轴和轴毂连接
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轴和轴毂联接
结构 轴——花键轴：沿轴向均布 多个键齿(外花键)
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
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
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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53
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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50
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。
第六章 轴与轴毂联接
轴的设计
第六章 轴及轴毂连接
二、初定轴径 （一）、类比法
参考同类机型，比较轴传递的功率、转速和工作条件 等初步确定轴的直径。
（二）、按扭转强度计算 dmin
T=9.55×106P/n τ T=T/w T N.mm w T ≈0.2d3
6
P 9.55 × 10 n ≤ [ τ ] MPa τ T= T 3 0 .2 d
d 2 = 1.7 d1 = 1.7 × 20 = 34mm
即d2＝34mm时与d1 等强度。 而今， d2＝60mm 故低速轴强度高。
第六章 轴及轴毂连接
那 根 轴 最 粗 ？
Ⅰ
Ⅱ
Ⅳ
Ⅲ
第六章 轴及轴毂连接
三、轴的强度计算 （一）确定支点和力作用点之间尺寸 几点假设：
1） 支点选择在轴承宽的中点。 2）带轮、齿轮等承受的载荷看成集中载荷，载荷作用在轮宽中点。 3）旋转零件之间、旋转零件与静止零件之间的距离由经验公式选取， 通常选取10～15mm。
（二）、半圆键
多用于轴端锥面 的辅助连接。传递较小的载 荷。
第六章 轴及轴毂连接
（三）、斜键
1:100 工作面
1:100的斜度。工作面为上下面。
1:100
普通斜键
钩头斜键
普通斜键：工作时打紧，靠上下面摩擦传递扭矩，并可传递单向轴向力； 特 点 ：适用于低速轻载、对中性较差，转动精度要求不高的场合。变载下易松 动。钩头只用于轴端连接，如轮子在中间，使用普通斜键，且键槽应比键长2倍才 能装入。且要装安全罩 。
第六章 轴及轴毂连接
9.55 × 10 6 P ⋅ d≥3 0.2[τ T ] n 9.55 × 10 6 令：A 0 = 3 0.2[τ T ] d ≥ A0
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
机械基础(高职高专)第6章轴和轴毂连接
圆心摆动， 以适应轮毂上键槽的斜度，安装方便。常用与锥形 轴端与轮毂的联接。
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
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
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
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
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
机械设计基础 06轴与轴毂联接
8
销联接
结构简单，但轴的应力集中较大，用于受力不大，同时需要轴 向和周向固定的场合
● 6.2.3 各轴段直径和长度的确定
1. 轴径的确定原则
(1) 轴头的直径取标准尺寸(见表6-3)。 (2) 安装滚动轴承的轴颈，应按滚动轴承标准规定的内孔直径 选取。 (3) 定位轴肩，其高度按表6-2给定的原则确定；非定位轴肩 是为了便于轴上零件的安装而设置的工艺轴肩(如图6.12中轴 段⑤与轴段⑥间的轴肩)，其高度可以很小，一般取1mm～ 2mm即可。 滚动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈端面厚度(见表6-2 中的序号3中的图)，以便于轴承的拆卸，具体数值查相应的 轴承标准。 (4) 轴中装有过盈配合零件时(图6.12中的轴段⑤)，该零件毂 孔与装配时需要通过的其他轴段(轴段⑥、轴段⑦)之间应留有 间隙，以便于安装。
图6.14 起重机卷筒图
● 6.2.4 影响轴结构的一些因素
3. 改善轴的受力状况，减小应力集中
再如图6.15中，给定轴的两种布置方案，当动力从几个轮输 出时，为了减少轴上载荷，应将输入轮布置在中间[如图 6.15(b)所示]，这时轴的最大转矩为T1－T2，而在图6.15(a) 中最大转矩为T1。
5
弹性挡圈
结构简单紧凑，装拆方便，但轴向承受力较小，且轴上切槽将 引起应力集中。可靠性差，常用于轴承的轴向固定。轴用弹性 挡圈的结构尺寸见GB/T 894.1—1986
6
轴端挡板
适于心轴轴端零件的固定，只能承受较小的轴向力
7
挡环、 紧定螺钉
挡环用紧定螺钉与轴固定，结构简单，但不能承受大的轴向力 紧定螺钉适用于轴向力很小、转速很低或仅为防止偶然轴向滑 移的场合。同时可起周向固定的作用
图6.6 曲轴
《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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15
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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16
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
第5章轴毂联接
确定实验目的和方案
明确实验目标，设计实验方案，包括实验装 置、试样制备、实验条件等。
安装与调试实验装置
搭建实验装置，进行调试和校准，确保实验 装置的准确性和稳定性。
制备试样
根据实验方案制备轴毂联接试样，确保试样 的质量和精度符合实验要求。
进行实验
按照实验方案进行实验操作，记录实验数据 ，包括载荷、变形、温度等参数。
考虑轴毂联接所处的工作环境，如温度、湿度、腐蚀等因素， 选择相应的材料和防护措施。
根据轴毂联接的安装和拆卸频率及要求，选择合适的联接方式 和紧固件。
在满足使用要求的前提下，尽量选择成本较低的联接方式和材 料。
优化设计策略探讨
结构优化
通过改进轴毂联接的结构设计 ，如采用轻量化设计、减少应 力集中等措施，提高联接的强
第5章轴毂联接
汇报人：XX
目录
• 轴毂联接基本概念与分类 • 键联接 • 销联接 • 过盈联接 • 轴毂联接设计计算与选型 • 轴毂联接实验与性能评价
01
轴毂联接基本概念与 分类
定义及作用
轴毂联接定义
轴毂联接是指轴与毂之间的连接 ，用于传递扭矩和承受载荷。
轴毂联接作用
实现轴与毂之间的可靠连接，保 证机械传动的正常运行。
THANK YOU
性能评价指标体系建立
载荷性能指标
包括最大载荷、许用载荷等，用于评 价轴毂联接的承载能力。
变形性能指标
包括刚度、变形量等，用于评价轴毂 联接的抵抗变形能力。
耐久性能指标
包括疲劳寿命、耐磨损性等，用于评 价轴毂联接的长期使用性能。
可靠性指标
包括失效概率、可靠性寿命等，用于 评价轴毂联接的可靠性水平。
实验结果分析与讨论
明确实验目标，设计实验方案，包括实验装 置、试样制备、实验条件等。
安装与调试实验装置
搭建实验装置，进行调试和校准，确保实验 装置的准确性和稳定性。
制备试样
根据实验方案制备轴毂联接试样，确保试样 的质量和精度符合实验要求。
进行实验
按照实验方案进行实验操作，记录实验数据 ，包括载荷、变形、温度等参数。
考虑轴毂联接所处的工作环境，如温度、湿度、腐蚀等因素， 选择相应的材料和防护措施。
根据轴毂联接的安装和拆卸频率及要求，选择合适的联接方式 和紧固件。
在满足使用要求的前提下，尽量选择成本较低的联接方式和材 料。
优化设计策略探讨
结构优化
通过改进轴毂联接的结构设计 ，如采用轻量化设计、减少应 力集中等措施，提高联接的强
第5章轴毂联接
汇报人：XX
目录
• 轴毂联接基本概念与分类 • 键联接 • 销联接 • 过盈联接 • 轴毂联接设计计算与选型 • 轴毂联接实验与性能评价
01
轴毂联接基本概念与 分类
定义及作用
轴毂联接定义
轴毂联接是指轴与毂之间的连接 ，用于传递扭矩和承受载荷。
轴毂联接作用
实现轴与毂之间的可靠连接，保 证机械传动的正常运行。
THANK YOU
性能评价指标体系建立
载荷性能指标
包括最大载荷、许用载荷等，用于评 价轴毂联接的承载能力。
变形性能指标
包括刚度、变形量等，用于评价轴毂 联接的抵抗变形能力。
耐久性能指标
包括疲劳寿命、耐磨损性等，用于评 价轴毂联接的长期使用性能。
可靠性指标
包括失效概率、可靠性寿命等，用于 评价轴毂联接的可靠性水平。
实验结果分析与讨论
第十九章轴、轴毂连接及连轴器
钢制轴的毛坯多用轧制圆钢和锻钢。
? 1．碳素钢
碳素钢较合金钢价廉，对应力集中的敏感性 较小，故应用较广。常用的有 30、35、40、 45和50等优质碳素钢，其中 45钢最为常用。为 改善其机械性能，常进行调质或正火处理。滑动 轴承的支承轴颈部分应进行表面淬火以提高其耐 磨性。
? 对于受力较小和不重要的轴可用 Q235等普通 碳素钢。
? 与轴承相配合的轴段称为轴颈，与被支承零 件配合的轴段称为轴头，连接轴头与轴颈的 轴段称为轴身。
轴上被支承零件的轴向定位与固定是借助于轴环或 轴肩与其它固定零件配合实现的。 轴上不起定位作用但方便于零件的装拆的轴肩称为非 定位轴肩，当相邻两段轴径相差较大 时宜采用锥柱面过渡。轴环定位方便可靠，通常用于 受轴向力较大的零件的轴向定位；一 般轴肩定位不能承受较大的轴向力而主要起定位作用。
? 与滚动轴承配合处的轴肩结构与轴 承类型 有关，当受有轴向力采用向心推力轴承时，要 求定位面紧密相靠贴，为保证配合要求采用磨 削加工时须留有砂轮越程糟。以上结构见图定 位轴肩相关尺寸与非定位轴肩自由表面过渡圆 角半径须查手册确定。滚动轴承轴肩的圆角半 径另有规定须查手册确定。
套筒定位．图适用于零件间距离较 短的场合。当无法采用套筒或套筒过 长时宜采用圆螺母与止推垫片固定图a 或双圆螺母固定图b。用上述各种方法 定位时，轮毂宽度均应略大于配合轴 段的长度，以保证定位侧面相互紧靠。 加工螺纹部分应留有退刀槽。
对于转轴，可利用上述公式初步估算轴的最小直径 dmin然后进行轴的结构设计，初步确定轴的几何形 状和尺寸。
二、轴的弯扭合成强度计算
轴的结构初步确定后，这时轴的支承跨 距和轴上载荷的大小，方向及作用点的位 置和载荷种类均已确定，然后进行轴的受 力分析，按照弯扭合成强度计算轴的危险 断面(有时是几个危险断面)的直径，一般 计算顺序如下
? 1．碳素钢
碳素钢较合金钢价廉，对应力集中的敏感性 较小，故应用较广。常用的有 30、35、40、 45和50等优质碳素钢，其中 45钢最为常用。为 改善其机械性能，常进行调质或正火处理。滑动 轴承的支承轴颈部分应进行表面淬火以提高其耐 磨性。
? 对于受力较小和不重要的轴可用 Q235等普通 碳素钢。
? 与轴承相配合的轴段称为轴颈，与被支承零 件配合的轴段称为轴头，连接轴头与轴颈的 轴段称为轴身。
轴上被支承零件的轴向定位与固定是借助于轴环或 轴肩与其它固定零件配合实现的。 轴上不起定位作用但方便于零件的装拆的轴肩称为非 定位轴肩，当相邻两段轴径相差较大 时宜采用锥柱面过渡。轴环定位方便可靠，通常用于 受轴向力较大的零件的轴向定位；一 般轴肩定位不能承受较大的轴向力而主要起定位作用。
? 与滚动轴承配合处的轴肩结构与轴 承类型 有关，当受有轴向力采用向心推力轴承时，要 求定位面紧密相靠贴，为保证配合要求采用磨 削加工时须留有砂轮越程糟。以上结构见图定 位轴肩相关尺寸与非定位轴肩自由表面过渡圆 角半径须查手册确定。滚动轴承轴肩的圆角半 径另有规定须查手册确定。
套筒定位．图适用于零件间距离较 短的场合。当无法采用套筒或套筒过 长时宜采用圆螺母与止推垫片固定图a 或双圆螺母固定图b。用上述各种方法 定位时，轮毂宽度均应略大于配合轴 段的长度，以保证定位侧面相互紧靠。 加工螺纹部分应留有退刀槽。
对于转轴，可利用上述公式初步估算轴的最小直径 dmin然后进行轴的结构设计，初步确定轴的几何形 状和尺寸。
二、轴的弯扭合成强度计算
轴的结构初步确定后，这时轴的支承跨 距和轴上载荷的大小，方向及作用点的位 置和载荷种类均已确定，然后进行轴的受 力分析，按照弯扭合成强度计算轴的危险 断面(有时是几个危险断面)的直径，一般 计算顺序如下
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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。
14.3.1 键连接
导向平键和滑键（用于动联接） 导向平键和滑键用于动联接。当轮毂需要在轴上沿轴向移 动时可采用这种键联接。 当被联接零件滑移距离较大时，宜采用滑键。
14.3.1 键连接
三、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
观看楔键的安装
14.3.1 键连接
四、切向键 由两个斜度为1:100的楔键组成。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°～135°角的两个键。
14.2 轴的结构设计
轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退刀槽
为使轴便于装配，轴端应有倒角(一般450）；过盈配合零件的装入端应加工出导向锥面；
14.2 轴的结构设计
【结构示例1】 结构改错
无非定位轴肩 套筒太高 ④ ① 无键连接 ③ ⑤ 轴向定位不确定 轴环太高 ② 无定位轴肩 ⑥ ⑦ 无键连接 ⑧ 无调整垫片 ⑨
Ø 轴头：轴和旋转零件的配合部分 Ø 轴颈：轴和轴承配合的部分 Ø 轴身：连接轴颈与轴头部分 Ø 轴肩(轴环)：轴的直径变化所形 成的阶梯处，起轴向定位作用
14.2 轴的结构设计
二、 轴结构设计的基本要求
n轴设计时所要解决的主要问题： 1、结构问题—确定轴的形状和尺寸； 2、强度问题—防止轴发生疲劳断裂； 3、刚度问题—防止轴发生过大的弹性变形； 4、振动稳定性问题—防止轴发生共振。 n对轴的结构基本要求： （1）轴和装在轴上的零件要有准确而可靠的 工作位置（定位和固定要求）； （2）轴要便于加工，有良好的加工和装配工 艺性，轴上的零件应便于装拆和调整（工艺性 要求） （3）轴上零件布置合理，受力合理，利于提 高强度和刚度（强度和刚度要求）。
一、平键连接 平键的两侧面是工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传 递扭矩，两侧面为工作面。结构简单，制造容易、装拆方便，对 中性较好，用于传动精度要求较高的场合。。 根据用途，平键又可分为 Ø普通平键 Ø导向平键和滑键 普通平键应用极为广泛。
14.3.1 键连接
普通平键 普通键按端部形状的不同可分为圆头（A型）、方头 （B型）、半圆头（C型）三种，具体结构如下图：
ü阶梯轴－便于轴上零件的拆装，在机器中的应用最为广泛 。 2.曲轴 ：轴的轴线为平面直线或空间直线，通常利用这些折 线形成曲柄。这类轴加工较为复杂，在汽车等行业应用较多。 3.挠性轴：轴的轴线为平面曲线或空间曲线，通常用在较为 复杂环境，以传递扭矩。例如管道清理机、医疗器械以及摩 托车等。
14.1 概述
第14章 轴和轴毂连接
§14.1 概述 §14.2 轴的结构设计 §14.3 轴毂联接
14.1 概述
一、轴的功用
v轴：轴是机器中的重要零件之一。它的主要功用是支承旋转的机械零件
（如齿轮、带轮等），并传递运动和动力。轴本身要用轴承支承。
14.1 概述
二、轴的分类 一）按轴的轴线形状不同分类
1.直轴 ：轴的轴线为直线，这类轴加工方便，最为常用。 根据需要可制成空心轴(质量轻，中空部分可用作供料或润 滑油等通道，但制造成本高) ü光轴－形状简单，应力集中少，但轴上零件不易装配和定位。
导向平键
滑 键
14.3.1 键联接
平键的尺寸
标记示例：键 16×100 GB1096-79（圆头普通平键A型, b=16, h=10, L=100）
14.3.1 键连接
二、半圆键联接 半圆键的两个侧面为半圆形，放置在半圆形的轴槽内。工作 时靠两侧面受挤压传递转矩，键在轴槽内绕其几何中心摆动， 以适应轮毂槽底部的斜度，装拆方便，但对轴的强度削弱较大， 主要用于轻载场合。
装配方案比较
14.2 轴的结构设计
1、轴上零件的布置
是否具有合理性（外形、结构、尺寸、受力状况、选材、轴的强度等）
14.2 轴的结构设计
2.轴上零件的轴向定位与固定
1）轴肩与轴环定位
（1）定位轴肩：高度h=（0.07-0.1）d （2）轴上零件为滚动轴承时:轴肩高度<轴承内圈高度; （3）非定位轴肩:高度h=(1-2)mm。 （4）轴肩处的圆角半径r—应小于R或倒角尺寸C，以免零件端面无法与轴肩端面相接触。 5）轴头长度L比轮毂长度长1-2mm。
无轴端挡圈
14.3 常用轴的结构
【结构示例2】 结构设计
轴上零件装拆方案不同，轴的结构形式也不一样。
方案一
方案二
【结构示例3】
结构设计
轴的零件图
14.3 轴毂连接
n常用的轴毂连接有键联接、花键连接等。 n轴毂连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
14.3.1 键连接