机械设计轴和轴毂联接
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13.2 轴的结构设计
13.2.2 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。
Date: 2020/6/10
Page: 14
主讲：张晋
CH13 机械设计基础
13.2 轴的结构设计
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
轴的扭转强度条件为
T WT
9.55106 P 0.2d 3N
[ ]
实心轴的直径为： d 3 T 3 9.55106 P C3 P
0.2[ ]
0.2[T ]n
n
为了减少键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径
轴径d＞100mm 轴径d≤100mm
Date: 2020/6/10
有一个键槽 轴径增大3% 轴径增大5%～7%
轴端 轴头
轴颈 轴身 轴头
Date: 2020/6/10
Page: 9
主讲：张晋
CH13 机械设计基础
13.2 轴的结构设计
13.2.1 轴的强度、刚度
轴的强度与工作应力的大小和性质有关。因此在选择轴的结构和形 状时应注意以下几个方面：
使轴的形状接近于等强度条件，以充分利用材料的承载能力。
Date: 2020/6/10
二、轴的分类
1、按承载分 （1）心轴：只承受弯矩（M），不传递转矩（T=0）
转动心轴：轴转动
固定心轴：轴固定
Date: 2020/6/10
Page: 2
主讲：张晋
CH13 机械设计基础 分析火车轮轴属于什么类型？
分析自行车轴属于什么类型？
Date: 2020/6/10
Page: 3
主讲：张晋
CH13 机械设计基础 （2）传动轴：只受转矩，不受弯矩M=0， T≠0
轴的结构设计应使各零件在装配时尽量不接触其他零件的配合表面， 轴肩高度不能妨碍零件的拆卸
轴承的拆卸
Date: 2020/6/10
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主讲：张晋
CH13 机械设计基础
13.3 轴的强度计算
13.3.1 轴的扭转强度计算
这种方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计算。在 作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。
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主讲：张晋
CH13 机械设计基础
13.2 轴的结构设计
13.2.3 轴的加工和装配工艺性
轴的形状要力求简单，阶梯轴的级数应尽可能少，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，以利于加工和检验
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
当轴上有多处键槽时，应使各键槽位于轴的同一母线上 为使轴便于装配，轴端应有倒角 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
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主讲：张晋
CH13 机械设计基础
如何判断轴是否传递转矩：
从原动机向工作机画传动路线，若传动路线 沿该轴轴线走过一段距离，则该轴传递转矩。
如何判断轴是否承受弯矩： 该轴上除联轴器外是否还有其它传动零件，
若有则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。
Date: 2020/6/10
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主讲：张晋
Байду номын сангаас输入
输入
T 1+T 2 T1 T2
T1 T2
Date: 2020/6/10
Page: 12
主讲：张晋
CH13 机械设计基础
13.2 轴的结构设计
改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。
Mmax Mmax
图13.12 卷筒的轮毂结构
Date: 2020/6/10
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主讲：张晋
CH13 机械设计基础
主讲：张晋
CH13 机械设计基础
13.2 轴的结构设计
➢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。
Date: 2020/6/10
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主讲：张晋
CH13 机械设计基础
13.2 轴的结构设计
➢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。
Date: 2020/6/10
CH13 机械设计基础
2、按轴线形状分
1）直 轴
光轴 阶梯轴
又可分为实心轴和空心轴（加工 困难）。
2）曲轴：发动机专用零件
Date: 2020/6/10
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主讲：张晋
CH13 机械设计基础 3）钢丝软轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。
动力源
接头
被驱动 装置
接头
钢丝软轴
钢丝软轴的绕制
Date: 2020/6/10
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
b
D h r R
d D
h
C
r d
Date: 2020/6/10
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13.2 轴的结构设计
➢用轴肩或轴环固定零件时，常需采用其他附件来防止零件向另一方向 移动。
Date: 2020/6/10
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CH13 机械设计基础
第13章 轴和轴毂联接
§13.1 概述 §13.2 轴的结构设计 §13.3 轴的强度计算 §13.4 轴的材料及选择 §13.5 轴的设计 §13.6 轴毂联接
Date: 2020/6/10
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主讲：张晋
CH13 机械设计基础
13.1 概述
一、轴的主要功用
1、支承轴上回转零件（如齿轮） 2、传递运动和动力
Page: 8
主讲：张晋
CH13 机械设计基础
13.2 轴的结构设计
轴上各段的名称
轴通常由轴头、轴颈、轴肩、 轴环、轴端及不装任何零件的轴 段等部分组成。
轴的结构和形状取决于：
轴的毛坯种类 轴上作用力的大小及分布情况 轴上零件的位置、配合性质以 及联结固定的方法 轴承的类型、尺寸和位置 轴的加工方法、装配方法以及 其他特殊要求
Page: 10
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13.2 轴的结构设计
尽量避免各轴段剖面突然改变以降低局部应力集中，提高轴的疲劳强 度。
b
r
30°
r
a)减载槽
b)中间环
c)凹切圆角
Date: 2020/6/10
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13.2 轴的结构设计
改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。
如：汽车下的传动轴。
（3）转轴：既传递转矩（T）、又承受弯矩（M） 如：减速器中的轴。
Date: 2020/6/10
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CH13 机械设计基础
分析：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？
0 轴：传动轴 Ⅰ轴： 转轴 Ⅱ轴： 转动心轴 Ⅲ轴： 转轴 Ⅳ轴： 转轴 Ⅴ轴： 转动心轴
Date: 2020/6/10
13.2.2 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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13.2 轴的结构设计
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
轴的扭转强度条件为
T WT
9.55106 P 0.2d 3N
[ ]
实心轴的直径为： d 3 T 3 9.55106 P C3 P
0.2[ ]
0.2[T ]n
n
为了减少键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径
轴径d＞100mm 轴径d≤100mm
Date: 2020/6/10
有一个键槽 轴径增大3% 轴径增大5%～7%
轴端 轴头
轴颈 轴身 轴头
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13.2 轴的结构设计
13.2.1 轴的强度、刚度
轴的强度与工作应力的大小和性质有关。因此在选择轴的结构和形 状时应注意以下几个方面：
使轴的形状接近于等强度条件，以充分利用材料的承载能力。
Date: 2020/6/10
二、轴的分类
1、按承载分 （1）心轴：只承受弯矩（M），不传递转矩（T=0）
转动心轴：轴转动
固定心轴：轴固定
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CH13 机械设计基础 分析火车轮轴属于什么类型？
分析自行车轴属于什么类型？
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CH13 机械设计基础 （2）传动轴：只受转矩，不受弯矩M=0， T≠0
轴的结构设计应使各零件在装配时尽量不接触其他零件的配合表面， 轴肩高度不能妨碍零件的拆卸
轴承的拆卸
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CH13 机械设计基础
13.3 轴的强度计算
13.3.1 轴的扭转强度计算
这种方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计算。在 作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。
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CH13 机械设计基础
13.2 轴的结构设计
13.2.3 轴的加工和装配工艺性
轴的形状要力求简单，阶梯轴的级数应尽可能少，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，以利于加工和检验
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
当轴上有多处键槽时，应使各键槽位于轴的同一母线上 为使轴便于装配，轴端应有倒角 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
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CH13 机械设计基础
如何判断轴是否传递转矩：
从原动机向工作机画传动路线，若传动路线 沿该轴轴线走过一段距离，则该轴传递转矩。
如何判断轴是否承受弯矩： 该轴上除联轴器外是否还有其它传动零件，
若有则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。
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T 1+T 2 T1 T2
T1 T2
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13.2 轴的结构设计
改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。
Mmax Mmax
图13.12 卷筒的轮毂结构
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13.2 轴的结构设计
➢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。
Date: 2020/6/10
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CH13 机械设计基础
13.2 轴的结构设计
➢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。
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2、按轴线形状分
1）直 轴
光轴 阶梯轴
又可分为实心轴和空心轴（加工 困难）。
2）曲轴：发动机专用零件
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CH13 机械设计基础 3）钢丝软轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。
动力源
接头
被驱动 装置
接头
钢丝软轴
钢丝软轴的绕制
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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
b
D h r R
d D
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13.2 轴的结构设计
➢用轴肩或轴环固定零件时，常需采用其他附件来防止零件向另一方向 移动。
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第13章 轴和轴毂联接
§13.1 概述 §13.2 轴的结构设计 §13.3 轴的强度计算 §13.4 轴的材料及选择 §13.5 轴的设计 §13.6 轴毂联接
Date: 2020/6/10
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CH13 机械设计基础
13.1 概述
一、轴的主要功用
1、支承轴上回转零件（如齿轮） 2、传递运动和动力
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CH13 机械设计基础
13.2 轴的结构设计
轴上各段的名称
轴通常由轴头、轴颈、轴肩、 轴环、轴端及不装任何零件的轴 段等部分组成。
轴的结构和形状取决于：
轴的毛坯种类 轴上作用力的大小及分布情况 轴上零件的位置、配合性质以 及联结固定的方法 轴承的类型、尺寸和位置 轴的加工方法、装配方法以及 其他特殊要求
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CH13 机械设计基础
13.2 轴的结构设计
尽量避免各轴段剖面突然改变以降低局部应力集中，提高轴的疲劳强 度。
b
r
30°
r
a)减载槽
b)中间环
c)凹切圆角
Date: 2020/6/10
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13.2 轴的结构设计
改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。
如：汽车下的传动轴。
（3）转轴：既传递转矩（T）、又承受弯矩（M） 如：减速器中的轴。
Date: 2020/6/10
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CH13 机械设计基础
分析：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？
0 轴：传动轴 Ⅰ轴： 转轴 Ⅱ轴： 转动心轴 Ⅲ轴： 转轴 Ⅳ轴： 转轴 Ⅴ轴： 转动心轴
Date: 2020/6/10