机械设计基础 06轴与轴毂联接(精品).ppt

《机械设计基础 06轴与轴毂联接(精品).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础 06轴与轴毂联接(精品).ppt（53页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第第6章章轴与轴毂联接轴与轴毂联接 6.16.1轴的分类与轴的材料轴的分类与轴的材料轴的分类与轴的材料轴的分类与轴的材料 6.1.16.1.1稳定循环变应力稳定循环变应力稳定循环变应力稳定循环变应力 6.1.26.1.2轴的分类轴的分类轴的分类轴的分类6.1.36.1.3轴的材料轴的材料轴的材料轴的材料 6.26.2轴的结构设计轴的结构设计轴的结构设计轴的结构设计6.2.16.2.1轴的各部分名称轴的各部分名称轴的各部分名称轴的各部分名称6.2.26.2.2轴上零件的轴向固定轴上零件的轴向固定轴上零件的轴向固定轴上零件的轴向固定 6.2.36.2.3各轴段直径和长度的确定各轴段直径和长度的确定

2、各轴段直径和长度的确定各轴段直径和长度的确定 6.2.46.2.4影响轴结构的一些因素影响轴结构的一些因素影响轴结构的一些因素影响轴结构的一些因素 6.36.3轴的强度计算轴的强度计算轴的强度计算轴的强度计算6.3.16.3.1传动轴的强度计算传动轴的强度计算传动轴的强度计算传动轴的强度计算 6.3.26.3.2心轴的强度计算心轴的强度计算心轴的强度计算心轴的强度计算 6.3.36.3.3转轴的强度计算与设计过程转轴的强度计算与设计过程转轴的强度计算与设计过程转轴的强度计算与设计过程第第6章章轴与轴毂联接轴与轴毂联接 6.46.4轴轴轴轴 毂毂毂毂 联联联联 结结结结6.4.16.4.1键联接

3、的类型键联接的类型键联接的类型键联接的类型 6.4.26.4.2普通平键联接的设计过程普通平键联接的设计过程普通平键联接的设计过程普通平键联接的设计过程 6.4.36.4.3花键联接花键联接花键联接花键联接6.4.46.4.4轴上零件周向固定的其他方法轴上零件周向固定的其他方法轴上零件周向固定的其他方法轴上零件周向固定的其他方法 本章小结本章小结本章小结本章小结本章实训本章实训本章实训本章实训 6.16.1轴的分类与轴的材料轴的分类与轴的材料轴的分类与轴的材料轴的分类与轴的材料 轴轴是是组组成成机机器器的的重重要要零零件件之之一一。用用于于支支承承作作回回转转运运动动或或摆摆动动的的零零件件，

4、使使其其有有确确定定的的工工作作位位置置。它它的的结结构构和和尺尺寸寸是是由由被被它它支支承承的的零零件件和和支支承承它它的的轴轴承承的的结结构构和和尺尺寸寸决决定定的的，轴是重要的非标准零件。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 稳稳定定循循环环变变应应力力是是指指应应力力变变化化周周期期、应应力力幅幅和和平平均均应应力力都都不不随随时时间间发发生生变变化化的的应应力力；若若应应力力变变化化周周期期、应应力力幅幅和和平平均均应应力力中中至至少少有有一一个个是是随随时时间间发发生生变变化化的的即即为为非非稳稳定定循循环环变变应力。应力。1.稳定循环变应力如图6.1所示，

5、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(6.1)(6.2)(6.3)从图中可知从图中可知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2.几种特殊的稳定循环变应力3)静应力图6.4 静应力静应力可看作变应力的特例 6.1.2 6.1.2 轴的分类轴的分类轴的分类方法很多。按照轴线形状轴可分为直轴轴的分类方法很多。按照轴线形状轴可分为直轴(如图如图6.56.5所示所示)、曲轴曲轴(如图如图6.66.6所示

6、所示)和软轴和软轴(如图如图6.76.7所示所示)图6.5直轴图6.6曲轴图6.7软轴 6.1.2 6.1.2 轴的分类轴的分类按照外形，轴可分为光轴(如图6.5所示)和阶梯轴(如图6.8所示)图6.5直轴图6.8阶梯轴 6.1.2 6.1.2 轴的分类轴的分类按照承受载荷的不同对轴进行分类按照承受载荷的不同对轴进行分类1.传动轴只承受转矩、不承受弯矩或受很小弯矩的轴。如图只承受转矩、不承受弯矩或受很小弯矩的轴。如图6.9所所示为汽车的传动轴。示为汽车的传动轴。图6.9传动轴 6.1.2 6.1.2 轴的分类轴的分类按照承受载荷的不同对轴进行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

7、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)转动心轴转动心轴(b)固定心轴固定心轴图6.10心轴 6.1.2 6.1.2 轴的分类轴的分类按照承受载荷的不同对轴进行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，所以轴的失效多由于轴工作时产生的应力多为变

8、应力，所以轴的失效多为疲劳损坏，因此轴的材料为疲劳损坏，因此轴的材料 应具有足够的抗疲劳强度、较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、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。合金钢、球墨铸铁和高强度铸铁。6.1.3轴的材料轴的材料1.1.碳素钢碳素钢有足够高的强度，对应力集中敏感性较低，便于进行各有足够高的强度，对应力集中敏感性较低，便于进行各种热处理及机械加工，价格低、供应充足，故应用最广。优种热处理及机

9、械加工，价格低、供应充足，故应用最广。优质中碳钢质中碳钢3030、4040、4545、5050钢常用于比较重要和承载较大的钢常用于比较重要和承载较大的轴，尤以轴，尤以4545号钢应用最广。对于这类钢可通过调质或正火等号钢应用最广。对于这类钢可通过调质或正火等热处理方法改善和提高其力学性能。普通碳素钢热处理方法改善和提高其力学性能。普通碳素钢Q235Q235、Q275Q275可用于不重要或承载较小的轴。可用于不重要或承载较小的轴。6.1.3轴的材料轴的材料2.2.合金钢合金钢合金钢具有良好的综合力学性能和热处理性能。所以对合金钢具有良好的综合力学性能和热处理性能。所以对承载很大而重量、尺寸受限制

10、或有较高强度、耐磨性、较强承载很大而重量、尺寸受限制或有较高强度、耐磨性、较强耐腐蚀性要求的轴，多用合金钢制造，并进行必要的热处理。耐腐蚀性要求的轴，多用合金钢制造，并进行必要的热处理。常用的合金钢有：常用的合金钢有：12CrNi212CrNi2、12CrNi312CrNi3、20Cr20Cr、40Cr40Cr、38SiMnMo38SiMnMo等。等。必须注意的是：必须注意的是：合金钢对应力集中的敏感性高，且价合金钢对应力集中的敏感性高，且价格高，所以合金钢轴的结构形状必须合理，否则就失去用合格高，所以合金钢轴的结构形状必须合理，否则就失去用合金钢的意义。金钢的意义。在一般工作温度下，合金钢和

11、碳素钢的弹性在一般工作温度下，合金钢和碳素钢的弹性模量十分接近，故用合金钢代替碳素钢不能达到提高刚度的模量十分接近，故用合金钢代替碳素钢不能达到提高刚度的目的，此时应通过增大轴径、改变结构或减小跨距等方式来目的，此时应通过增大轴径、改变结构或减小跨距等方式来解决。解决。各种热处理、化学处理及表面强化处理各种热处理、化学处理及表面强化处理(如喷丸、如喷丸、滚压等滚压等)，可以显著提高碳素钢或合金钢制造的轴的疲劳强度，可以显著提高碳素钢或合金钢制造的轴的疲劳强度及耐磨性，但对其刚度影响很小。合金钢只有进行热处理后及耐磨性，但对其刚度影响很小。合金钢只有进行热处理后才能充分显示其优越的力学性能。才能

12、充分显示其优越的力学性能。6.1.3轴的材料轴的材料3.3.球墨铸铁和高强度铸铁球墨铸铁和高强度铸铁球墨铸铁和高强度铸铁的机械强度比碳素钢低，但因铸球墨铸铁和高强度铸铁的机械强度比碳素钢低，但因铸造工艺性好，适合于制造外形复杂的轴造工艺性好，适合于制造外形复杂的轴(如曲轴、凸轮轴等如曲轴、凸轮轴等)，其价格低廉、强度较高、具有良好的吸振性、耐磨性和易，其价格低廉、强度较高、具有良好的吸振性、耐磨性和易切削性好，对应力集中敏感性低，故应用日趋增多。但铸件切削性好，对应力集中敏感性低，故应用日趋增多。但铸件质量不易控制，可靠性差。表质量不易控制，可靠性差。表6-16-1列出了轴的常用材料及其力列出

13、了轴的常用材料及其力学性能，供设计时参考选用。学性能，供设计时参考选用。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(和处)；与传动零(带轮、齿轮、联轴器)轮毂配合部分称为轴头(和处)；联接轴颈和轴头的非配合部分叫轴身(处)。阶梯轴上直径变化处叫做轴肩，起轴向定位作用。图中与间的轴肩使联轴器在轴上定位；与间的轴肩使左端滚动轴承定位。处为轴环。图6.12轴的组成 6.2.2轴上零件的轴向固定序

14、号固定方法简图特点及应用1轴肩、轴环固定简单可靠，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2套筒简单可靠，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1mm2mm3圆螺母固定可靠，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

15、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表6-2轴上零件的轴向固定方法 6.2.2轴上零件的轴向固定结构简单，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销联接8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挡环、紧定螺钉7适于心轴轴端零件的固定，只能承受较小的轴向力轴端挡板6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

16、的结构尺寸见GB/T894.11986弹性挡圈5用圆锥面配合装拆方便，且可兼作周向固定，能消除轴和轮毂间的径向间隙，能承受冲击载荷，只用于轴端零件固定，常与轴端挡圈联合使用，实现零件的双向固定轴端挡圈(又称压板)，用于轴端零件的固定，工作可靠，能承受较大轴向力，应配合止动垫片等防松措施使用圆锥面和轴端挡圈4特点及应用简图固定方法序号6.2.3各轴段直径和长度的确定1.1.轴径的确定原则轴径的确定原则(1)(1)轴头的直径取标准尺寸轴头的直径取标准尺寸(见表见表6-3)6-3)。(2)(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。

17、选取。(3)(3)定位轴肩，其高度按表定位轴肩，其高度按表6-26-2给定的原则确定；非定位轴肩给定的原则确定；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是为了便于轴上零件的安装而设置的工艺轴肩(如图如图6.126.12中轴中轴段段与轴段与轴段间的轴肩间的轴肩)，其高度可以很小，一般取，其高度可以很小，一般取1mm1mm2mm2mm即可。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(见表见表6-6-2 2中的序号中的序号3 3中的图中的图)，以便于轴承的拆卸，具体数值查相应的，以便于轴承的拆卸，具体数值查相应的轴承标准。轴承标准。(

18、4)(4)轴中装有过盈配合零件时轴中装有过盈配合零件时(图图6.126.12中的轴段中的轴段)，该零件毂，该零件毂孔与装配时需要通过的其他轴段孔与装配时需要通过的其他轴段(轴段轴段、轴段、轴段)之间应留之间应留有间隙，以便于安装。有间隙，以便于安装。6.2.3各轴段直径和长度的确定2.2.各轴段长度应满足的要求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：构的总体布置来确定，设计时应满足的要求是：(1)(1)轴与传动件轮毂相配合的部分轴与传动件轮毂相配合的部分(图图6.1

19、26.12中中和和)的长度，的长度，一般应比轮毂长度短一般应比轮毂长度短2mm2mm3mm3mm，以保证传动件能得到可靠，以保证传动件能得到可靠的轴向固定。轮毂长。的轴向固定。轮毂长。(2)(2)安装滚动轴承的轴颈长度取决于滚动轴承的宽度。安装滚动轴承的轴颈长度取决于滚动轴承的宽度。(3)(3)其余段的轴径长度，可根据总体结构的要求其余段的轴径长度，可根据总体结构的要求(如零件间的如零件间的相对位置、拆装要求、轴承间隙的调整等相对位置、拆装要求、轴承间隙的调整等)在结构设计中确定。在结构设计中确定。6.2.4影响轴结构的一些因素1.轴的加工工艺性轴的加工工艺性2.2.为使轴具有良好的加工工艺性

20、，应注意以下几点：为使轴具有良好的加工工艺性，应注意以下几点：(1)(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。径差，这样既可以节省材料又可以减少切削加工量。(2)(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，轴上有磨削或需切螺纹处，应留砂轮越程槽和螺纹退刀槽，如图如图6.136.13所示，以保证加工完整。所示，以保证加工完整。(3)(3)应尽量使轴上同类结构要素应尽量使轴上同类结构要素(如过渡圆角、倒角、键槽、如过渡圆角、倒角、键槽、越程槽、退刀槽及中心孔等越程槽、退刀槽及

21、中心孔等)的尺寸相同，并符合标准和的尺寸相同，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，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。以便于加工。(a)(a)砂轮越程槽砂轮越程槽(b)(b)螺尾退刀槽螺尾退刀槽图图6.136.13砂轮越程槽与螺尾退刀槽砂轮越程槽与螺尾退刀槽6.2.4影响轴结构的一些因素2.2.轴的装配工艺性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：为使轴具有良好的装配工艺性，常采取以下措施：(1)(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 图图6.126.1

22、2为图为图6.26.2中高速级齿轮轴的简图，轴上装有联轴器和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，可设计成如图位置不便于固定。因此，可设计成如图6.126.12所示的阶梯轴。所示的阶梯轴。(2)(2)为了便于装配，轴端应加工出为了便于装配，轴端应加工出4545或或30()30()倒角，过盈配合倒角，过盈配合零件装入端常加工出导向锥面。零件装入端常加工出导向锥面。6.2.4影响

23、轴结构的一些因素3.3.改善轴的受力状况，减小应力集中改善轴的受力状况，减小应力集中合理布置轴上零件可以改善轴的受力状况。在图合理布置轴上零件可以改善轴的受力状况。在图6.14(b)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，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，在起重同样载荷故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩，在起重同样载荷WW时，时，轴的直径可小于图轴的直径可小于图6.14(a)6.14(a)的结构。的结构。(a)齿轮和卷筒分开布置齿轮和卷筒分开布置(b)齿轮与卷筒联成一体齿轮与卷筒联成一体图6.14起重机卷筒图6.2.4影响轴结

24、构的一些因素3.3.改善轴的受力状况，减小应力集中改善轴的受力状况，减小应力集中 再再如如图图6.156.15中中，给给定定轴轴的的两两种种布布置置方方案案，当当动动力力从从几几个个轮轮输输出出时时，为为了了减减少少轴轴上上载载荷荷，应应将将输输入入轮轮布布置置在在中中间间 如如图图6.15(b)6.15(b)所所 示示 ，这这 时时 轴轴 的的 最最 大大 转转 矩矩 为为 T T1 1 T T2 2，而而 在在 图图6.15(a)6.15(a)中最大转矩为中最大转矩为T T1 1。(a)不合理的布置方案不合理的布置方案(b)合理的布置方合理的布置方案案图6.15轴的两种方案布置比较6.2.

25、4影响轴结构的一些因素3.3.改善轴的受力状况，减小应力集中改善轴的受力状况，减小应力集中 当当应应力力集集中中不不可可避避免免时时，应应采采取取减减少少应应力力集集中中的的措措施施，如如适适当当增增大大阶阶梯梯轴轴轴轴肩肩处处圆圆角角半半径径、在在轴轴上上或或轮轮毂毂上上设设置置卸卸载载槽槽安安全全 如如图图6.16(a)6.16(a)、图图6.16(b)6.16(b)所所示示 等等。由由于于轴轴上上零零件件的的端端面面应应与与轴轴肩肩定定位位面面靠靠紧紧，使使得得轴轴的的圆圆角角半半径径常常常常受受到到限限制制，这这时时可可采采用用凹凹切切圆圆槽槽 如如图图6.16(c)6.16(c)所所

26、示示 或或过过渡渡肩肩环环 如图如图6.16(d)6.16(d)所示所示 等结构。等结构。(a)轴上设卸载槽轴上设卸载槽(b)轮毂上设卸载槽轮毂上设卸载槽(c)采用凹切圆槽采用凹切圆槽(d)采用过渡肩环采用过渡肩环图6.16减小应力集中的结构6.3轴的强度计算6.3.16.3.1传动轴的强度计算传动轴的强度计算传动轴工作时只承受扭矩，由材料力学可知，实心圆截面轴传动轴工作时只承受扭矩，由材料力学可知，实心圆截面轴的强度条件为的强度条件为轴受扭时的最大切应力轴受扭时的最大切应力(MPa)；轴传递的转矩轴传递的转矩(Nmm)；轴的抗扭截面系数轴的抗扭截面系数(mm3)；轴传递的功率轴传递的功率(k

27、W)；轴的转速轴的转速(r/min)；轴的直径轴的直径(mm)；轴材料的许用切应力轴材料的许用切应力(MPa)，见表，见表6-5。式中：式中：6.3轴的强度计算6.3.26.3.2心轴的强度计算心轴的强度计算在一般情况下，作用在轴上的载荷方向不变，故心轴的在一般情况下，作用在轴上的载荷方向不变，故心轴的抗弯强度条件为抗弯强度条件为作用在轴上的弯矩作用在轴上的弯矩(Nmm)；轴的抗弯截面系数轴的抗弯截面系数(mm3)；轴的计算直径（轴的计算直径（mm);轴材料的许用弯曲应力轴材料的许用弯曲应力(MPa).计算轴的直径时，式(6.5)可以写成式中：式中：6.3.3转轴的强度计算与设计过程1.选择轴

28、的材料，初估轴径选择轴的材料，初估轴径对于转轴，在开始设计轴时，通常还不知道轴上零件对于转轴，在开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支点位置，弯矩值不能确定，因此，一般在进行的位置及支点位置，弯矩值不能确定，因此，一般在进行轴的结构设计前，先按纯扭转对轴的结构进行估算。对于轴的结构设计前，先按纯扭转对轴的结构进行估算。对于圆截面的实心轴，由式圆截面的实心轴，由式(6.2)(6.2)得：得：与轴材料有关的系数，与轴材料有关的系数，式中：式中：由上式求出的直径值，需根据表由上式求出的直径值，需根据表6-3圆整成标准直径，圆整成标准直径，并作为轴的最小直径。如轴上有一个键槽，可将该直径值并作为

29、轴的最小直径。如轴上有一个键槽，可将该直径值增大增大3%5%，若有两个键槽增大，若有两个键槽增大7%10%。6.3.3转轴的强度计算与设计过程2.2.转轴的结构设计转轴的结构设计在轴的结构设计时，必须按比例绘制轴的结构草图。通常按在轴的结构设计时，必须按比例绘制轴的结构草图。通常按以下步骤设计：以下步骤设计：(1)(1)确定轴上零件的位置和固定方法。确定轴上零件的位置和固定方法。(2)(2)确定各轴段的直径和长度。确定各轴段的直径和长度。6.3.3转轴的强度计算与设计过程3.3.转轴的强度计算转轴的强度计算转轴同时承受扭矩和弯矩，必须按弯曲和扭转组合强度进行计算。完成轴的结构设计后，作用在轴上

30、外载荷(扭矩和弯矩)的大小、方向、作用点、载荷种类及支点反力等已确定，可按弯扭合成的理论进行轴危险截面的强度校核。进行强度计算时通常把轴当作置于铰链支座上的梁，作用于轴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。6.3.3转轴的强度计算与设计过程3.3.转轴的强度计算转轴的强度计算具体的计算步骤如下：具体的计算步骤如下：(1)画出轴的空间力系图。将轴上作用力分解为水平面分力和垂直面分力，并求出水平面支点反力和垂直面上的支点反力。(2)计算水平面MH并画出水平面弯矩图(3)计算垂直面弯矩并MV画出垂直面的弯矩图。(4)计算合成弯矩。，画

31、出合成弯矩图。(5)计算轴的转矩T，画出转矩图。(6)计算当量弯矩。根据第三强度理论，当量弯矩其中根据转矩性质而定的应力校正系数。对于不变的转矩，取；对于脉动循环的转矩，取；对于对称循环的转矩，取。6.3.3转轴的强度计算与设计过程3.3.转轴的强度计算转轴的强度计算(7)校核轴的强度。对选定的危险截面按下式验算：由弯矩图和转矩图可初步判断轴的危险截面。根据危险截面上产生的弯曲应力和扭应力，可用第三强度理论求出钢制轴在复合应力作用下危险截面的当量弯曲应力其强度条件为(6.8)对于直径为d的实心轴，有WT2W，由式(6.8)得对于一般转轴，为对称循环变应力；而的循环特性则随转矩T的性质而定。考虑

32、弯曲应力与扭应力变化情况的差异，将上式中的转矩T乘以校正系数，即计算轴的直径时，式(6-9)可以写成6.3.3转轴的强度计算与设计过程【例例6.16.1】某单级斜齿圆柱齿轮减速器，经初步结构设计，确某单级斜齿圆柱齿轮减速器，经初步结构设计，确定输出轴的结构和尺寸如图定输出轴的结构和尺寸如图6.17(a)6.17(a)所示，空间受力如图所示，空间受力如图6.17(b)6.17(b)所示。已知轴上齿轮分度圆直径所示。已知轴上齿轮分度圆直径d d=280mm=280mm，作用在，作用在齿轮上的切向力齿轮上的切向力F Ft=5500Nt=5500N，径向力，径向力F Fr=2072Nr=2072N，轴

33、向力，轴向力F Fx x=1474N=1474N，传动不逆转，轴的材料为，传动不逆转，轴的材料为4545钢，调质处理。钢，调质处理。试校核该轴的强度。试校核该轴的强度。6.4轴毂联结轴毂联接的目的是使轴上零件能同轴一起转动，并传递转矩。轴毂联接有键联接、花键联接、过盈配合联接、无键联接、销联接和紧定螺钉联接等多种方式6.4轴毂联结6.4.16.4.1键联接的类型键联接的类型 键是标准件，分为平键、半圆键、楔键等1.平键平键的两侧面是工作面。这种键联接定心性好，装拆方便，能承受冲击或变载荷。工作时靠键与键槽互相挤压与键的剪切传递转矩。键联接按用途分为普通平键、导向平键和滑键三种。图6.18普通平

34、键联接A型型B型型C型型图6.19导向平键联接图6.20滑键联接6.4.1键联接的类型 2.半圆键半圆键也是以两侧面为工作面(如图6.21所示)，用于静联接。半圆键能在轴上键槽中摆动，以适应轮毂键槽底面的倾斜，便于安装且有良好的自位作用。缺点是键槽较深，对轴的强度削弱较大，只适用于轻载联接，常用在锥形轴端与毂孔的联接中，如图6.21所示。图6.21半圆键联接6.4.1键联接的类型 3.楔键楔键(如图6.22所示)上下面是工作面，常用的有普通楔键和钩头楔键两种。键的上表面和轮毂键槽底面各具有1100的斜度，装配时把楔键打入轴和轮毂的键槽内，使在工作面上产生很大的压紧力。工作时主要靠楔紧的摩擦力传

35、递转矩，并能承受单方向的轴向力。由于楔键打入时迫使轴和轮毂产生偏心，故多用于对中性要求不高、载荷平稳和转速较低的场合。图6.22普通楔键6.4.2普通平键联接的设计过程普通平键联接的设计，通常是根据工作条件和使用要求先选定键的类型，然后根据轴的直径查标准确定键的横截面尺寸，根据轮毂长度确定键的长度。在确定了结构和尺寸之后还需校核联接的强度。1.确定键的类型键的类型选择主要应考虑键的工作条件、使用要求和各键的类型选择主要应考虑键的工作条件、使用要求和各种键联接的特点。种键联接的特点。2.确定键的截面尺寸设计时，根据轴的直径设计时，根据轴的直径d从附表从附表6-1所列标准中选择普通所列标准中选择普

36、通平键的宽度平键的宽度b和高度和高度h。3.确定键长键的长度键的长度L略小于轮毂的长度略小于轮毂的长度(一般比轮毂长度短一般比轮毂长度短5mm10mm)，并符合表，并符合表6-6中规定的长度系列。中规定的长度系列。6.4.2普通平键联接的设计过程4.强度校核1)平键联接的受力和失效形式图6.23所示为普通平键联接工作时受力情况的示意图。在切向力的作用下。键和键槽的两侧面受挤压，键的面受剪切。因此，键联接的主要失效形式为：对于静联接常为较弱零件(一般为轮毂)工作面的压溃；对于动联接常为较弱零件工作面的磨损。而键的剪切破坏，在满足联接的挤压或磨损强度条件下一般不会出现。图6.23平键联接的受力6.

37、4.2普通平键联接的设计过程4.强度校核2)平键联接的强度校核假设载荷沿键长均匀分布，由图6.23可得平键联接的强度校核公式为静联接静联接动联接动联接挤压应力挤压应力(MPa)；压强压强(MPa)；轴传递的转矩轴传递的转矩(Nmm)；轴的直径轴的直径(mm)；键与轮毂的接触高度，取键与轮毂的接触高度，取(mm)；键的高度键的高度(mm)；键的工作长度键的工作长度(mm)，A型键，型键，B型键，型键，C型键；型键；键宽；键宽；许用挤压应力许用挤压应力(MPa)许用压强许用压强(MPa)6.4.2普通平键联接的设计过程【例6.2】一铸铁直齿圆柱齿轮用普通平键与钢轴联接，齿轮轮毂长为90mm，安装齿

38、轮处轴的直径为d=60mm，该联接传递的转矩为T=500Nmm，工作有轻微冲击。试确定此键的型号和尺寸计算与说明主要结果1.选择键的类型和材料选A型平键A型平键键的材料为45钢45钢2.确定键的尺寸由轴径d=60mm，查附表6-1得：宽b=18mm，高h=11mm轮毂长90mm，查附表6-1且(键比轮毂长度短些)得：键长L=80mm3.校核键联接的强度A型键的工作长度为：=Lb=(8018)mm=62mm由式(6.11)得由表6-6查得联接的许用挤压应力=50MPa60MPa，显然：，键的强度足够4.键的型号键1880GB/T10951979解：解：6.4.3花键联接如图6.24所示，当轴、毂

39、联接传递的载荷较大或对定心精度要求较高时，可采用花键联接。花键联接由花键轴和轮毂孔上的内花键齿组成。与平键联接相比，花键联接的齿对称布置，对中性、导向性、载荷分布的均匀性都较好，而且齿数多，接触面积大，承载能力高，尤其广泛应用于轴毂动联接中。其缺点是加工花键需要专门设备，制造比较复杂，成本高。图6.24花键联接6.4.3花键联接1.矩形花键矩形花键的定位配合方式主要有大径定心、小径定心两种方式，采用大径定心(如图6.25(a)所示)配合方式，内花键大径通常在淬火处理前加工完成，在淬火后无法对内花键大径进行修整，由于热处理变形，造成内花键孔精度难以保证，容易导致在装配过程中内、外花键出现较大的配

40、合间隙。而小径定心方式，具有加工工艺性好、稳定性高，加工精度易于保证的特点，并能采用热处理后进行磨削的工艺方案，使得花键获得较高的加工精度。矩形花键已标准化，对大径为14mm125mm的矩形花键联接，GB/T11441987规定以小径定心如图6.25(b)所示。(a)大径定心大径定心(b)小径定心小径定心图6.25矩形花键联接6.4.3花键联接2.渐开线花键渐开线花键两侧曲线为渐开线，其压力角规定有30、45两种。前者用于轻载、小直径或薄壁零件的联接；后者用于重载场合，并可用加工齿轮的方法加工。渐开线花键的定位配合采用齿形定心方式，如图6.26所示。渐开线花键根部强度大，应力集中小，承载能力大

41、。图图6.26渐开线花键联接渐开线花键联接6.4.4轴上零件周向固定的其他方法 轴上零件的周向固定方法除上述介绍的常用方法外，还轴上零件的周向固定方法除上述介绍的常用方法外，还有过盈配合联接有过盈配合联接(如图如图6.276.27所示所示)、无键联接、无键联接(如图如图6.286.28所示所示)及销联接及销联接(如图如图6.296.29所示所示)等等图图6.27过盈联接过盈联接(a)成形联接成形联接(b)方形联接方形联接图图6.28无键联接无键联接(a)圆柱销联圆柱销联接接(b)圆锥销联接圆锥销联接图图6.29销联接销联接本章小结本章小结 本本章章将将介介绍绍轴轴的的分分类类和和材材料料选选择

42、择，轴轴的的结结构构设设计计，轴轴的的强强度计算和轴上零件的固定方法。度计算和轴上零件的固定方法。本章实训本章实训1.1.列举传动轴、心轴、转轴的实例各两个。列举传动轴、心轴、转轴的实例各两个。2.2.指出图指出图6.306.30中轴系结构设计不合理及不完善的地方，并画出中轴系结构设计不合理及不完善的地方，并画出改正后的轴系结构图。改正后的轴系结构图。图6.30习题2图本章实训本章实训3.3.图图6.316.31为齿轮轴组件。轴传递的转矩为为齿轮轴组件。轴传递的转矩为T T=106Nmm=106Nmm，单向转，单向转动，轴上安装的直齿圆柱齿轮的分度圆直径动，轴上安装的直齿圆柱齿轮的分度圆直径d

43、 d=228mm=228mm，轮毂长，轮毂长100mm100mm，齿轮压力角，齿轮压力角=20=20，轴的结构与尺寸如图所示。轴的材，轴的结构与尺寸如图所示。轴的材料为料为4545钢，并经过调质处理。试校核轴的强度。钢，并经过调质处理。试校核轴的强度。图6.31习题3图本章实训本章实训4.4.已知一传动轴的直径已知一传动轴的直径d d=30mm=30mm，工作转速，工作转速n n=800r/min=800r/min，轴的材，轴的材料为料为4545钢正火处理，许用扭切应力不超过钢正火处理，许用扭切应力不超过40MPa40MPa。求该轴能传。求该轴能传递的功率。递的功率。5.5.有一传动轴直径有一传动轴直径d d=40mm=40mm，传递扭矩为，传递扭矩为150Nm150Nm。现对机器进行。现对机器进行改造，拟把转矩提高改造，拟把转矩提高30%30%，材料和其他工作条件不变，求改造，材料和其他工作条件不变，求改造后所需轴的直径。后所需轴的直径。