轴和轴毂联接

• 2）、轴上零件的周向固定：
• 为了传递运动和扭矩，防止轴上零件与轴作相 对转动，
• 周向固定是通过轴与轮毂之间的连接来实现的。 常用的周向固定方法有键、销和过盈配合等连 接，其中以键和花键联接应用最广。
• 此外，采用紧钉螺钉和圆锥销，可以同时起到 轴向固定和周向固定的作用，
① 轴肩
轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩两类。
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。
§9-1 轴的类型和材料
轴的主要功用
轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传 动零件（如齿轮、蜗轮等）都必须安装在轴上才能进行 运动和动力的传递。因此轴的主要功用为：
① 支承回转零件 ② 传递运动和动力
一、轴的分类
① 按所承受载荷分为转轴、传动轴和心轴
转轴：既承受弯矩 M 又承受扭矩T ， 如齿轮减速器 中的轴； 心轴：只承受弯矩 M 而不承受扭矩 T ， 如铁路车轮轴、 自行车前轴。 传动轴：只承受扭矩T 而不承受弯矩 M 或弯矩很小， 如汽车传动轴；
三、轴结构设计中需解决的几个主要问题
1．拟定轴上零件的装配方案 2．轴上零件的定位和固定 3．各轴段直径和长度的确定 4．提高轴的强度的常用措施 5. 轴的结构工艺性
1 拟订轴上零件的装配方案
拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提，它决 定着轴的基本形式。
装配方案包括：轴上主要零件的装配方向、装配顺序和相互关系。
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。
P n
[T ]
实心轴的直径为：
9550103 P 9550103
d 3
3
3
P C3
P
0.2[T ] n
0.2[T ] n
n
为了计及键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径
有一个键槽 轴径增大4%
有两个键槽 轴径增大7%
2． 按弯扭合成强度条件计算
此方法适用于转轴的强度计算 通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸、轴上零件的位置以及外 载荷和支反力的作用位置均已确定，轴上的载荷（弯矩和扭矩） 已可以求得，因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。
零件的圆角半径R 轴肩的圆角半径r r < R
h
零件的倒角C r < C 轴肩的圆角半径r h > C
b≈1.4h b和h值查滚动轴承标准
h C
结构不合理！
结构不合理！
非定位轴肩 为加工装配方便设定，高度及过 渡部位无特殊要求，但不应引起应力集中，高度 取1～2mm。
⑥
③
④
Ⅰ
Ⅱ
ⅢⅣ Ⅴ
Ⅵ
套筒 对轴上零件起固定作 用。常用于近距离的 两个零件间的固定。
轴各段长度的确定
轴的各段长度主要是根据轴上零件的宽度及 它们的相对位置来确定。
各轴段长度的确定
轴的各段长度主要根据轴上零件的宽度及它们的相对位置wenku.baidu.com定。 ①各轴段与其上相配合零件宽度相对应
1-轴端档圈；2-V带轮；3-轴承盖；4-滚动轴承；5-套筒；6-平键；7-齿轮
②为了保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配合部 分的轴段长度一般应比轮毂长度短2 ~ 3mm。
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
• 直轴一般都制成实心轴，但为了减少重量或为了满足有些机器 结构上的需要，也可以采用空心轴。
曲轴：通过连杆可将旋转运动转化为直线运动或将直线运动转 化为旋转运动。如汽车发动机曲轴。 此外，还有一种钢丝软轴(钢丝挠性轴)，它由多组钢丝 分层卷绕而成，可以把回转运动灵活地传到任何位置。
光轴 阶梯轴
曲轴 — 常用于往复式机械中
一、概述
9-2 轴的结构设计
轴的结构设计包括：定出轴的合理外形和全部结构尺寸。
轴的结构应满足以下要求：
1）. 轴要便于加工，轴上零件要易于装拆（制造安装 要求） 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）. 尽量减少应力集中 。
名词术语
轴颈：轴上与轴承配合的部分； 轴头：轴上安装传动件轮毂的部分； 轴身：连接轴颈和轴头的部分； 轴肩：阶梯轴上截面变化处叫做轴肩，轴肩分定位轴肩和非定 位轴肩。 轴环：阶梯轴上中间高两边低，且轴向尺寸较小的轴段，称为 轴环，轴环可以起定位的作用。
1）将轴做成中间大两头小的阶梯形，便于轴上零 件可以从轴的两端装入。
2）为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒
角。
3）需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽。 4）需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。
车削
磨削
车螺纹
砂轮越程槽
退刀槽
5）轴上有多处键槽时，应将键槽开在同一直 线上，并采用同一规格的键槽截面尺寸。
B=A+2C
3.轴承在轴承座孔中位置的确定
Δ 值尽量小 减小支点距离
油润滑时 Δ= (3~8)mm
脂润滑时 Δ= (10~15)mm
4.轴的外伸长度的确定
(1)当轴端安装弹性 (2)当使用凸缘式轴
套柱销联轴器时
承盖时
K值由联轴器的型 号确定
K值由联接 螺栓长 度确定
(3)当轴承盖与轴端 零件都不需拆卸时, 一般取
定位轴肩
①
Ⅰ
②
Ⅱ
①
②
轴承定位轴肩 齿轮定位轴肩
⑤
ⅢⅣ Ⅴ
Ⅵ
⑤
半联轴器定位轴肩
定位轴肩特点： a. 方便可靠 b. 能承受较大的轴向力 c. 使轴径增大，阶梯处形成应力集中 d. 轴肩过多时，将不利于加工。
设计时注意：
a. 滚动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈高度， 以便拆卸轴承。
b、为保证轴上零件紧靠轴肩，应使：轴肩的圆 角半径r必须小于相配零件的圆角半径R或倒角C。 轴肩高也必须大于R或C
设计时注意： a. 如两零件的间距较大时，不宜采用套筒定位。 b. 如轴的转速很高时，也不宜采用套筒定位。
③ 圆螺母：
可承受较大的轴向力，但因切制螺纹而易引起应力集 中，降低轴的疲劳强度
主要用于轴端或轴上两零件间距较大时。
双圆螺母
轴端挡圈
用于固定 轴端零件，能 承受较大的轴 向力。
2～3
l
注意：
⑥ 轴承没定位
⑦ 轴向定位不确定 ⑧ 轴承用错或装错 ⑨ 无调整垫片
⑩ 端盖端面无凹坑加工量大
轴环太高
轴向定位不确定 无螺纹退刀朝槽 轴承配合不利
套筒太高 键槽太长
键槽位置 不对
5. 各轴段直径和长度的确定
各轴段直径的确定
◆ 首先按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径 dmin；
因还不知道支反力的作用点，不能决定弯矩的大小 与分布情况，故按轴所受的扭矩初步估算轴所需的直径。 ◆ 从最小直径处逐一确定阶梯轴的直径和长度。在某 些情况下，也可凭经验或参考同类机器用类比法来确定。
• 注意： • ◆ 有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径； • ◆ 非配合直径允许采用非标准值，但是最好取成整
数； • ◆ 安装标准件的轴径，应按相应标准要求确定； • ◆ 有配合要求的零件要便于装拆； • ◆ 应保证轴上零件能可靠的轴向固定； • ◆ 轴上螺纹部分的直径必须符合螺纹的国家标准，
车制螺纹的轴段应有退刀槽。
转轴
传动轴
只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小的轴。
转动心轴
固定心轴
② 按轴线形状可分为直轴、曲轴
• 直轴按外形不同又可分为光轴和阶梯轴。
• 光轴形状简单，应 力集中少，易加工，但轴上零件不易装配 和定位，常用于心轴和传动轴。
• 阶梯轴各轴段截面的直径不同，这种设计使各轴段的强度相近， 而且便于轴上零件的装拆和固定，因此阶梯轴在机器中的应用 最为广泛。
计算步骤如下：
① 作出轴的计算简图 ② 轴的弯矩与扭矩分析
③ 校核轴的强度 轴的弯扭合成强度条件为：
e
Me W
M 2 (aT )2 1 d 3
M 2 (aT )2
6）轴径相近处的圆角、倒角、键槽等尺寸应一致。
轴系结构改错
四处错误
正确答案
三处错误
正确答案
错误
1.左侧键太长， 套筒无法装入
2.多个键应位 于同一母线上
请请完选成择如齿图轮所的示装的配轴方系向设计。
⑨
⑩ ① ②④ ⑤ ⑦
③
⑧ ⑥
① 无定位轴肩 ② 端盖无密封
③ 键槽太长
④ 无非定位轴肩 ⑤ 套筒太高
合金钢—
合金钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能，但 对应力集中较敏感。另外价格较贵。
对强度、耐磨性要求高且结构尺寸受限制及在高温 或低温条件下工作的轴，可采用合金钢。
常用材料为20Cr，20CrMnTi、38CrMoAl、40Cr、 40CrNi、38SiMnMo、40MnB等。
采用合金钢制造的轴必须进行热处理和化学热处理。
合金钢对应力集中较敏感,因此设计轴时，因从结构 上避免或减小应力集中，并减小表面粗糙度。
注意：
各种碳钢和合金钢的弹性模量数值差不多，因此 热处理，只能提高其疲劳强度和耐磨性，对提高轴 的刚度并无实效。
轴的毛坯一般用轧制的圆钢或锻制毛坯
形状复杂的轴（曲轴、齿轮轴、空心轴）：球墨铸铁、 合金铸铁，具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及 对应力集中的敏感性较低等优点。
第九章 轴和轴毂联接
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。
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。
圆锥圆柱齿轮二 级减速器
方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，且质量较大，故不如方案一 合理 。
2. 轴上零件的定位和固定
轴上零件的定位是为了保证传动件在轴上有准确的安装位置； 固定则是为了保证轴上零件在运转中保持原位不变
（2） 减小轴上的应力集中。
轴径突变处尽量采用大的过渡圆角，若轴肩为定位轴肩， 且不允许大的圆角过渡时，可采用过渡肩环或内凹圆角
凹切圆角
过渡肩环
应力场
尖角
内圆角
小圆角
大圆角
（3）改进轴的表面质量：降低表面粗糙度值， 采取表面强化措施。
4、轴的结构工艺性
轴的结构工艺性：指轴的结构形式应便于加工和装配轴上的零件， 并且生产率高，成本低。 一般轴的结构越简单，工艺性越好。因此， 在满足使用要求的前提下，轴的结构形式应尽量简化。
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。
钢丝挠性轴
二、轴的材料选择
轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。
碳素钢—
碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性小，可通 过热处理提高其耐磨性及疲劳强度，因此应用广泛。 一般为了保证机械性能，应进行调质或正火处理。
常用的碳素钢有35、40、45和50等优质碳素钢，其 中45钢用的最多。 不重要的轴也可以采用普通碳素钢如：Q235、Q275 等。
结构不合理！
③保证零件所需的装配空间、调整空间。应考虑轴 上零件之间的距离及轴上零件与机架之间的距离
轴的径向尺寸确定
轴的轴向尺寸确定
1.箱体内壁位置的确定
H=5~10mm
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 δ--箱体壁厚 C1、C2--螺栓 扳手空间