第十一章 轴及轴毂联接
轴和轴毂连接课件
四、 轴毂联接
五、 轴的使用与维护
2013-1-2
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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17
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。
轴和轴毂连接
≤100 ~187
149
520
用于不重要或 载荷不大的轴 有较好的塑性 和适当的强度， 可用于一般曲 轴、转轴。
作者： 潘存云教授
§14-4
轴的设计
a
设计：潘存云
P231
举例：计算某减速器输出轴危 d 险截面的直径。已知作用在齿 轮上的圆周力Ft=17400N, 径向 1 力， Fr=6140N, 轴向力 Fa=2860N,齿轮分度圆直径 F1v d2=146 mm,作用在轴右端带 轮上外力F=4500N（方向未 定）, L=193 mm, K=206 mm 解：1) 求垂直面的支反力和轴向力
130 70
[σ-1b]
40
碳素钢
脉动循环状态下的 500 170 许用弯曲应力
600 700 200 230
75 95
110
45 Байду номын сангаас5
65
800
270
300
130
140
75
80
合金钢 铸钢
长沙航空职院专用
900
1000 400 500
330 100 120
150 50 70
90 30 40
作者： 潘存云教授
§14-1
分类： 按承受载荷分有 类 型 按轴的形状分有
概述
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
转轴——传递扭矩又承受弯矩 传动轴——只传递扭矩 心轴——只承受弯矩 直轴
长沙航空职院专用
作者： 潘存云教授
§14-1
分类： 按承受载荷分有 类 型 按轴的形状分有
概述
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
学习情境11 轴毂连接
学习情境11 轴毂连接工作面图11-19 导键联接图11-20 滑键联接导键用螺钉固定在轴的键槽内，轮毂键槽与键是间隙配合，轴上零件能沿轴作轴向移动，如图11-19所示。
为方便拆卸，在键的中部设有起键螺钉。
导键联接适应于轴上零件作轴向移动量不大的场合。
滑键固定在轮毂上，轴上的键槽与键是间隙配合，轴上零件带着键沿轴上的键槽作轴向移动，如图11-20所示。
滑键适应于轴上零件作轴向移动量较大的场合。
）半圆键联接图11-21 半圆键联接图11-22 楔键联接3）楔键联接楔键的工作面是上下底面，楔键的上底面和轮毂键槽的底面都有1:100的斜度，装配后，键即楔紧在轴和轮毂的键槽里，其上下工作面就会产生很1．选择键联接的类型一般 8 级以上精度的齿轮有定心精度的要求，齿轮与轴的联接应选用（A型）平键。
学生可以自己考虑在轴与联轴器联接应采用什么型普通平键。
2．初选键的尺寸键的截面尺寸应根据轴的直径确定，键的长度应根据齿轮轮毂的长度确定，原则是键的长度比轮毂的长度稍短，并且要符合键的长度系列。
3．校核键的强度挤压强度校核 ][4P P hldT A F σσ≤==导向平键联接和滑键联接的限压条件为[]p dhlT p ≤=4 式中：T —传递的转矩(T =F ×d /2)，N ·m ；k 一键与轮毂键槽的接触高度，k =0.5h ，h 为键的高度，mm ；l —键的工作长度，mm 。
对A 型平键l =L -b ，B 型平键l =L ，C 型平键l =L -b /2，这里L 为键的公称长度，单位为mm ；b 为键的宽度，单位为mm ；d —轴的直径，mm ； [σp ]—键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa ，[p ]—键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用压强，MPa ，键的材料采用抗拉强度不小于600MPa 的碳素钢，通常为45钢。
如果键强度不够，可适当加长轮毂和键的长度，但键长不宜大于2.5d 。
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。
第十一章 轴及其连接
轴上的槽用盘铣刀或指状铣刀 加工；轮毂槽用拉刀或插刀加工。
②导键和滑键
用于动联接，即轴与轮毂之间有相对轴向移 动的联接。滑键用于轴上零件轴向移动量较大的 场合。
（2）半园键
半园键的侧面为工作面，对中良好，用于静 联接。 特点：键能在槽中摆动，装配 方便，适用于锥形轴与轮毂的 联接。缺点是对轴的强度削弱 较大。只适宜轻载联接。需要 用两个半圆键时，一般安置在 轴的同一条母线上。
d
r
r
D
D
h
11.2.2 轴的制造和轴上零件的装拆
1.轴的加工工艺性
(1)为减少加工时换刀时间及装夹工件时间，同一 根轴上所有圆角半径、倒角尺寸、退刀槽宽度 应尽可能统一；当轴上有两个以上键槽时，应 置于轴的同一条母线上，以便一次装夹后就能 加工。
(2)轴上的某轴段需磨削时，应留有砂轮的越程槽； 需切制螺纹时，应留有退刀槽。
84 82 Ⅰ
45H7/k6
b) 轴承、齿轮的定位及轴段主要尺寸——
根据轴的受力，选取一对7211C滚动轴承正装，其尺寸为d×D×B＝ 55mm×100mm×21mm, 配合段轴径 dⅢ-Ⅳ=dⅥ-Ⅶ=55mm(k6)。左端 轴承采用轴肩作轴向定位，由手册确定轴肩处直径 dⅤ-Ⅵ≥64mm，配 合轴段长LⅥ-Ⅶ=23mm；右端采用轴套作轴向定位。 23 23 21 21 84 100 Ⅱ Ⅰ 82
主要失效形式是工作面的过度磨损，通常按工作面
上的压力进行条件性的强度校核计算。
（2）平键联接的强度条件 普通平键的挤压强度条件为:
p
2000T / d 2000T p lk dlk
导向平键和滑键联接的强度条件为：
p
式中
2000T p kld
第十一章+轴
柱形面
锥形面
返回
直 轴
返回
曲 轴
内 燃 机
返回
返回
挠性轴
转 轴
返回
心 轴
返回
转动心轴和固定心轴
传动轴
返回
空心轴
返回
返回
1、周向固定方法
键 联 接
花 键 联 接
成 形 联 接
弹 性 环 联 接
联 销 接
联过 接盈 配 合
返回
２、轴向固定方法
（１）轴肩和轴环
返回
轴肩圆角半径r 圆角半径R 轴肩圆角半径r 倒角C1 轴肩高a R
第十一章 轴
轴是机器中的重要零件之一，用来支 承轴上的零件，并传递运动和动力。
带式运输机
二级圆柱齿轮减速器
蜗杆传动
轮 系
11、1 概 述
一、轴的分类 1、按轴的轴线形状分：
直轴、曲轴、挠性轴。
2、按轴承受的载荷性质分：
转轴、心轴、传动轴。
3、按轴的外部结构形状分：
光轴、阶梯轴。
4、按轴的截面形状分：
返回
普通平键连接
返回
（2）导向平键连接
导向平键连接属于动连接
返回
导向平键实例
返回
2. 半圆键连接
特点：键的侧面为工作面，键的上表面与毂槽
底面间有间隙。适于轻载、锥形轴端的连接。
返回
半圆键实例
返回
3. 楔键联接
特点：楔键的上下面分别与毂和轴上的键槽的
底面贴合，为工作面，靠摩擦力传递转矩。
返回
H=10~15mm
A=b+2H A应圆整
2.轴承座端面位置的确定
C=δ+C1+C2+( 5~10)mm
轴毂联接知识
轴毂联接知识今日我们聊聊在机械设计中，我们必需把握的有关轴毂联接的学问！轴毂联接是轴毂与轴相连接的轴上零件，常见齿轮、带轮等。
联接使回转零件在轴上定位和固定，以便传递运动和动力。
一般平键联接轴毂联接的方式有键联接、花键联接、成形联接、胀套联接、销联接、紧定螺钉联接、过盈联接等，有些联接方式仅用于轴毂联接，有些联接方式可兼作其它联接。
键和花键是最常见的轴毂联接方式。
1、键联接键是一种标准件，通常用于联接轴与轴上旋转零件与摇摆零件，起周向固定零件的作用以传递旋转运动和扭矩，楔键还可以起单向轴向固定零件。
而导键、滑键、花键还可用作轴上移动的导向装置。
依据键的结构形式，键联接可分为平键联接、半圆键联接、楔键联接和切向键联接等几类。
1.1平键联接：平键的两个侧面是工作面并用于传递转矩。
键上面与轮毂槽底之间留有间隙，为非工作面。
主要尺寸是键长L、键宽b和键高h。
平键端部外形有圆头（A型）、平头（B型）和单圆头（C型）三种(如下图) ，C型键用于轴端。
A、C型键的轴上键槽用端铣刀切制，对轴应力集中较大，B型键的轴上键槽用盘铣刀铣出，轴上应力集中较小。
1.2半圆键联接：它靠键的两个侧面传递转矩，故其工作面为两侧面。
上键槽用尺寸与半圆键相同的圆盘铣刀加工，因而键在槽中能绕其几何中心摇摆，以适应轮毂槽由于加工误差所造成的斜度。
1.3楔键联接：键的上下两表面是工作面，键的上表面和轮毂键槽底面均有1∶100的斜度，装配后，键即楔紧在轴和轮毂的键槽里，工作表面产生很大预紧力。
钩头楔键联接1.4切向键联接：它由两个一般楔键组成。
其上下两面（窄面）为工作面，其中之一面在通过轴心线的平面内。
工作面上的压力沿轴的切线方向作用，能传递很大的转矩。
一个切向键只能传递一个方向的转矩，传递双向转矩时，须用互成120°～130°角的两个键。
用于载荷很大，对中要求不严的场合。
由于键槽对轴减弱较大，常用于直径大于100mm的轴上。
第十一章 轴及轴毂联接
影响轴的结构设计的因素较多，其结构设计具有较 大的灵活性、多样性，没有一个统一的标准。
程序：考虑装拆 —定位固定方法与结构 —兼顾受力与制造
8
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 。
9
二、 轴上零件的定位与固定
1) 轴向固定
(1) 轴肩和轴环
19
一.按扭转强度计算(传动轴或初算轴径)
该方法适用于只承受扭矩的传动轴，亦可对转轴进行近似计算。 6 P 9.55 10 ( N .mm ) 转矩 T n 对于转轴 弯矩 M 由轴的结构而定 ( 跨距？力作用点？)
T [ T ] 解决办法：仅考虑 T 的强度条件 T WT 用降低 [ ]T 来考虑 M的影响 3 对于实心圆轴 (WT 0.2d ) 的强度条件为： T 9.55106 P T MPa 3 WT 0.2d n
27
2、半圆键联接
轴槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽 中绕几何 中心摆动，键的侧面为工作面，工作时靠 其侧面的挤压来传递扭矩。 优点：工艺性好，装配方便，适用于锥形轴与轮毂 的联接。 缺点：轴槽对轴的强度削弱较大。只适宜轻载联接。
28
3、楔键联接
特点：适用于低速轻载、 精度要求不高。对 中性较差，力有偏 心。不宜高速和精 度要求高的联接， 变载下易松动。钩 头只用于轴端联接， 如在中间用键槽应 比键长2倍才能装 入。且要罩安全罩。
25
1） 普通平键
2 ）薄型平键 键高约为普通平键的 60%~70% 。圆头、 方头、单圆头用于薄臂结构、空心轴 等径向尺寸受限制的联接。
26
3）导向平键与滑键——用于动联接，即轴与轮毂 间有相对轴向移动的联接。
轴受力分析80页PPT
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B、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。
30˚
d/4 d
B位置 d/4
过渡肩环
r 凹切圆角
第三节、轴的工作能力分析
一、对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为：
T
T WT
9.55 106 P 0.2d 3n
设计公式： d3 Md
0.1[1]
mm
材料 碳素钢
合金钢 铸钢
轴的许用弯曲应力
σb
[σ+1]
[σ0]
[σ-1]
400
对称13循0 环状态下7的0
40
500
许17用0 弯曲应力75
45
600
200
95
55
700
230
110
65
800
270
130
75
900
300
140
80
1000
330
150
90
400
F1v M’av Mav
F2v
M'aVF1VM L/a2V212 0.1 39/23
205Nm
F1H
Ft MaH F2H
M aVF2VL M /a 2V 42 8 0.1 79 /23 F1F 414Nm
F F2F
5) 绘制水平面的弯矩图
MaHF1HM L/a2V 87 0 0.1 09/23 840Nm
(5) 若各轴段具有较高同轴度，在轴两端开设中心孔
五、提高轴的强度和刚度的常用措施
1）改进轴上零件结构，减小轴的载荷
2.合理布置轴上零件，减小轴上的载荷
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。
精品课件-轴及轴毂联接
5.5
+0.2
>50-58 16*10 16 0
+0.050 -0.043 -0.0215 -0.061
6.0
0
>58-65 18*11 18
7.0
>65-75 20*12 20 +0.052 +0.140 0
+0.026
-0.022
7.5
>75-85 22*14 22 0
+0.065 -0.052 -0.026
磨损（动联接）
2)强度计算
挤压强度条件：
l:键的工作长度：
A型 B型 C型 T-轴上传递的转矩（N.mm） d-轴的直径(mm) h-键的高度
-键、轴和轮毂中挤压强度最低的材料的许用应力 如果计算键的强度不够，在结构允许的条件下，可适当增加轮毂和键的长度 或间隔布置180°两个键。考虑到两个键的载荷分配不均匀性，在验算键的强 度时只按1．5个键计算。
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，多用含碳量为0.25～ 0.5%的中碳素钢。尤其是45号钢，对于不重要或受力较小的轴也可用Q235A等 普通碳素钢。合金钢具有比碳素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，多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。如20Cr、 20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳处理后可提高耐磨性；20CrMoV、 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。
-0.074
9.0
半径r 毂t1
公称尺 极限偏 最 最
寸
《轴和轴毂连接》PPT课件
精选课件ppt
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。
精选课件ppt
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
精选课件ppt
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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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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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
第11章 键链接、销连接及其他常用连接
第11章键连接、销连接及其他常用连接11.1 键连接键连接由键、轴和轮毂组成，它主要用以实现轴和轮毂的周向固定和传递转矩。
键连接的主要类型有：平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。
它们均已标准化。
11.1.1 平键连接如图11.1 a)所示，平键的两侧面是工作面，平键的上表面与轮毂槽底之间留有间隙。
这种键的定心性好，装拆方便，应用广泛。
常用的平键有普通平键和导向平键。
普通平键按其结构可分为圆头（称为A型）、方头（称为B型）和单圆头（称为C型）三种。
图11.1 b)为A型键，A型键在键槽中固定良好，但轴上键槽引起的应力集中较大。
图11.1 c)为B型键，B型键克服了A型键的缺点，当键尺寸较大时，宜用紧定螺钉将键固定在键槽中，以防松动。
图11.1d)为C型键，C型键主要用于轴端与轮毂的连接。
图11.1 e)为导向平键，该键较长，键用螺钉固定在键槽中，键与轮毂之间采用间隙配合，轴上零件可沿键作轴向滑移。
a) b) c) d) e)图11.1 平键连接11.1.2 半圆键连接图11.2所示为半圆键，半圆键的工作面也是键的两个侧面。
轴上键槽用与半圆键尺寸相同的键槽铣刀铣出，半圆键可在槽中绕其几何中心摆动以适应毂槽底面的倾斜。
这种键连接的特点是工艺性好，装配方便，尤其适用于锥形轴端与轮毂的连接；但键槽较深，对轴的强度削弱较大，一般用于轻载静连接。
图11.2 半圆键连接11.1.3 楔键连接和切向键连接图11.3所示为楔键连接，楔键的上、下两面为工作面。
楔键的上表面和与它相配合的轮毂键槽底面均有1:100的斜度。
装配时将楔键打入，使楔键楔紧在轴和轮毂的键槽中，楔键的上、下表面受挤压，工作时靠这个挤压作用产生的摩擦力传递转矩。
如图11.3所示，楔键分为普通楔键和钩头楔键两种，钩头楔键的钩头是为了方便拆卸而设计的。
图11.3 楔键连接楔键连接的主要缺点是键楔紧后，轴和轮毂的配合产生偏心和偏斜，因此楔键连接一般用于定心精度要求不高和低转速的场合。
机械设计基础课件 第11章 轴与轴毂连接
第 13 章 轴与轴毂连接
学习目的: 了解轴的分类及常用材料。掌握轴的结构设计方法。掌握轴的强度计 算；了解轴的刚度计算。掌握键连接的类型、尺寸选择及强度计算； 了解花键连接、销连接。
13.1 概述 13.2 轴的结构设计 13.3 轴的工作能力计算 13.4 轴毂连接
13.1 概述
1.轴的功用
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，多用于对强度和耐磨性有特 殊要求的轴。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳 淬火处理后可提高耐磨性；20CrMoV、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。
由此来看,合金钢比碳钢具有更好的机械性能,尤其是在机 械强度上,但若为提高结构刚度而采用合金钢是徒劳的
例：减速器中的轴
平面连杆机构
心轴： 用来支承转动零件，只承 受弯矩而不传递转矩。
例：自行车的前轮轴
平面连杆机构
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。
例：汽车中联接变速箱与后桥之间的轴。
平面连杆机构
平面连杆机构
平面连杆机构
3.轴的结构设计 对轴的结构进行设计主要是: 确定轴的结构形状和尺寸
—— 轴端压板定位和紧定螺钉固定
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
平面连杆机构
3.轴的结构设计 —— 轴的加工和装配工艺性
平面连杆机构
3.轴的结构设计 —— 轴的加工和装配工艺性
平面连杆机构
1.为便于装拆→ 阶梯轴(轴肩)
非定位轴肩→便于装配→h=(0.5 ～ 1)mm
轴头
轴身
轴毂联接
销联接
定位销——主要用于零件间位置定位，常用作组合加工和装配时的主要辅
助零件。
联接销——主要用于零件间的联接或锁定，可传递不大的载荷 安全销——主要用于安全保护装置中的过载剪断元件
轴毂联接
销联接
销类型:
1)圆柱销——不能多次装拆（否则定位精度下降） 2)圆锥销——1：50锥度，可自锁，定位精度较高，允许多次装拆，且便 于拆卸
轴毂联接
花键联接
② 渐开线花键
定心方式为齿形定心，当齿受
载时，齿上的径向力能自动定心， 有利于各齿均载，应用广泛.
③三角形花键
齿数较多，齿较小，对轴强 度削弱小。适于轻载、直径较小 时及轴与薄壁零件的联接
轴毂联接
花键联接
二、花键联接的设计计算
设计：选花键类型→按轴径定花键尺寸(N×d×D×B)→ 验算联接强度 失效形式：①键齿的压溃（静联接） ②磨损（动联接） ③齿根剪断
1:100
工作面
1:100
轴毂联接
键联接
4、切பைடு நூலகம்键
两个斜度为1：100的楔键联接，上、下两面为工作面（打入）布置在圆
周的切向 工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩
轴毂联接
键联接
设计步骤：
1）据联接要求、工作条件选类型 2）按轴的直径查剖面尺寸b×h×L 3) 强度校核
轴毂联接
键联接的强度校核
过盈联接
二、过盈联接的装配方法
装配方法：
1）压入法—利用压力机将被包容件压入包容件中，由于压
入过程中表面微观不平度的峰尖被擦伤或压平，因而降 低了联接的紧固性 2）温差法——加热包容件，冷却被包容件。可避免擦伤联 接表面，联接牢固。
轴毂联接
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第十一章 轴及轴毂联接
11-1 答：Ⅰ轴为传动轴，Ⅱ轴、Ⅲ轴、Ⅳ轴为转轴，Ⅴ轴为心轴。
11-2 答：见表11-2。
11-3 答： 由左到右：1）键槽位置错误，2）动静件之间应有间隙，3）轴承盖处应设密封装置，4）应有调整垫片，5）轴承内圈定位过高，6）与轮毂相配的轴段长度应短于轮毂长度，7）轴段过长，不利于轴承安装，应设计为阶梯轴，8）轴承内圈无定位。
改进后输出轴的结构如题11-3解图：
题11-3解图
11-4 解：1．作计算简图并求轴的支反力（图b ）
水平面的支反力
N 1242N 25027375725072t AH =×=×=
F R 垂直面的支反力
2．计算弯矩并作弯矩图（图c ）
水平面弯矩图
M H =R AH ×178=2124×178N·mm =378N·m
垂直面弯矩图
M V1=R A V ×178=－190×178N·mm=－33800N·mm
M V2=R BV ×72=2910×72N·mm=210000N·mm
合成弯矩图（图d ） 3．计算转矩并作转矩图(图e)
T =F t d/2=7375×400/2=1475000N·mm
N 901N 250272720/2004217125072/2r a AV
=×−×=⋅−⋅=F d F R mm
N 380000mm N 37800033800222H 2v11⋅=⋅+=+=M M M mm
N 320004mm N 378000210000222H 2v22⋅=⋅+=+=M M M N 5251N 250
1783757250178t BH =×==F R ×N 2910N 2501782720/20042171250178/2r a BV =×+×=⋅+⋅=d F R F
计算截面C 的当量弯矩
mm
N 963133mm N )1475000(0.6380000)(22221d1⋅=⋅×+=+=T αM M M d2=M 2=432000N·mm
按弯扭合成应力校核轴的强度
根据轴的材料为45钢，调质处理，由表11－2查得[σ－1]=60MPa 。
由轴的结构简图及当量弯矩图可知截面C 处当量弯矩最大，是轴的危险截面，考虑C 处有一键槽，由式（11－3）可得
MPa 6.20MPa )03.180(0.19631333d1d ≈÷×==z
W M σ 前面已查得[σ－1]=60MPa 。
因此σe ＜[σ－1]，故安全。
11-5 解: 因此平键联接处于轴端，故选用C 型平键，轮毂宽度L ′=120mm ，齿轮、轴、
键都采用钢材，查表11-8[σp ]=110 MPa 。
查机械设计手册得 b =22mm ，h =14mm ，取L =110mm ， l =L －b /2=110－22/2=99mm ，k ≈h /2=7mm ，
由式（11-5a ）可得所选平键传递的最大转矩为
mm
N 30492002/809971102][p ⋅=×××==kld/σT 所选平键的标记为：键22×110 GB/T1097—2003
11-6 解：１．选择轴的材料，确定许用应力
选择轴的材料为45钢。
调质处理，由表11-2查得[σ－1]=60MPa
２．求从动轴上的功率P 2和转矩T 2
若取齿轮传动的效率（包括轴承效率在内） =0.97，则 齿
ηkW
88.30.97kW 42=×==齿P ηP mm N 285000mm N 1303.88109.55109.5562262⋅=⋅××=×=n P T
３．求作用在大齿轮2上的力
齿轮2的受力情况如图b 所示，则
N 1900N 3002850002222t =×==d T F
707N N cos12tan201900cos tan n t r =×==°°βαF F
404N
N tan121900tan t a =×==°βF F 圆周力F t 、径向力F r 及轴向力F a 的方向如图所示。
４．估算轴的最小直径，选取联轴器型号
根据表11－5，取A =110，并由式（11－2）得
mm 1.34mm 130
88.3110n P A d 3322=×=≥输出轴的最小直径d min 显然是安装联轴器处轴的直径 (图a)。
考虑轴上有一键槽，将轴
径增大3%，即d min =34.1×1.03≈35mm
为使d min 与联轴器孔径相适应，应同时选联轴器型号，并确定半联轴器的孔径及与轴配合的毂孔长度（此题略）。
５．轴的结构设计
（1）拟定轴上零件的装配方案 装配方案和轴的结构简图如图a 所示。
（2）因轴同时承受径向力和轴径向力，故初选一对7308C 型轴承，轴承内径d =40mm ，轴承宽度B =23mm 。
（3）根据轴的结构设计要求，确定轴的各段直径和长度如图a 所示。
（4）齿轮、联轴器与轴采用键周向固定，滚动轴承与轴的周向固定借过渡配合来保证（略）。
（5）确定轴上圆角和倒角尺寸（略）
６．求轴上载荷
（1） 定跨距 L =71.5+71.5=143mm
（2） 根据轴的结构简图（图a ），作出轴的计算简图（图b ）。
水平面的支反力
R AH =R BH = F t /2=1900/2=950N
垂直面的支反力
R BV =F r －R A V =（707－777）N ＝－70N
（3）作弯矩图及转矩图
水平面弯矩图如图c 所示
M H =R AH ×71.5=950×71.5N·mm =67925N·mm
垂直面弯矩图如图d 所示
M V1=R A V ×71.5=777×71.5N·mm=55556N·mm
M V2=R BV ×71.5=－70×71.5N·mm=－5005N·mm
合成弯矩图如图e 所示
N 777N 143
5.17707/20034045.71/2r 2a AV =×+×=×+⋅=L F d F R mm N 87751mm N 5555667925222H 2v11⋅=⋅+=+=M M M mm
N 81096mm N 500567925222H 2v22⋅=⋅+=+=M M M 转矩图如图f 所示
T =285000N·mm
当量弯矩图如图所示
M e1=M 1=87751N·mm
mm
N 181420mm N )285000(0.668109)T (22222e2⋅=⋅×+=+=αM M
７．按弯扭合成应力校核轴的强度
由轴的结构简图及当量弯矩图可知截面C 处当量弯矩最大，是轴的危险截面。
MPa 20MPa 5
40.11814203e2e ≈×==W M σ 前面已查得[σ－1]=60MPa 。
因此σe ＜[σ－1]，故安全。
８．绘制轴的工作图（略）。