机械设计基础项目十四 轴系零部件
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• 将上式改写为轴径的计算公式
• 2、按弯扭合成强度计算 • 在轴的结构设计完成后，外载荷和轴的支点位置就可确定，
轴各截面的弯矩即可算出，此时可用弯扭合成强度校核。 对于钢制轴，应用材料力学第三强度理论可得
• 计算轴的直径d 时，可将式(14-2)写为
四、轴的刚度计算简介
• 1、轴的弯曲刚度校核计算 • 轴的弯曲刚度校核计算就是用材料力学中的公式
和方法算出轴的挠度y或偏转角θ，并应满足下式： • y≤[y] 或 θ≤[θ]
• 式中，[y]为许用挠度，[θ]为许用偏转角。 • 2、轴的扭转刚度校核计算 • 用材料力学的公式和方法算出轴每米长的扭转角
Φ，并满足Φ ≤[Φ] 式中:[Φ]为轴每米长的许用扭 转角。
情景二 键联接和销联接
• 键联接主要用于轴上零件的周向固定并传 递转矩；有些兼作轴上零件的轴向固定； 还有的对沿轴向移动的零件起导向作用。
一、概述
• 轴是组成机器的重要零件，其功用是支承旋转零 件(如齿轮、带轮等)，并传递运动和动力。
• 1、轴的功用与分类 • 根据受载情况，轴可分为三类： • (1)心轴 承受弯矩(M )，不传递转矩(T )的轴。 • (2)传动轴 以传递转矩为主，不承受弯矩或承受
很小弯矩的轴。 • (3)转轴 既传递转矩，又承受弯矩的轴。 • 根据轴线的几何形状，轴还可分为直轴、曲轴和
• 轴的结构形式取决于轴上零件的装配方案。应拟定几种不 同的装配方案，以便进行比较与选择，以轴的结构简单， 轴上零件少为佳。
• 3、轴上零件的轴向定位及固定 • 轴上零件的轴向定位及固定的方式常用轴肩、轴环、锁紧
挡圈、套筒、圆螺母和止动垫圈、弹性挡圈、轴端挡圈等。 其特点和应用见表14-2。
• 4、轴上零件的周向固定
二、平键的选择和强度校核
• 1、平键的选择 • 首先根据键联接的工作要求和使用特点选
择平键的类型，再按照轴径d从标准中选取 键的剖面尺寸b×h(见表14-7)。键的长度l 一般按轮毂宽度选取，即键长等于或略短 于轮毂宽度，并应符合标准值。
• 2、平键联接的强度校核
• 键联接的主要失效形式是较弱工作面的压 溃(静联接)或过度磨损(动联接)。因此按挤 压应力或压强进行条件性计算，其校核公 式为:
三、花键联接
• 花键联接是由在轴上加工出的外花键齿和 在轮毂孔加工出的内花键齿所构成的联接， 如图14-19所示。
• 其优点是：齿数多，承载能力强；且槽较 浅，应力集中小，对轴和毂的强度削弱较 小，对中性和导向性好，广泛应用于定心 精度要求高和载荷较大的场合。
• 花键已标准化，按齿形不同，常用的花键 分为矩形花键和渐开线花键。
14-9所示，轴上转矩需由两轮输wenku.baidu.com，输入 轮1宜置于两输出轮2和3中间。
三、轴的强度计算
• 1、按扭转强度计算 • 开始设计轴时，由于轴上零件的位置和两轴承间的距离通
常尚未确定，故对轴所承受的弯矩就无法进行计算，只能 先按扭转强度估算轴的最小直径(根据标准尺寸与其相配 的孔圆整)，再进行轴的结构设计。由材料力学可知，圆 轴受扭转时的强度条件为：
情景一 轴
• 轴是机械设备中的重要零件之一，它的主 要功能是直接支承回转零件，如齿轮、车 轮和带轮等，以实现回转运动并传递动力。 轴由轴承支承以承受作用在轴上的载荷， 这种起支持作用的零部件称为支承零部件。 而且有很多的轴上零件需要彼此联接，它 们的性能互相影响，所以将轴及轴上零部 件统称为轴系零部件。如图14-1所示减速 器的输出轴由轴1、轴承2、齿轮3、联轴器 4、键5等组成。
• 2、半圆键联接 • 如图14-16所示，键的底面为半圆形。 • 3、楔键联接 • 如图14-17所示，楔键的上下面为工作面，分别与
轮毂和轴上键槽底面紧贴。
• 楔键分为普通楔键(图14-17a )和钩头楔键(图1417b )，前者又分为圆头(A型)和平头(B型)两种。
• 当轴径d＞100mm且传递较大转矩时，可采用由 一对楔键组成的切向键联接(图14-18a)。若要传 递双向转矩，则需用两对相隔120°～130°的切 向键(图14-18b)。
• 轴上零件常用的周向固定方法有键联接、销联接以及过盈 配合、成型联接等，力不大时，也可采用紧定螺钉作为周 向固定方法。见图14-7。
• 5、轴的结构工艺性 • 轴的结构应便于加工和装配。 • 6、提高轴强度和刚度的措施 • 1)改进轴的结构，降低应力集中。 • 2)提高轴的表面质量。 • 3)改变轴上零件的位置，减小载荷。如图
挠性钢丝轴。
• 轴的失效多为疲劳破坏，所以轴的材料应 满足强度、刚度、耐磨性等方面的要求， 常用的材料有：
• 1)碳素钢
• 2)合金钢
• 3)球墨铸铁
二、轴的结构与设计
• 1、轴的结构 • 2、轴的结构设计 • 轴的结构设计应满足：①轴上零件定位准确，固定可靠；
②轴上零件便于装拆和调整；③具有良好的制造工艺性； ④尽量减少应力集中。
一、键联接的类型、特点和应用
• 键是标准件，按结构特点及工作原理，键联接可分为平键 联接、半圆键联接和楔键联接等。
• 1、平键联接 • 如图14-13所示，键的两侧面为工作表面，靠键与键槽间
的挤压力传递扭矩。平键联接由于结构简单、装拆方便、 对中较好，广泛用于传动精度要求较高的场合。按用途将 平键分为如下三种： • (1)普通平键 • 如图14-13所示，按结构分为圆头(A型)、平头(B型)和单圆 头(C型)三种。 • (2)导向平键 • 导向平键(图14-14)是加长的普通平键，有圆头(A型)和方 头(B型)两种。 • (3)滑键 • 滑键(图14-15)
四、销联接
• 销主要用于零件定位也可用于轴与轴上零件的联 接，还可作为过载剪断元件。见图14-22、14-23。 按形状可分为圆柱销、圆锥销和开口销等。圆柱 销靠微量的过盈与铰制的销孔配合，不宜多次装 拆，以免降低牢固性和定位精度。圆锥销有1:50 的锥度，以小端直径为标准值，靠锥面的挤压作 用固定在铰光的孔中，定位精度高，自锁性能好， 装拆方便。开口销是一种防松零件，它常与槽形 螺母一起使用。
• 2、按弯扭合成强度计算 • 在轴的结构设计完成后，外载荷和轴的支点位置就可确定，
轴各截面的弯矩即可算出，此时可用弯扭合成强度校核。 对于钢制轴，应用材料力学第三强度理论可得
• 计算轴的直径d 时，可将式(14-2)写为
四、轴的刚度计算简介
• 1、轴的弯曲刚度校核计算 • 轴的弯曲刚度校核计算就是用材料力学中的公式
和方法算出轴的挠度y或偏转角θ，并应满足下式： • y≤[y] 或 θ≤[θ]
• 式中，[y]为许用挠度，[θ]为许用偏转角。 • 2、轴的扭转刚度校核计算 • 用材料力学的公式和方法算出轴每米长的扭转角
Φ，并满足Φ ≤[Φ] 式中:[Φ]为轴每米长的许用扭 转角。
情景二 键联接和销联接
• 键联接主要用于轴上零件的周向固定并传 递转矩；有些兼作轴上零件的轴向固定； 还有的对沿轴向移动的零件起导向作用。
一、概述
• 轴是组成机器的重要零件，其功用是支承旋转零 件(如齿轮、带轮等)，并传递运动和动力。
• 1、轴的功用与分类 • 根据受载情况，轴可分为三类： • (1)心轴 承受弯矩(M )，不传递转矩(T )的轴。 • (2)传动轴 以传递转矩为主，不承受弯矩或承受
很小弯矩的轴。 • (3)转轴 既传递转矩，又承受弯矩的轴。 • 根据轴线的几何形状，轴还可分为直轴、曲轴和
• 轴的结构形式取决于轴上零件的装配方案。应拟定几种不 同的装配方案，以便进行比较与选择，以轴的结构简单， 轴上零件少为佳。
• 3、轴上零件的轴向定位及固定 • 轴上零件的轴向定位及固定的方式常用轴肩、轴环、锁紧
挡圈、套筒、圆螺母和止动垫圈、弹性挡圈、轴端挡圈等。 其特点和应用见表14-2。
• 4、轴上零件的周向固定
二、平键的选择和强度校核
• 1、平键的选择 • 首先根据键联接的工作要求和使用特点选
择平键的类型，再按照轴径d从标准中选取 键的剖面尺寸b×h(见表14-7)。键的长度l 一般按轮毂宽度选取，即键长等于或略短 于轮毂宽度，并应符合标准值。
• 2、平键联接的强度校核
• 键联接的主要失效形式是较弱工作面的压 溃(静联接)或过度磨损(动联接)。因此按挤 压应力或压强进行条件性计算，其校核公 式为:
三、花键联接
• 花键联接是由在轴上加工出的外花键齿和 在轮毂孔加工出的内花键齿所构成的联接， 如图14-19所示。
• 其优点是：齿数多，承载能力强；且槽较 浅，应力集中小，对轴和毂的强度削弱较 小，对中性和导向性好，广泛应用于定心 精度要求高和载荷较大的场合。
• 花键已标准化，按齿形不同，常用的花键 分为矩形花键和渐开线花键。
14-9所示，轴上转矩需由两轮输wenku.baidu.com，输入 轮1宜置于两输出轮2和3中间。
三、轴的强度计算
• 1、按扭转强度计算 • 开始设计轴时，由于轴上零件的位置和两轴承间的距离通
常尚未确定，故对轴所承受的弯矩就无法进行计算，只能 先按扭转强度估算轴的最小直径(根据标准尺寸与其相配 的孔圆整)，再进行轴的结构设计。由材料力学可知，圆 轴受扭转时的强度条件为：
情景一 轴
• 轴是机械设备中的重要零件之一，它的主 要功能是直接支承回转零件，如齿轮、车 轮和带轮等，以实现回转运动并传递动力。 轴由轴承支承以承受作用在轴上的载荷， 这种起支持作用的零部件称为支承零部件。 而且有很多的轴上零件需要彼此联接，它 们的性能互相影响，所以将轴及轴上零部 件统称为轴系零部件。如图14-1所示减速 器的输出轴由轴1、轴承2、齿轮3、联轴器 4、键5等组成。
• 2、半圆键联接 • 如图14-16所示，键的底面为半圆形。 • 3、楔键联接 • 如图14-17所示，楔键的上下面为工作面，分别与
轮毂和轴上键槽底面紧贴。
• 楔键分为普通楔键(图14-17a )和钩头楔键(图1417b )，前者又分为圆头(A型)和平头(B型)两种。
• 当轴径d＞100mm且传递较大转矩时，可采用由 一对楔键组成的切向键联接(图14-18a)。若要传 递双向转矩，则需用两对相隔120°～130°的切 向键(图14-18b)。
• 轴上零件常用的周向固定方法有键联接、销联接以及过盈 配合、成型联接等，力不大时，也可采用紧定螺钉作为周 向固定方法。见图14-7。
• 5、轴的结构工艺性 • 轴的结构应便于加工和装配。 • 6、提高轴强度和刚度的措施 • 1)改进轴的结构，降低应力集中。 • 2)提高轴的表面质量。 • 3)改变轴上零件的位置，减小载荷。如图
挠性钢丝轴。
• 轴的失效多为疲劳破坏，所以轴的材料应 满足强度、刚度、耐磨性等方面的要求， 常用的材料有：
• 1)碳素钢
• 2)合金钢
• 3)球墨铸铁
二、轴的结构与设计
• 1、轴的结构 • 2、轴的结构设计 • 轴的结构设计应满足：①轴上零件定位准确，固定可靠；
②轴上零件便于装拆和调整；③具有良好的制造工艺性； ④尽量减少应力集中。
一、键联接的类型、特点和应用
• 键是标准件，按结构特点及工作原理，键联接可分为平键 联接、半圆键联接和楔键联接等。
• 1、平键联接 • 如图14-13所示，键的两侧面为工作表面，靠键与键槽间
的挤压力传递扭矩。平键联接由于结构简单、装拆方便、 对中较好，广泛用于传动精度要求较高的场合。按用途将 平键分为如下三种： • (1)普通平键 • 如图14-13所示，按结构分为圆头(A型)、平头(B型)和单圆 头(C型)三种。 • (2)导向平键 • 导向平键(图14-14)是加长的普通平键，有圆头(A型)和方 头(B型)两种。 • (3)滑键 • 滑键(图14-15)
四、销联接
• 销主要用于零件定位也可用于轴与轴上零件的联 接，还可作为过载剪断元件。见图14-22、14-23。 按形状可分为圆柱销、圆锥销和开口销等。圆柱 销靠微量的过盈与铰制的销孔配合，不宜多次装 拆，以免降低牢固性和定位精度。圆锥销有1:50 的锥度，以小端直径为标准值，靠锥面的挤压作 用固定在铰光的孔中，定位精度高，自锁性能好， 装拆方便。开口销是一种防松零件，它常与槽形 螺母一起使用。