机械设计基础 06轴与轴毂联接
轴和轴毂连接课件
四、 轴毂联接
五、 轴的使用与维护
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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。
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。
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
高职《机械设计基础》轴和轴榖连接、教案
14.1.3 设计轴时要解决的主要问题 与其它零件一样,轴的设计包括两个方面的内容:
图 14-8
1)轴的结构设计:即根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工艺等方面的要求,合理确 定轴的结构形状和尺寸。 2)轴的工作能力设计:即从强度、刚度和振动稳定性等方面来保证轴具有足够的工作能 力和可靠性。对于不同机械的轴的工作能力的要求是不同的,必须针对不同的要求进行。但是 强度要求是任何轴都必须满足的基本要求。 设计轴时主要应该满足轴的强度要求和结构要求;对于刚度要求较高的轴(例如机床主 轴) ,主要应该满足刚度要求;对于一些高速旋转的轴(例如高速磨床主轴、气轮机主轴等) , 要考虑满足振动稳定性的要求,另外要根据装配、加工、受力等具体要求,合理确定轴的形状 和各部分的尺寸,即进行轴的结构设计。 同时应当注意:在转轴设计中,因为转轴工作时受到弯矩和转距的联合作用,而弯矩是 与轴上载荷的大小及轴上零件相互位臵有关的, 所以在轴的结构尺寸未确定之前, 轴上的载荷 的大小及分布情况以及支反力的作用点还不能确定, 无法求出轴锁承受的弯矩, 因此不能对轴
图 14-16
如图所示。 设计注意要点:为了减小对轴强度的削弱,常 采用细牙螺纹。为了防松,需加止动垫片或者使用 双螺母。 6) 弹性挡圈定位: 结构紧凑、 简单、 装拆方便, 但受力较小,且轴上切槽会引起应力集中,常用于 轴承的定位。 设计注意要点:轴上切槽尺寸见 GB894.1-86 7)其它:紧定螺钉、弹簧挡圈、锁紧挡圈等定 位,多用于轴向力不大的场合。且不适宜高速场合。
图 14-21 图 14-20 图 14-19
常与平键联合使用,以承受大的交变、振动和冲击载荷。 4)销联接 用于固定不太重要、受力不大,但同时需要周向或轴向固定的零件。
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)
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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。
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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。
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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。
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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
机械设计轴毂连接
轴
1 : 1 0 0
机械设计
五、花键联接
第六章 轴毂联接
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1、组成:内花键、外花键 2、类型: 齿形 矩形花键 渐开线花键
B
毂
毂 C
轴
轴
d
D
机械设计
第六章 轴毂联接
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3、定心方式:矩形——内径定心; 渐开线——齿面定心; 其它 定心 方式
4、特性: (1)齿对称布置,受载均匀; (2)齿浅,应力集中↓; (3)承载↑; (4)定心好; (5)可用于“动”、“静”; (6)渐开线较矩形根部↑, 承载↑, 定心精度高,宜用于 载荷大、尺寸大场合。
矩形花键、渐开线花键
花键联接的特点
受力均匀、齿根应力集中减小、对轴或轴毂的强度消弱小、 可承受较大的载荷、对中性好、导向性好。 缺点?
花键联接的应用
已经标准化。适用于定心精度要求高、载荷大或需要 经常滑移的联接。如:机床、农业机械、飞机、汽车等。
机械设计
第六章 轴毂联接
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键联接的用途: 键联接的用途:
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 键剪断
机械设计
第六章 轴毂联接
圆头:指状铣刀,应力集中大
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(3)结构形式
方头:盘状铣刀,应力集中小,紧定螺钉固定 一圆头一方头:指状铣刀,用于轴伸处
b)方头
c)一端圆头一端方头
机械设计
(4)特点
第六章 轴毂联接
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静联接,周向固定,传递转矩T;不能承受轴向力及轴向固定。 2、导向平键 动联接,键固定在轴上,毂可沿键移动。 3、滑键 承载能力:耐磨性。
二、键的选择
(宽度b、高度 按照轮毂的长度确定键长 宽度 、 h及键长 ) 及键长L) 及键长
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
轴和轴毂联接
①注意理论联系实际,学以致用,把知识学活。 ②注意本书内容的内在联系,抓住基本知识和设计两条主线。 ③实践性、工程性 ④本书的一些计算结果不具有唯一性。 ⑤注意重视结构设计。
二、课程任务
通过对本课程的学习,模具专业、汽车专业和非机械类专业的学生应达到以下基本要求: ①熟练掌握静力分析的基本理论和基本计算方法,零件承载能力的分析与计算方法,能解决日常生活和工作实 际中有关构件的强度计算等问题。 ②熟悉常用机构的结构特点、工作原理及应用等基本知识,并具有初步分析和设计常用机构的能力。
0.2 课程的性质和任务
一、课程性质
本课程是一门专业技术基础课,首先要综合运用先修课程如高等数学、普通物理、机械制图、金属工艺 学、金属材料及热处理等的基本知识,解决常用机构及通用零部件的受力分析和设计问题;其次,本课程的 理论性、实践性比较强,是后继专业课程学习的重要技术基础,是模具专业、汽车专业和非机械类专业的主 干基础课程之一。该课程在教学中起着承上启下的作用,是工程技术人员的必修课程。
轴和轴毂联接
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0.1 课程概述
一、 引言
➢在现代工业各领域内,广泛使用各种机械进行生产是最为主要的生产方式。 ➢机械的发展、新机器的诞生推动着工业革命的到来,推动着生产力的进步和社会的向前发展。 ➢制造业的发展水平高低是衡量一个国家生产力水平高低的重要标志之一。
➢在现代社会里,除机械制造行业外,在其他的工业行业(如采矿、冶金、化工、建筑等)中的近机械类 和非机械类的工程技术人员和管理人员,同样也要经常接触各种机械设备,并要处理许多与机械有关的 问题。 ➢掌握一定的机械方面的基本知识非常必要。
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。
机械设计基础 06轴与轴毂联接
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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
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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
d第六章 轴毂联接
第六章 轴毂连接
轴毂连接主要是实现轴和轴上零件的周向固定,有时 还可同时实现轴向固定。
由于楔紧时破坏了轴与轮毂的对中性, 因此仅适用于对中要求不高、载荷平稳 和低速的连接。
6.2花键连接
花键连接由具有多个沿周向均布的凸齿的外花键和有对应 凹槽的内花键组成。齿的侧面是工作面。花键按其齿形分为矩 形花键和渐开线花键两种。 优点是齿数较多且受力均匀,故承载能力大;齿槽较浅, 齿根应力集中较小,对轴和轮毂的强度削弱小;轴上零件与轴 的对中性、导向性好。 缺点是加工需专用设备和刀具、量具,成本较高。
6.1键连接
6.1.1 平键连接
工作原理:平键的两侧是工作面,上表面与轮毂键槽 底面间有间隙(如图),工作时靠轴槽、键及毂槽的 侧面受挤压来传递转矩。
常用的平键有普 通平键和导向平 键。
1.普通平键
基本结构:普通平键用于静连接,设计时,普通平键的宽度b 及高度h按轴径d从标准中查得,长度L按轮毂长度从标准中 查得,但应比轮毂长略短些。
一、圆柱面过盈连接
• 当过盈量不大时,一般用压入法装配, 即用轴向压力把轴直接压人毂孔中。这 种方法常因擦伤配合表而而减小过盈量, 从而降低连接的紧固性。 • 当过盈量较大时,常用温差法装配,即 加热轴上零件使毂孔扩大,冷却轴使轴 径缩小,从而使轴与孔间产生间隙进行 套装,待恢复正常温度,即能形成联接。 因装配时能避免擦伤配合表面,故连接 质量比压入法好。
300压力角:模数大,较矩形花键齿根较厚和齿根圆角较大, 应力集中较小,强度高,寿命长。 450压力角:齿数多、模数小,承载能力低,但对轴的削弱 小,常用于轻载小直径连接,特别适用于薄壁零件间的连接。
机械设计课件第六章轴毂连接
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 机械设计课件第六章轴毂连接第六章轴毂连接轴毂连接的功能,主要是实现轴与轴上零件(如齿轮、带轮等)的轴向固定并传递转矩,有些还能实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。
轴毂连接形式很多,如键连接、花键连接、过盈连接、销钉连接等。
本章主要讨论键连结和花键连接的类型,选择和计算,对其他形式的轴毂连接只作简单介绍。
6-1 键连接一、类型及特点:1 、键的作用键是种标准零件,通常用来实现轴与轴毂之间的轴向固定以传递转矩,有时也作导向零件用。
2 、分类及结构、特征:键连接的主要类型有:切向键联结。
楔键联结;半圆键联结;平键联结;((1 )、平键连接:平键是应用最广的键。
其横截面是正方形或矩形,键的两侧面是工作面,其顶面与轮毂上键槽的底面留有间隙。
工作时,靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩。
见 P100 图 6-1 a)所示。
按用途。
1 / 19平键分为:滑键。
薄型平键;导向平键;普通平键;①、普通平键:用于静连接,特点是:对中性好,安装方便。
按端部形状,普通平键有三种。
型)单圆头(型)平头(型)圆头(见图 6-1 b) ,c) ,d) 所示。
采用圆头或单圆头平键,轴上的键槽用端铣刀铣出,轴上键槽端部的应立集中较大;圆头平键在键槽中轴向固定良好,但键的头部侧面与轮毂上的键槽不接触,故键的圆头部分不能充分利用。
采用平头键时,轴上键槽用盘铣刀铣出,轴的应力集中较小。
对于尺寸大的键,用紧钉螺钉把键固定在轴上键槽中。
轮毂上的键槽一般用插刀或拉刀加工。
单圆头平键常用于轴端与轮毂的连接。
②、薄型平键薄型平键也有圆头、平头和半圆头之分。
标准薄型平键的高度约为普通平键的 60%~70%,所以传递转矩能力较低,适用空心轴、薄壁轮毂或只传递运动的轴毂连接。
高职《机械设计基础》轴和轴榖连接、教案解析
****职业技术学院教案所示。
阶梯轴便于轴上零件的拆装和定位。
则可以做成空心轴。
所以按轴的结构可以分为实心轴和空心轴,如图所示。
图14-1图14-2 图14-3图14-4图14-5图14-6图14-7图14-8 与其它零件一样,轴的设计包括两个方面的内容:图14-9由于轴工作时产生的应力多为变应力,所以轴的失效多为疲劳损坏,因此轴的材料应具有足够的疲劳强度、较小的应力集中敏感性和良好的加工性能等。
14.3.2 轴上零件的定位一、轴上零件的轴向定位轴上零件的定位和固定是两个不同的概念。
定位是针对装配而言的,为了保证准确的安装位置;固定是针对工作而言的,为了使运转中保持原位不变。
但二者之间又有联系,通常作为结构措施,既起固定作用尤其定位作用。
为了传递运动和动力,保证机械的工作精度和使用可靠,零件必须可靠地安装在轴上,不允许零件沿轴向发生相对运动。
因此,轴上零件都必须有可靠的轴向定位措施。
轴上零件的轴向定位方法取决于零件所承受的轴向载荷大小。
常用的轴向定位方法有以下几种。
1)轴肩与轴环定位方便可靠、不需要附加零件,能承受的轴向力大;该方法会使轴径增大,阶梯处形成应图14-10图14-11图14-12但由于套筒与轴之间存在间隙,所以在高速情图14-13工作可靠,能够承受较大的轴向力,应用广泛。
只用于轴端零件轴向定位。
需要图14-14图14-15固定可靠,可以承受较大的轴向力,能实现轴上图14-16图14-17图14-18图14-20适用于传递转矩较大,对中性要求较高或零件在轴上移动时要求导向性良好的场合。
图14-19图14-21 用于固定不太重要、受力不大,但同时需要周向或轴向固定的零件。
****职业技术学院教案图14-22图14-23的轴段,应留有退刀槽,以保证螺纹牙均能达到与其期的高度(如图)。
为了便于加工和检验,轴的直径应取为圆整值;与滚动轴承相配合的轴颈直径应符合滚图6-24图14-25该小于螺纹小径;轴上零件(如齿轮、带轮、联轴器)的轮毂宽度大于与其配合的轴段长度;轴的基本形状确定之后,换需要按照工艺的要求,对轴的结构细节进行合理设计,从而可以采用凹切圆角或肩环结构等。
第六章 轴毂连接
根据用途,平键又可分为 普通平键 导向平键 滑键
普通平键与轮毂上键槽的配合较紧,属静连接。 导向平键和滑键与轮毂的键槽配合较松,属动连接。 普通平键应用极为广泛。 轴上键槽可用指状铣刀或盘状铣刀加工,轮毂上的键槽可用插 削或拉削。
1.普通平键
键的选择和强度校核 1.键的尺寸选择
键联接4
平键的尺寸主要是键的截面尺寸b×h及键长 L。 b×h根据轴径d由标准中查得,键的长度参考轮毂 的长度确定,一般应略短于轮毂长,并符合标准中规 定的尺寸系列。
销的材料为35、45钢(开口销为低碳钢),许用应力[τ]=80MPa,许用 挤压应力[σp]与键联接的挤压应力相同。
三、其它连接
一轮毂与轴用平键联接,轴的直径为 φ 58 mm,轮毂宽度为 100mm,键的尺寸为:b=16mm,h=10mm,L=90mm, k=h/2=5mm,采用A形平键,试设计此键连接。
6.2.1 矩形花键连接
6.2.2 渐开线花键
无键连接
一、型面连接 型面联接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与相同轮廓的毂孔配合 以传递运动和转矩的可拆联接,它是无键联接的一种型式。
由于型面连接要用到非圆形孔,以前因其加工困难,限制了型面联接 的应用。 在家用机械、办公机械等中,采用了大量的压铸、注塑零件。要注塑 出各种各样的非圆形孔是毫无困难的,故型面联接的应用获得了发展。应 用较多的是带切口圆形和正六边形型面。
2.导向平键连接
导向平键用于动连接
导向平键连接主要失效形式是工作面的磨损
导向平键连接的强度条件为:
p=
2T ≤ [ p] kld
式中: k
≈
h 2
b l = L− (单圆头平 2
键)
l = L − b (圆头平键) l=L (平头平键)
《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
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图6.12 轴的组成
●
6.2.2 轴上零件的轴向固定
表6-2 轴上零件的轴向固定方法
序号 固定方法 简 图 特点及应用
固定简单可靠,不需要附加零件, 能承受较大轴向力。广泛应用于 各种轴上零件的固定。但这种方 法会使轴径增大,阶梯处形成应 力集中。为了使轴上零件与轴肩 贴合,轴上圆角半径r应小于零件 毂孔的圆角半径R或倒角高度C, 同时还须保证轴肩高度 大于零件 毂孔的圆角半径R或倒角 高度C。 一般取轴肩高度~~,轴环宽度 简单可靠,简化了轴的结构且不 削弱轴的强度。常用于轴上两个 近距离零件间的相对固定,不宜 用于高速转轴为了使轴上零件与 套筒紧紧贴合,轴头应较轮毂长 度短1mm~2mm 固定可靠,可承受较大的轴向力, 能实现轴上零件的间隙调整。用 于固定轴中部的零件时,可避免 采用过长的套筒,以减轻重量。 但轴上须切制螺纹和退刀槽,应 力集中较大,故常用于轴端零件 固定。为减小对轴强度的削弱, 常用细牙螺纹。为防止松动,须 加止动垫圈或使用双螺母
min
1. 稳定循环变应力
如图6.1所示,稳定循环变应力的主要参数有:应力幅、 平均应力 、变应力循环特征、最大应力和最小应力。
图6.1 稳定循环变应力
从图中可知
min max
max min
2
(6.1)
m
a
max min
2
(6.2) (6.3)
● 6.1.2
轴的分类
按照承受载荷的不同对轴进行分类
2. 心轴
通常指只承受弯矩而不承受转矩的轴。心轴按其是否转 动可分为转动心轴和固定心轴。如图6.10(a)所示为车辆 的转动心轴;如图6.10(b)所示为自行车前轮的固定心轴。 在静载荷作用下,固定心轴产生静应力,转动心轴产生 对称循环变应力
(a) 转动心轴
(b) 固定心轴
图6.10 心轴
● 6.1.2
轴的分类
按照承受载荷的不同对轴进行分类
3. 转轴
既承受弯矩又承受转矩的轴。转轴在各种机器中最为常 见。如齿轮轴。图6.11所示齿轮减速器中的轴都是转轴。
图6.11 转轴
● 6.1.3 轴的材料
由于轴工作时产生的应力多为变应力,所以轴的失效多 为疲劳损坏,因此轴的材料 应具有足够的抗疲劳强度、较 小的应力集中敏感性和良好的加工性。轴与滑动轴承发生相 对运动的表面应具有足够的耐磨性。轴的常用材料是碳素钢、 合金钢、球墨铸铁和高强度铸铁。
第6章 轴与轴毂联接
● 6.1 轴的分类与轴的材料
● 6.1.1 稳定循环变应力
● 6.1.2 轴的分类 ● 6.1.3 轴的材料
● 6.2 轴的结构设计
● 6.2.1 轴的各部分名称 ● 6.2.2 轴上零件的轴向固定 ● 6.2.3 各轴段直径和长度的确定 ● 6.2.4 影响轴结构的一些因素
● 6.3 轴的强度计算
● 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
合理布置轴上零件可以改善轴的受力状况。在图6.14(b) 中,大齿轮和卷筒联成一体,转矩经大齿轮直接传给卷筒, 故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩,在起重同样载荷W时, 轴的直径可小于图6.14(a)的结构。
(a) 齿轮和卷筒分开布置 (b) 齿轮与卷筒联成一体
● 6.3.1 传动轴的强度计算 ● 6.3.2 心轴的强度计算 ● 6.3.3 转轴的强度计算与设计过程
第6章 轴与轴毂联接
● 6.4 轴 毂 联 结
● 6.4.1 键联接的类型
● 6.4.2 普通平键联接的设计过程 ● 6.4.3 花键联接
● 6.4.4 轴上零件周向固定的其他方法
● 本章小结 ● 本章实训
(a) 轴上设卸载槽 (b) 轮毂上设卸载槽
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
● 6.1 轴的分类与轴的材料
轴是组成机器的重要零件之一。用于支承作回转运动或 摆动的零件,使其有确定的工作位置。它的结构和尺寸是 由被它支承的零件和支承它的轴承的结构和尺寸决定的, 轴是重要的非标准零件。
● 6.1.1
稳定循环变应力
稳定循环变应力是指应力变化周期、应力幅和平均应力 都不随时间发生变化的应力;若应力变化周期、应力幅和平 均应力中至少有一个是随时间发生变化的即为非稳定循环变 应力。
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。
● 6.2.3 各轴段直径和长度的确定
2. 各轴段长度应满足的要求
轴的各段长度主要是根据得到轴上零件的轴向尺寸及轴系结 构的总体布置来确定,设计时应满足的要求是: (1) 轴与传动件轮毂相配合的部分(图6.12中④和⑦)的长度, 一般应比轮毂长度短2mm~3mm,以保证传动件能得到可靠 的轴向固定。轮毂长~。 (2) 安装滚动轴承的轴颈长度取决于滚动轴承的宽度。 (3) 其余段的轴径长度,可根据总体结构的要求(如零件间的相 对位置、拆装要求、轴承间隙的调整等)在结构设计中确定。
(a) 不合理的布置方案
(b) 合理的布置方案
图6.15 轴的两种方案布置比较
● 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
当应力集中不可避免时,应采取减少应力集中的措施,如 适当增大阶梯轴轴肩处圆角半径、在轴上或轮毂上设置卸 载槽安全[如图6.16(a)、图6.16(b)所示]等。由于轴上零件 的端面应与轴肩定位面靠紧,使得轴的圆角半径常常受到 限制,这时可采用凹切圆槽[如图6.16(c)所示]或过渡肩环 [如图6.16(d)所示]等结构。
2. 几种特殊的稳定循环变应力
1) 对称循环变应力(如图6.2所示)
图6.2 对称循环变应力
a max min
m 0
1
2. 几种特殊的稳定循环变应力 2) 脉动循环变应力(如图6.3所示)
图6.3 脉动循环变应力
a m max 2
min 0
(a) 砂轮越程槽 (b) 螺尾退刀槽 图6.13 砂轮越程槽与螺尾退刀槽
● 6.2.4 影响轴结构的一些因素
2. 轴的装配工艺性
为使轴具有良好的装配工艺性,常采取以下措施: (1) 为了便于轴上零件的装拆和固定,常将轴设计成阶梯形如 图6.12为图6.2中高速级齿轮轴的简图,轴上装有联轴器和 齿轮,并用滚动轴承支承。如果将轴设计成光轴,虽然便 于加工,但轴上齿轮装拆困难,而且齿轮和联轴器的轴向 位置不便于固定。因此,可设计成如图6.12所示的阶梯轴。 (2) 为了便于装配,轴端应加工出45°或30°()倒角,过盈配 合零件装入端常加工出导向锥面。
● 6.2.4 影响轴结构的一些因素
1. 轴的加工工艺性
为使轴具有良好的加工工艺性,应注意以下几点: (1) 轴直径变化尽可能小,并尽量限制轴的最小直径与各段直 径差,这样既可以节省材料又可以减少切削加工量。 (2) 轴上有磨削或需切螺纹处,应留砂轮越程槽和螺纹退刀槽, 如图6.13所示,以保证加工完整。 (3) 应尽量使轴上同类结构要素(如过渡圆角、倒角、键槽、越 程槽、退刀槽及中心孔等)的尺寸相同,并符合标准和规 定;如数个轴段上有键槽,应将它们布置在同一母线上, 以便于加工。
0
2. 几种特殊的稳定循环变应力 3) 静应力
图6.4 静应力
max min m
a 0
1
静应力可看作变应力的特例
● 6.1.2
轴的分类
轴的分类方法很多。按照轴线形状轴可分为直轴(如图6.5所示)、 曲轴(如图6.6所示)和软轴(如图6.7所示)
图6.5 直轴
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。
● 6.2 轴的结构设计
轴的结构设计就是根据轴的受载情况和工作条件 确定轴的形状和全部结构尺寸。
轴结构设计的总原则是:在满足工作能力的前提 下,力求轴的尺寸小,重量轻,工艺性好。
●
6.2.1 轴的各部分名称
如图6.12所示。轴上被轴承支承部分称为轴颈(①和⑤处); 与传动零(带轮、齿轮、联轴器)轮毂配合部分称为轴头(④和⑦ 处);联接轴颈和轴头的非配合部分叫轴身(⑥处)。阶梯轴上直 径变化处叫做轴肩,起轴向定位作用。图中⑥与⑦间的轴肩使 联轴器在轴上定位;①与②间的轴肩使左端滚动轴承定位。③ 处为轴环。