1]b 固定心轴 －σb看成脉动循环，许用应力为[σ0]b
机械设计
第六章 轴和轴毂连接设计－强度计算
三、安全系数校核计算 一般的轴用前述方法已足够精确。 重要的轴需用安全系数法进行校核。
1、疲劳强度安全系数计算 目的 — 防止疲劳断裂 除了考虑材料性能、应力大小等因素对轴强度的影响外， 还要考虑影响疲劳强度的其他因素： ● 应力集中 — 截面变化处、过盈配合处、键槽、横孔； ● 表面质量 — 表面粗糙易产生初始裂纹； ● 绝对尺寸 — 零件的截面尺寸越大，隐含的缺陷越多。 如第二章所述，引进应力集中系数 kσ(kτ)、表面状态系 数β、绝对尺寸系数εσ(ετ) 来考虑。
为保证定位准确， C 或 R ＞ r — 轴过渡圆角半径 轴环宽度一般取：b ≈1.4 h — 圆整成整数
滚动轴承的定位轴肩高度 h 应小于轴承内圈厚度， 以便拆卸轴承，具体尺寸查滚动轴承标准
轴毂连接
普通平键的标注
国标编号 标记示例
1.键的种类和标记
表示键宽10mm 键高8mm 键长50mm 的A型普通平键
标记为：
GB／T1096
国标编号
键 10×8×50
名称 规格
• 普通平键分圆头(A型 ) 、平头(B型)和单圆 头(C型) • A型平键可不标出A ，B型或C型则必须在 规格尺寸前标出B或C
轴毂连接
3．楔键连接
楔键的上、下面是工作面，键的上表面和 毂槽底面均具有1∶100的斜度。 普通楔键
轴毂连接
钩头楔键 工作时，靠楔键 上下面与键槽的楔 紧作用传递转矩。
轴毂连接
优点—是能对轮毂起到单向轴 向固定的作用或承受单向的轴向 载荷， 缺点—是在楔紧时破坏了轴与 轮毂的对中性。
轴毂连接
1:100斜面
轴毂连接
1、特点：优点：传递载荷大 缺点：切向键破坏轴上零件对中性
2 、应用：对中精度要求不高、载荷大的重型 机械中，
如：大型飞轮、矿用卷扬机卷筒等
轴毂连接
花键连接 1、工作原理： （花键轴、花键孔组成）键侧工作、挤压传扭
花键孔
花键轴
花键联接
轴毂连接
花键连接 2、特点：
承载能力高-多齿传力
第5章 轴 毂 连 接
开口销是一种 防松零件，用于锁 紧其他紧固件。装 配时，将销插入销 孔，再将尾部分开， 防止脱出
轴毂连接
设计者思维 课后练习
要实现轴上零件的周向定位并传递转 矩可以使用哪些方法？ 常用滚动轴承的类型有那些？ 用文字表示30317、7206轴承？ 用文字表示键10X8X50？
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ图5-17 圆锥销
图5-16 圆柱销
圆柱销靠过盈配 合固定在销孔中
《轴和轴毂连接》PPT课件
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12
一、轴上零件的装配方案
据轴上零件定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考 轴的结构设计的基本要求，得出如图所示的两种不同轴结 构。
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13
二、轴上零件的固定 1、轴上零件的定位 轴肩及轴环----阶梯轴上截面变化之处。
零件的轴向定位由轴肩（轴环）或套筒来实现。
特点：结构简单，定位可靠 ，可承受较大的轴向力 应用：齿轮、带轮、联轴器、 轴承等的轴向定位
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10
第二节 轴的结构分析
轴的结构分析：包括定出轴的合理的
外形和全部结构尺寸
1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆； (制造安装) 2.轴和轴上零件要有准确的工作位置； (定位) 3.各零件要牢固而可靠地相对固定； (固定) 4.改善应力状况，减小应力集中。
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11
轴的结构 轴主要由轴颈、 轴头、 轴身三部分组成(如图10-5)。 轴上被支承的部分为轴颈，如图中③， ⑦段； 安装轮毂的部 分称做轴头，如图中①，④段； 联接轴颈和轴头的部分称做 轴身，如图中②，⑥段。
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14
圆螺母
特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力
由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降
应用：常用于轴的中部和端部
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弹性挡圈
特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力。
应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位
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轴端压板 特点：可承受剧烈振动和冲击。 应用：用于轴端零件的固定，
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21
2 .各轴段长度的确定
1.尽可能结构紧凑，保证零件所需要的装配和调整空间如 L应根据轴承端盖和联轴器装拆要求定出
轴和轴毂联接
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
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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； 缺少键联接；
4.锥齿轮与轴
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。
③ 铸铁 质难控制，可靠性较差
QT600—3、QT800— 选2 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。
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。
✓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
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
机械基础 轴与轴毂连接
Tmax WP
例 已知机器主轴受外力偶作用，圆轴直径D=28mm，
[τ]=40MPa。试校核轴的强度。
解： 1.画出扭矩图
40N·m 195N·m 155N·m
Tmax=155N·m 2.计算最大切应力并校核强度
155N·m
max
Tm a x WP
16Tm a x
D3
16 155 103
轴颈
轴环 轴头
轴肩 轴颈 轴身
一、概述 2.轴结构设计的基本要求 (1)轴和轴上零件要准确定位与固定。 (2)轴的结构要有良好的工艺性。 (3)尽量减小应力集中。 (4)轴各部分的尺寸要合理。
二、轴和轴上零件的定位与固定
1.轴上零件的轴向定位和固定 （1）轴肩和轴环
轴肩和轴环是轴段因直径变化而形成的结构， 都对轴上零件起单向定位和固定作用。
较小距离的轴向移动时，则采用导向平键。
结构特点：长度较长，需用螺钉固定。为便于装拆， 制有起键螺孔。 应用：如变速箱中的滑 移齿轮。
(1)松键连接
③滑键连接
当轴上零件滑移距离较大时，因所需导向键的尺寸过大， 制造困难，固采用滑键。滑键固定在轮毂上，轮毂带动滑键 在轴上的键槽中作轴向滑移。这样只需在轴上铣出较长的键 槽，而键可以做的较短。
(1)松键连接 ④半圆键连接
多用于锥形轴端的轴毂连接。半圆键可在轴的键 槽内摆动，来适应轮毂键槽底面的斜度。由于轴上键 槽过深，对轴的强度削弱较大，适用于轻载连接。
1.键连接
(2)紧键连接 紧键连接
普通楔键 楔键连接
钩头楔键 切向键连接
①楔键连接
钩头楔键
结构特点：键的上表面有1:100的斜度， 轮毂槽的底面也有1:100的斜度。
轴和轴毂连接课件
四、 轴毂联接
五、 轴的使用与维护
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3
任务八轴和轴毂联接
一、轴的功用、分类与选材
1、轴的含义：轴是组成机器的重要零件之一，作回 转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动，大 多数轴还起着传递转矩的作用。轴要用滑动轴承和 滚动轴承来支承。常见的轴有直轴和曲轴，曲轴主 要用于作往复运动的机械中。 2、轴的功用：1）支承回转零件（齿轮、涡轮、带 轮、凸轮等）；2）传递运动和动力。
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轴上零件的轴向定位方法
轴肩或轴环定位
特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力。 应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位。
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注意：①为了保证轴上零件紧靠定位轴肩。 应使： r轴<R孔 或 r轴<C孔！ 且： h轴>C孔或 h轴 >R孔 正 确
错 误
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轴向定位和固定——
①
轴肩和轴环
轴肩与轴环——由定位面和过度圆角组成。 为保证零件端面能靠紧定位面，轴肩(环)圆角半径r必须 小于零件毂孔的圆角半径R或倒角高度C1; 轴肩(环)高度 h应大于C1和R，为了有足够的强度来承受轴向力，通常 取h=(0.07~0.1)d。轴环宽度b≥1.4h。
机车车轴为转动心轴
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4、轴的分类：
第一种分类方法是按承载情况分： (3) 心轴——这种轴在回转工作时主要只承受弯矩的 轴称为心轴，如机车车轴， 如自行车的前轴。
机车车轴为转动心轴
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(3) 心轴——这 种轴在回转工 作时主要承受 弯矩的轴称为 心轴，如机车 车轴， 如自行 车的前轴。
【精品】第十四章轴和轴毂连接
第十四章轴和轴毂连接【教学目的要求】1、熟悉轴的类型、材料2、掌握轴的结构设计3、熟悉轴的强度计算，了解刚度计算5、掌握轴毂连接方法【教学重点难点】1、轴的结构设计2、轴毂连接【授课时数】８学时【教学方法】讲授、课件教学、课堂练习【教学内容】１４﹒１概述轴是组成机器的重要零件之一,各种作回转（或摆动）运动的零件（如齿轮、带轮等）都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递.因此,轴的主要功用是支撑回转零件及传递运动和动力.一、轴的分类和用途轴有不同的分类方法,也有不同类型的轴。
常用的分类方法有两类：1)根据轴线的形状不同分类；2）根据承受载荷不同分类。
１、(1)、直轴直轴按外形可以分为光轴和阶梯轴，如图14-—5所示。
阶梯轴便于轴上零件的拆装和定位.(２）、曲轴常用于往复式机械中，例如内燃机、空气压缩机等。
可以实现直线运动与旋转运动的转换。
如图14—-6所示（3）、钢丝软轴（挠性轴)它不受任何空间的限制,可以将扭转或旋转运动灵活地传到任何所需的位置,常用于医疗设备、操纵机构、仪表等机械如图14--7所示２、（1)、转轴同时承受扭矩和弯曲载荷的作用,例如齿轮减速器中的轴。
(2）、心轴心轴只需承受弯矩而不传递转距，例如铁路车辆的轴、自行车的前轴等。
按轴旋转与否分为转动心轴和固定心轴两种，如图14—2、3所示。
(3）、传动轴只承受扭矩而不承受弯矩或承受弯矩较小的轴。
例如图14——4所示的汽车中连接变速箱与后桥之间的传动轴。
二、轴的材料及选择轴的材料主要采用碳素钢和合金钢.碳钢：价格低廉，对应力集中的敏感性较低，可以利用热处理提高其耐磨性和抗疲劳强度.常用的有35、40、45、50钢，其中以45钢使用最广。
对于受力较小的或不太重要的轴，可以使用Q235、Q275等普通碳素钢。
合金钢：对于要求强度较高、尺寸较小或有其它特殊要求的轴，可以采用合金钢材料.耐磨性要求较高的可以采用20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢;要求较高的轴可以使用40Cr (或用35SiMn、40MnB代替）、40CrNi(或用38SiMnMo代替）等进行热处理。
机械基础(高职高专)第6章轴和轴毂连接
3、楔键联接
楔键的上、下表面为工作面，两 侧面为非工作面。键的上表面与键槽 底面均有1:100 的斜度。工作时， 键的上下两工作面分别与轮毂和轴的 键槽工作面压紧，靠其摩擦力和挤压 传递扭矩。
普通楔键
勾头楔键
楔键联接
4、切向键
c.尽量使轴减少载荷。
改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。
输入
输入
T 1+T 2 T1 T2
T1 T2
6.2 轴毂联接
常用的轴毂联接有键联接、花键、销联接等。 键联接1 轴毂联接主要是用来实现轴和轮毂之间的周向固定并用来传递运 动和扭矩。
一 键联接
1、平键联接 平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙， 键的上、下表面为非工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭 矩，故定心性较好。
a. 矩形花键联接 矩形花键的齿侧面为互相平行平面，制造方便，广泛应用。
b. 渐开线花键联接 渐开线花键的齿廓为渐开线，分度圆上的压力角为30°和
45°两种。具有制造工艺性好、强度高、易于定心和精度高， 使用于重载及尺寸较大的联接。
花键联接
三．销联接 通常只传递不大的载荷或作为安全装置。另一用途是
3)当轴向力不大而轴上零件间的距离较大时，可采用弹性 挡圈固定。
应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位
4)当轴向力很小，转速很低或仅为防止零件偶然沿轴向滑 动时，可采用紧定螺钉固定。
5)轴端挡圈： 可承受较大轴向力，但应在轴端面上加工螺纹孔，用螺钉固
定。皮带轮和联轴器等常用。 轴端挡圈与轴肩、圆锥面与轴端挡圈联合使用，常用于轴端
轴的概述3
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T 1 +T 2
T1 T2
T1
(a) 最大转矩: (a)>(b)
(b)
T2
16.3 轴的结构设计
Q (a) (b)
大齿轮和卷筒连成一体，转矩经大齿轮直接传给卷筒， 卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩，有助于减小轴的直径。
Q
16.3 轴的结构设计
合理设计轴上零件结构 轮毂配合面分成两段,减小弯矩、改善配合
轴端 轴头
轴颈 轴身
轴头
轴端挡圈 带轮 轴承盖
套筒
齿轮 滚动轴承
典型 轴系 结构
青岛科技大学专用
潘存云教授研制
16.3 轴的结构设计
16.3.1 轴的强度、刚度
轴的强度与工作应力的大小和性质有关。因此在选择轴的结构和形 状时应注意以下几个方面： 使轴的形状接近于等强度条件，以充分利用材料的承载能力。
1、固定心轴 ：工作时轴不转动，轴上承受的是静 应力。
例 ： 自 行 车 的 前 轮 轴
2）转动心轴 工作时，随传动 件一起回转，对 称循环的 弯曲应 力。 如：铁路车辆轴： 只承受弯矩不承 受扭矩，主要用 于支承回转零件。
传动轴:主要用于传递转矩而不承受弯矩，
或所承受的弯矩很小的轴。
箱例 与： 后汽 桥车 之中 间联 的接 轴变 速
16.3 轴的结构设计
4)螺纹退刀槽
• 轴上车螺纹的轴段应设有螺纹退刀槽， 以保证螺纹牙均能达到预期的高度。
16.3 轴的结构设计
5) 键槽
• 轴上沿长度方向开有几个键槽时，应将键槽安排在轴 的同一母线上。
16.3 轴的结构设计
轴系结构改错
正确答案 错误
错误
正确答案
16.3 轴的结构设计
1.左侧键太长，套筒 无法装入
特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力
由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降
应用：常用于轴的中部和端部
16.3 轴的结构设计
（3）套筒
16.3 轴的结构设计
（4）弹性挡圈
特点：结构简单紧凑， 只能承受很小的轴向力， 切槽需要一定的精度 应用：常用于固定滚 动轴承等的轴向定位
16.3 轴的结构设计
16.3 轴的结构设计
轴上各段的名称
轴通常由轴头、轴颈、轴肩、 轴环、轴端及不装任何零件的轴 段等部分组成。 对轴的结构基本要求是： （1）受力合理，有利于提高轴的 强度和刚度； （2）轴和轴上的零件准确定位， 固定可靠； （3）轴上零件便于调整和装拆； （4）良好的制造工艺性； （5）形状、尺寸应尽量减小应力 集中；
正确
错误
16.3 轴的结构设计
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
轴肩高度<滚动轴承内圈高度！
h≈R(C)+(0.5~2)mm
正确
错误
16.3 轴的结构设计
轴环宽度b≈1.4h(与滚动轴承相配合处的h和b 值,见轴承标准)
2.轴上零件的轴向固定 （2）圆螺母 （用轴肩或轴环固定零件时，常需采用其他附件来防止零
件向另一方向移动。）
⑤
②
④
①
1.轴两端均未倒角 2.齿轮右侧未作轴向固定
3.齿轮处键槽太短
①
④
③ ⑥ ⑥
⑦
4.键槽应开在同一条直线上 5.左轴承无法拆卸
6.齿轮与右轴承装卸不便
7.轴端挡圈直接压在轴端轮 毂上
更多例子1、2
16.3 轴的结构设计
思考题：指出图中主动轴结构的不合理之处， 并提出改进意见。
16.3 轴的结构设计
阶梯轴
光轴
可以把回转运动灵活地传到不开敞地空间位置。
16.3 轴的材料
轴的材料主要是碳素钢和合金钢。
碳素钢：对应力集中敏感性 ，价格 ，应用广泛
合金钢：综合机械性能
敏感性
及热处理性能 ，成本 ，对应力集中
球墨铸铁或合金铸铁：吸振性 ，易于制成各种复杂形状。
耐磨性 ，对应力集中敏感性
潘存云教授研制
方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一 个零件，加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一 合理 。
青岛科技大学专用
潘存云教授研制
16.3 轴的结构设计
16.3.2 轴上零件的定位与固定
周向固定 为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，轴上零件的周向 固定必须可靠。常用的周向固定方法有键、花键、销和过盈配合等联接。
（5）轴端挡圈（压板）、紧定螺钉
用于轴端定位
可承受剧烈振动和冲击
适用于轴向力小， 转速低的场合
16.3 轴的结构设计
当用轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈进行零 件的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，要求L轴<L 毂
③
④
⑤
①
②
II
③
④
⑤
正确
正确
错误
16.3 轴的结构设计
6）轴承端盖
轴承端盖与机座间加垫片， 以调整轴的位置
16.1 概述
1.轴的功用 支承回转零件 及传递运动和 动力。
2.轴的分类
按承受载荷不同，可分为：
转轴、心轴、传动轴
按轴线形状的不同，可分为：
直轴、曲轴、挠性钢丝轴
直轴按外形的不同，可分为：
光轴、阶梯轴
转轴：机器中最常见的轴，通常简称为轴。
工作时既承受弯矩又承受转矩。
例：减速器中的轴
心轴： 用来支承转动零件，只承受弯矩而 不传递转矩。
16.3 轴的结构设计
2、改善表面质量
轴的表面粗糙度对疲劳强度有很大的影响。疲劳裂纹常常 发生在表面最粗糙的地方。为提高轴的疲劳强度，可采用表面 强化处理。如碾压、喷丸、氮化、渗碳、淬火等方法，可显著 提高轴的承载能力。
16.3 轴的结构设计
3、改善轴受力状况，减小应力集中
改变轴上零件的布置，改善轴的受力状况。
16.3 轴的结构设计
轴向固定 零件在轴上的轴向定位要准确而可靠，以使其安装位置确定，能 承受轴向力而不产生轴向位移 轴肩由定位面和内圆角组成
r
R
b
h
d
h C
r
D
特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力
应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位
D
d
16.3 轴的结构设计
r轴<R孔或r轴<C孔！
16.3 轴的结构设计
1)圆角半径和倒角 同一根轴上所有圆角半径和倒角的大小应尽可能 一致，以减少刀具规格和换刀次数。
为便于加工定位，轴的两端面上应做出中心孔。
16.3 轴的结构设计
2)轴端倒角
• 为使轴上零件容易装拆，轴端和各轴段端部都 应有45°的倒角。
16.3 轴的结构设计
3)砂轮越程槽 • 轴上磨削的轴段应设有砂轮越程槽，以 便磨削时砂轮可以磨削到轴肩的端部。
试指出图中结构不合理的地方并改正。
16.3 轴的结构设计
齿轮轴轴系上的错误结构并改正。 （轴承采用脂润滑，齿轮采用油润滑。）
16.3 轴的结构设计
锥齿轮轴系结构中的错误，并画出正确结构结构图， 锥齿轮为油润滑，滚动轴承为脂润滑。
16.3 轴的结构设计
指出简图中轴的结构设计有哪些不合理之处？并画出 改进后结构图。
对于转轴和转动心轴，取[σ]=[σ-1b] 。对于固定心轴，考虑 起动、停止等影响，取[σ]=[σ0b] 。
16.4 轴的强度计算
按弯扭合成强度条件计算示例 条件：已知支点、扭距，弯矩 步骤：1）作轴的空间受力简图
Ft RH1 L2 C L3 D RH2 R v2 Fr Fa
(a)
T A
R' v1 Rv1 L1 B
16.3.2 轴上零件的定位与固定 装配方案：确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互 关系。
青岛科技大学专用
潘存云教授研制
轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相 同。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。
图示减速器输出轴就有两种装配方案。
s a B c L a
圆锥圆柱齿轮 二级减速器
青岛科技大学专用
轴的常用材料及其部分机械性能（见下页）
轴的常用材料是碳素钢和合金钢。
碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热 处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般用途 的轴，可用30、40、45、50等牌号的优质中碳钢制造，尤其是 45号钢，可以采用调质或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应 进行表面淬火及低温回火处理。对于不重要或受力较小的轴也 可用Q235、 Q275 等普通碳素钢制造。
具体计算步骤……
16.4 轴的强度计算
计算步骤 （1）画出轴的空间力系图。将轴上作用力分解为水平面分 力和垂直面分力，并求出水平面和垂直面的支点反力。 （2）分别作出水平面的弯矩图和垂直面上的弯矩图
2 2 （3）计算出合成弯矩 M M h 绘出合成弯矩图 MV
（4）作出转矩（T）图 （5）计算当量弯矩 M e M 2 aT 2 ，绘出当量弯矩图
合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中 比较敏感，且价格较贵，多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的 轴。如20Cr、20CrMnTi、38CrMoAl等合金钢，有良好的高温 机械性能，常用于在高温、高速和重载条件下工作的轴。 在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹 性模量均相差不多，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相 差不多。
16.3 轴的结构设计
措施：
1. 用圆角过渡；
1、尽量避免各轴段剖面突然改变，以降低局部应力集中，提高轴 的疲劳强度。
2. 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽; 3. 重要结构可增加卸载槽,、过渡肩环、凹切圆角、增大圆角半径。 也可以减小过盈配合处的局部应力。