第七章 轴和轴毂连接jiancha

用于不太重要及受 载荷不大的轴 应用最为广泛
170~217 162~217 217~255 241~286 270~300 240~270 229~286 217~269 293~321 277~302 241~277 渗碳 56~62 HRC ≥ 241 ≤ 192 190~270 245~335
轴肩、套筒高度不能高于轴承内圈！
轴向 定位
安装轴承部分的轴段不能过长！
机 械
键连接
零件上的键槽必须是通槽!
键槽数量为2时应设计成同一加工直线，大于3时均布!
设 计
同一轴上键槽宽度应尽量一致! 为定位可靠，安装轮毂的轴应比轮毂短2—3mm！
轴端应有倒角！ 车螺纹的轴段应有退刀槽！
结构工艺
轴承端盖与基座间应有调整垫片！
机 械 设 计
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1.左侧键太长，套筒无法装入； 2.多个键应位于同一母线上； 3.轮毂上的键槽应为通槽。
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31
机 械 设 计
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29
机 械 设 计
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22
（3) 楔键连接
用于低速、轻载和 对中性要求不高的 机 械 设 计 场合。
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（4) 花键连接
优点： 1)均匀受力； 2)承载能力高; 3)轴上零件与轴的对中性好； 缺点： 需专用设备制造，成本高。
机 械 设 计
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能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。
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6
表6-1 轴的常用材料及其主要力学性能
材料牌号 热处理 毛坯直径 mm 硬度 HBS 屈服强 弯曲疲 度极限 劳极限 σ-1 σs MPa 400~420 225 170 375~390 215 590 295 255 570 285 245 640 355 275 735 540 355 685 490 335 900 735 430 785 570 370 735 590 365 685 540 345 930 785 440 835 685 410 785 590 375 抗拉强 度极限 σb 640 390 305 剪切疲 许用弯 劳极限 曲应力 [σ-1] σ-1 105 140 135 155 200 185 260 210 210 195 280 270 220 160 40 55 60 70 75 70 75 备 注
4 轴的尺寸初步确定方法
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第三节
轴的强度校核
轴的强度计算常见有两种方法 机 械 设 计
——按扭转强度计算：最小直径的初步计算，为轴的
设计提高依据 ——弯扭合成强度计算：确定危险截面，对轴的强 度进行校核
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例：说出轴系中各零件的轴向和周向定位方法。
轴承 座 机 械 设 计
①
②
轴端挡圈
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为定位可靠，安装轮毂的轴应比轮毂短2—3mm！
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总
结
轴肩和套筒
机 械 设 计
轴向定位
定位 轴承端盖 过盈配合连接
27
轴的结构设计改错1
机 械 设 计
3 2
1
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1.轴肩太高，轴承无法拆下； 2.应加工螺纹退刀槽 3.应有轴肩，否则螺母无法拧入。
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27
改正
机 械 设 计
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轴的结构设计改错2
4
一 弯扭合成强度计算：
1)将外载荷分解到水平面和垂直面。求垂直面支撑反力F 和水平面支撑反力FH ； 机 械 设 计 4)作转矩T图； 5)弯扭合成，作当量弯矩Me图； M e M 2 (T ) 2
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2)作垂直弯矩MV图和弯矩MH图 ； 3)作合成弯矩M图；
问题2：部件怎样定位？
装配方案：确定轴上零件的装配方向、顺序和相互关系。 机 械 设 计
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安装轴承部分的轴段不能过长！
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10
2 轴上零件的轴向定位
1）轴肩和套筒
机 械 设 计
轴肩
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2 2 M MH MV
6)计算危险截面Biblioteka Baidu径:
d 3
Me mm 0.1[ 1b ]
4
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注意：
1)若危险截面上有键槽，则应加大4%；
机 械 设 计
2)若计算结果大于结构设计初步估计的轴径，则强 度不 够，应修改设计；
3)若计算结果小于结构设计初步估计的轴径，且相 差 不大，一般以结构设计的轴径为准。
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（ 5） 校核轴承寿命
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3
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第七章
轴 的设计
赵颖
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4
第一节 轴的结构设计
一 轴的分类
机 械 设 计
University
d 3
P 9.55106 3 P 3 C mm 0.2[ ] n n
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机 械 设 计
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41
总 结
1 确定轴上零件的装配方案
机 械 设 计
2 轴上零件的轴向定位
3 轴上零件的周向定位
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4
二、安全系数校核计算
1 仅承受弯矩时： S k S 1 S 仅承受扭矩时： S k a m
机 械 设 计
同时承受弯矩和扭矩的轴： S ca
计算安全系数的选取：
11
注意1： 轴肩、套筒高度不能高于轴承内圈！
机 械 设 计
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注意2：
图示减速器输出轴两种装配方案。
机 械 设 计 s a B c L a
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圆锥圆柱齿轮 二级减速器
S S
2 S S2
S
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S=1.3~1.5----材料均匀，载荷与应力计算准确； S=1.5~1.8----材料不够均匀，载荷与应力计算欠准确； S=1.8~2.5----材料均匀性计算准确性均较低， 或轴的直径d>200 mm。
395 190 180 215 290
230 115 110 185 250
复
第一节 概述
机 械 设 计
习
选择材料 结构设计 轴的承载能力验算 验算合格? Y 结束 N
一 轴的结构类型 二 轴的材料 三 轴的设计流程
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7
第二节 轴的结构设计
周向定位
键连接
平键
花键
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4 轴的结构工艺性
轴端应有倒角！
机 械 设 计 退刀槽
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车螺纹的轴段应有退刀槽！
轴承端盖与基座配合处要有调整垫片！
倒角
①
②
③
④
⑤⑥ ⑦
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直轴
光轴 阶梯轴
曲轴 挠性钢丝轴
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郭宏亮教授研制
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5
二 轴的材料
机 械 设 计 用途：碳结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较 多，尤其是45钢应用最广。合金钢具有较高的力学性
种 类
碳钢：35、45、50、Q235
正火或调质处理。
合金钢: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi等
2
作
业
机 械 设 计
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2
机 械 设 计
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2
轴承选择和校核步骤
（ 1） 根据受力情况选择轴承类型
机 械 设 计
（ 2） 根据轴径选择轴承内径 （ 3） 根据实际工作情况初选轴承型号 （ 4） 计算额定动载荷
≤ 100 热轧或锻 后空冷 > 100~250 ≤ 100 正火 > 100~300 45 ≤ 200 调质 ≤ 100 40Cr 调质 > 100~300 ≤ 100 40CrNi 调质 > 100~300 ≤ 100 38SiMnMo 调质 > 100~300 ≤ 60 38CrMoAlA 调质 > 60~100 > 100~160 渗碳 淬火 ≤ 60 20Cr 回火 调质 ≤ 100 3Cr13 ≤ 100 1Cr18NiTi 淬火 > 100~200 QT600-3 QT800-2 Q235A
卷筒
D V
运输带
案例
机 械 设 计
带传动
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设计对象
联轴器
减速器
电机
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减速器箱体
机 械 设 计
问题1：轴上都有哪些部 件？是怎么安装的？
设计对象
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1 确定轴上零件的装配方案
4）. 与齿轮等零件配合部分的轴段长度一般应 比轮毂宽度短2-3mm。
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机 械 设 计
（1）最小轴径dmin估算:
6 T 9 . 55 10 P T [ T ] MPa 3 WT 0.2d n
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轴承端盖与基座间应有调整垫片！
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3 轴上零件的周向定位
过盈配合连接
机 械 设 计
周向定位 键连接
平键
花键
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键连接
键 是标准件，其尺寸和键槽尺寸都有国家标准。
机 械 设 计
平键连接 松连接 键连接 紧连接
半圆键连接
楔 键连接 切向键连接
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(1)平键连接
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零件上的键槽必须是通槽!
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平键分为A型、B型、C型。
机 械 设 计
A型
B型
C型
键的选择：P148 表6—8
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注意！
机 械 设 计 同一轴上键槽宽度应尽量一致!
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键槽数量为2时应设计成同一加工直线，大于3时均布!
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（2)半圆键连接
机 械 设 计
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思考题：
指出图示轴系结构中不合理的地方，并予以改正。
2
8 10 12 13
3
1 5
6 7
9 11
4
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5 轴的直径和长度初定
机 械 设 计
1）. 按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径 2）. 安装标准件的轴径，应满足装配尺寸要求。
3）. 有配合要求的零件要便于装拆。
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机 械 设 计
主讲人：赵颖
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复
滚动轴承的寿命计算
机 械 设 计
习
C L P

106 r
P=fp（X Fr+Y Fa）
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用于载荷较大，而无 大的冲击的重要轴
用于很重要的轴 用于重要轴，性能 近于40CrNi 用于要求高耐磨性， 高强度且热处理变 形很小的轴
60
75 45
用于要求强度及韧 性均较高的轴
用于腐蚀条件下的轴 用于高、低温及腐 蚀条件下的轴 用于制造复杂外形 的轴
835 530 490 600 800
635
195 370 480
13
方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，加工工艺复杂，
且质量较大，故不如方案一合理 。
方案一
机 械 设 计
方案二
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2）轴端挡圈和轴承端盖
机 械 设 计
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2）轴端挡圈和轴承端盖
机 械 设 计