第十九章轴、轴毂连接及连轴器

? 图所示一级圆柱齿轮减速器输出轴的轴系结构。轴 上被支承零件是大齿轮和联轴器。与轴相关零件有定位 套筒及透盖。两支承采用向心球轴承及箱体支座。
? 从轴的右端依次装入大齿轮、定位套筒、 滚动轴承、透盖及联轴器等。左端装入左端 轴承。为装拆方便及轴上零件定位需要，通 常转轴的结构为由两端向中部渐次增大直径 的阶梯形状。由于轴径有突变，从而引起应 力集中。为减少应力集中，轴径变化处须有 适当的圆角或采用锥柱面过渡。
从而确定轴的支承跨距，然后计算支承反力 和所受弯矩，最后对轴进行弯、扭合成强度 计算。对某些特别重要的轴，有时需进行安 全系数校核计算(有关计算方法可查阅其它资 料)。
一、轴的扭转强度计算
当所传递扭矩和轴径已知时，轴的扭转强度计算公式为
? 当轴上有一个键槽时 d值增大3％；一个断面上 有两个键槽时增大 7％。 对于空心轴，可用下式计算
轴端挡圈固定图仅适用于轴端零件的轴 向固定。
紧定螺钉固定图和弹性挡圈固定图只 适用于承受不大轴向力的场合。
? 轴上零件的周向固定通常采用平键连接。 当传递载荷很大时可采用花键连接。
? 有关轴的结构尺寸有些已经标准化， 设计时须查阅有关机械设计手册。
第三节 轴的强度计算
? 传动轴只传递扭矩，按扭转强度计算；心轴只 受弯矩，按弯曲强度计算；对于转轴则按弯、扭合 成强度计算。 ． 设计转轴时，轴的结构设计尚未确定之前，支 承跨距是未知的，故支承反力和弯矩大小无法计算。 通常的设计方法是，初步按扭转强度估算轴的最小 直径，然后根据轴上零件的布置与定位、采用轴承 的类型与尺寸、轴的工艺因素等进行轴的结构设计。
1．画出轴来自百度文库间受力简图。
2．画水平面上的受力简图和水平面弯矩图 Mx
3．画垂直面上的受力简图和垂直面弯矩图 Mx。
4．以公式 M= 图。
求合成弯矩 M，并画合成弯矩
5．画扭矩图 T。
6．以公式 Me=
求出当量弯矩并画当量弯
矩图。
? 式中，a是根据扭矩性质而定的应力校 正系数。因一般由弯矩所产生的弯曲应 力是对称循环的变应力，而扭转剪应力 常与弯曲应力变化性质不同，故在计算 时需计入这种应力特性差异的影响，为 此引入系数a值。
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。
力集中敏感性较低， 易于得到合理外形，如 曲轴、凸轮轴等。
缺点是冲击韧性差，铸造轴的质量不易控制。
第二节 轴的结构设计
一 轴的结构设计 主要决定于轴系结构。轴系结构是指轴与
被支承零件、轴与轴承及其支座(轴承座或箱 体支座)，以及与轴相关的其它零部件的装配 总成。具体进行轴结构设计时应考虑轴的受载 情况、轴上零件的布置与固定方式、轴承类型 与尺寸、轴的工艺结构等因素。
? 2．合金钢
合金钢具有较好的机械性能和热处理性能，但 对应力集中较敏感而价格也较高。当要求强度高、 尺寸小、重量轻、以及耐磨性好，或有耐高温耐 腐蚀等特殊要求时 可采用合金钢。常用中碳合
金钢有 40Cr， 40MnB ， 35SiMn 等，低碳合 金钢有20Cr， 20CrMnTi 等。
? 3．合金铸铁和球墨铸铁 铸铁具有良好的吸振性和耐磨性，对应
传动轴工作时只传递扭矩不受弯矩或 受很小弯矩，如图2所示汽车传动轴。
?转轴工作时同时受弯矩和扭矩，如 图3 所示减速器中的输入轴和输出轴。
2 轴的材料
? 轴的失效多为疲劳破坏，因此要求轴的材料应 具有足够的强度及刚度，对应力集中敏 感性 应低，同时应考虑良好的工艺性及经济性。轴 的材料主要是碳钢和合金钢。
? 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。
? 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。
式中， [σ +1]b，[σ 0]b，和 [σ-1]b分别为材料在静应力， 脉动循环和对称循环应力状态 下的许用弯曲应力，其值可查表 19—3。
转轴所受的扭剪应力，在理论上虽然是静应力，但 实际上由于机器运转不均匀，以及不可避免的扭转振 动的存在，因此扭剪应力是变化的，一般取为脉动的 扭矩，计算时 a≈0．6。
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
第十章 轴、轴毂连接及连轴器
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一 概述 1 轴的用途及分类
轴是机械系统中的重要零件，其功用是支承 转动零件和传递扭矩。
轴按受载情况可以分三种类型， 即心轴、传动轴及转轴。 心轴工作时只受弯矩不受扭矩。当工作时
心轴转动则称为转动心轴，如图 a所示火车车厢 轮轴；当工作时心轴不转动则称为固定心轴，如 图b所示起重支承滑轮轴。