轴和轴毂连接1
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第9章 轴及轴毂连接
5）为便于零件的装拆而设计的非定位轴肩高度（半径差）h ≈1.5～2mm。
7) 用套筒、螺母、挡圈等定位时，轴段长度应小于相配零件宽度；
四、轴的结构工艺性(重点)
1、轴应设计成阶梯状，且中间粗两头细便于零件从两端装入；
2、与滚动轴承配合的轴肩高度或套筒高度应小于轴承内圈的厚度； 3、轴端应有倒角：c×45°——便于装配。 4、与传动件配合的轴头长度应略短于轮毂的宽度2~3mm，以便 于轴上零件固定可靠；
B
轴套
L
5、装配段不宜过长
6、退刀槽和越程槽
越程槽：保证砂轮能磨削到轴肩，保证轴肩的垂直度； 退刀槽：加工螺纹时，退刀槽可以保证刀具退出。 7、键槽布置
固定不同零件的各键槽应布置在同一母线上，以减少装夹次数。
注意：各轴段直径d 和长度L的确定。
改错
1.缺少密封装置； 2.缺少垫片，不能调整轴承间隙； 3.缺少挡油环； 4.锥齿轮与轴缺少键联接； 5.锥齿轮轴向固定不可靠；6.右轴承不能装配； 7.右轴承外圈缺少固定； 8.左轴承外圈缺少固定。
按受载情况分
弯矩 心轴 转轴
√ √
转矩
× √ √
传动轴 ×
按轴的外形分
光轴
阶梯轴 空心轴 实心轴
形状简单， 加工方便， 轴上零件装 能满足定位 配定位困难 和装配方便 的需要
二、轴的材料
价格便宜，对应力 具有较高的机械强度，更 集中敏感性小，为 ① 碳素钢 好的淬火性能，所以，在 了保证机械性能， 常用30、40、45号钢 传递大功率、减轻重量、 应进行调质或正火 易做成复杂的外形，价 提高轴颈耐磨性时采用。 ② 合金钢 处理。 廉，具有良好的吸振性 40Cr、40CrNi、20Cr、20Cr2Ni4A、 和耐磨性，对应力集中 38SiMnMo 敏感性较低，但铸造品 质难控制，可靠性较差 ③ 铸铁 QT600-3、QT800-2 选择轴的材料和热处理方式时，主要考虑强度、 刚度和耐磨性，而不是轴的弯曲和扭转刚度。
轴和轴毂连接课件
四、 轴毂联接
五、 轴的使用与维护
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3
任务八轴和轴毂联接
一、轴的功用、分类与选材
1、轴的含义：轴是组成机器的重要零件之一，作回 转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动，大 多数轴还起着传递转矩的作用。轴要用滑动轴承和 滚动轴承来支承。常见的轴有直轴和曲轴，曲轴主 要用于作往复运动的机械中。 2、轴的功用：1）支承回转零件（齿轮、涡轮、带 轮、凸轮等）；2）传递运动和动力。
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轴上零件的轴向定位方法
轴肩或轴环定位
特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力。 应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位。
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注意：①为了保证轴上零件紧靠定位轴肩。 应使： r轴<R孔 或 r轴<C孔！ 且： h轴>C孔或 h轴 >R孔 正 确
错 误
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轴向定位和固定——
①
轴肩和轴环
轴肩与轴环——由定位面和过度圆角组成。 为保证零件端面能靠紧定位面，轴肩(环)圆角半径r必须 小于零件毂孔的圆角半径R或倒角高度C1; 轴肩(环)高度 h应大于C1和R，为了有足够的强度来承受轴向力，通常 取h=(0.07~0.1)d。轴环宽度b≥1.4h。
机车车轴为转动心轴
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4、轴的分类：
第一种分类方法是按承载情况分： (3) 心轴——这种轴在回转工作时主要只承受弯矩的 轴称为心轴，如机车车轴， 如自行车的前轴。
机车车轴为转动心轴
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(3) 心轴——这 种轴在回转工 作时主要承受 弯矩的轴称为 心轴，如机车 车轴， 如自行 车的前轴。
轴和轴毂连接
≤100 ~187
149
520
用于不重要或 载荷不大的轴 有较好的塑性 和适当的强度， 可用于一般曲 轴、转轴。
作者： 潘存云教授
§14-4
轴的设计
a
设计：潘存云
P231
举例：计算某减速器输出轴危 d 险截面的直径。已知作用在齿 轮上的圆周力Ft=17400N, 径向 1 力， Fr=6140N, 轴向力 Fa=2860N,齿轮分度圆直径 F1v d2=146 mm,作用在轴右端带 轮上外力F=4500N（方向未 定）, L=193 mm, K=206 mm 解：1) 求垂直面的支反力和轴向力
130 70
[σ-1b]
40
碳素钢
脉动循环状态下的 500 170 许用弯曲应力
600 700 200 230
75 95
110
45 Байду номын сангаас5
65
800
270
300
130
140
75
80
合金钢 铸钢
长沙航空职院专用
900
1000 400 500
330 100 120
150 50 70
90 30 40
作者： 潘存云教授
§14-1
分类： 按承受载荷分有 类 型 按轴的形状分有
概述
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
转轴——传递扭矩又承受弯矩 传动轴——只传递扭矩 心轴——只承受弯矩 直轴
长沙航空职院专用
作者： 潘存云教授
§14-1
分类： 按承受载荷分有 类 型 按轴的形状分有
概述
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
轴和轴毂连接
14.2 轴的结构设计
2）轴上零件的其他定位方法
14.2 轴的结构设计
3、轴的结构工艺性
在满足使用要求的情况下，轴形状尽量简单，相邻轴段直径差不宜过大; 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
轴端、轴颈和轴肩的过渡部位应有倒角或过度圆角；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; 与标准零件相配合的轴径取为圆整值，轴头的直径应采用标准直径系列，以利于加工和 检验; 当轴上有多处键槽时，应使各键槽位于轴的同一母线上；
二）按轴的受载情况不同分类
1.心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。 2.传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传递转 矩。如汽车的传动轴。 3.转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。如减速器轴。
F
d
F
Me
扭转
T
T
弯 曲
14.2 轴的结构设计
一、轴的结构
观看切向键的安装
14.3.2 花键联接
由轴和轮毂孔沿四周方向均部的多个键齿构成的联接称谓 花键联接。
花键的标记为：N（键数）×d（小径）×D（大径）×B（键槽宽） 优点： ① 轴上零件与轴的对中性好； ② 轴的削弱程度较轻； ③ 承载能力强； ④ 导向性好。 缺点: 制造比较复杂、需专用设备，成本高。 花键联接多用于载荷较大，定心精度要求较高的联接中，如汽车，机床， 飞机等机器中。
A型
B型 A型 C型 B型 C型
14.3.1 键连接
普通平键
A型平键
B型平键
C型平键
Ø采用A、C型平键时，轴上键槽一般用指状铣刀铣出，采用B 型键时，键槽用盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用插削或拉削。 A型键应用最广，C型键一般用于轴端。
第六章 轴与轴毂联接
轴的设计
第六章 轴及轴毂连接
二、初定轴径 （一）、类比法
参考同类机型，比较轴传递的功率、转速和工作条件 等初步确定轴的直径。
（二）、按扭转强度计算 dmin
T=9.55×106P/n τ T=T/w T N.mm w T ≈0.2d3
6
P 9.55 × 10 n ≤ [ τ ] MPa τ T= T 3 0 .2 d
d 2 = 1.7 d1 = 1.7 × 20 = 34mm
即d2＝34mm时与d1 等强度。 而今， d2＝60mm 故低速轴强度高。
第六章 轴及轴毂连接
那 根 轴 最 粗 ？
Ⅰ
Ⅱ
Ⅳ
Ⅲ
第六章 轴及轴毂连接
三、轴的强度计算 （一）确定支点和力作用点之间尺寸 几点假设：
1） 支点选择在轴承宽的中点。 2）带轮、齿轮等承受的载荷看成集中载荷，载荷作用在轮宽中点。 3）旋转零件之间、旋转零件与静止零件之间的距离由经验公式选取， 通常选取10～15mm。
（二）、半圆键
多用于轴端锥面 的辅助连接。传递较小的载 荷。
第六章 轴及轴毂连接
（三）、斜键
1:100 工作面
1:100的斜度。工作面为上下面。
1:100
普通斜键
钩头斜键
普通斜键：工作时打紧，靠上下面摩擦传递扭矩，并可传递单向轴向力； 特 点 ：适用于低速轻载、对中性较差，转动精度要求不高的场合。变载下易松 动。钩头只用于轴端连接，如轮子在中间，使用普通斜键，且键槽应比键长2倍才 能装入。且要装安全罩 。
第六章 轴及轴毂连接
9.55 × 10 6 P ⋅ d≥3 0.2[τ T ] n 9.55 × 10 6 令：A 0 = 3 0.2[τ T ] d ≥ A0
轴及轴毂联接
轴及轴毂联接§1 概述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。
一、轴的分类按轴受的载荷和功用可分为：1.心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。
如.车辆轴和滑轮轴。
2.传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传递转矩。
如汽车的传动轴。
3.转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。
如减速器轴。
二、轴的材料主要承受弯矩和扭矩。
轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的强度、韧性和耐磨性。
轴的材料从以下中选取：1. 碳素钢优质碳素钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，价格便宜，应用广泛。
例如：35、45、50等优质碳素钢。
一般轴采用45钢，经过调质或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应进行表面淬火及低温回火处理。
轻载或不重要的轴，使用普通碳素钢Q235、Q275等。
2. 合金钢合金钢具有较高的机械性能，对应力集中比较敏感，淬火性较好，热处理变形小，价格较贵。
多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。
例如：汽轮发电机轴要求，在高速、高温重载下工作，采用27Cr2Mo1V、38CrMoAlA等。
滑动轴承的高速轴，采用20Cr、20CrMnTi等。
3. 球墨铸铁球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。
例如：内燃机中的曲轴。
三、设计轴的要求轴的设计一般应解决轴的结构和承载能力两方面的问题。
具体的说，轴的设计步骤有：（1）选择轴的材料；（2）初步估算轴的直径；（3）进行轴的结构设计；（4）精确校核（强度、刚度、振动等）；（5）绘制零件的工作图§10—2 轴的结构设计如教材图10-6所示为一齿轮减速器中的的高速轴。
轴和轴毂连接(课堂PPT)
9
14.3 轴的结构设计
2、确定轴的各段长度 确定轴的各段长度，应注意以下几点： 1）当零件需要轴向定位时，则该处轴段的长度应比所装零 件的宽度小（2-3mm），以保证零件沿轴向可靠定位，如装 齿轮段 2）装轴承处的轴段长度一般与轴承宽度相同。 3）轴段长度的确定应考虑轴系中各零件之间的相互关系和 装拆工艺要求。
10
14.3 轴的结构设计
14.3.3 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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D h r R
d D
h
C
r d
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
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
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。
n
其余各段轴的直径确定应注意以下几点：
1）应考虑键槽对轴的强度的影响，若该处有一个键槽，直 径增加3%-5%，若有两个键槽，直径增加7%-10%
2）装配标准件处，其轴段直径必须符合标准件的标准直径 系列值
3）有定位要求的轴段，轴的直径应满足定位要求。
4）非配合轴段直径，可不取标准值，但是一般应取整数。
相对固定。 2）轴应有良好的工艺性，便于制造和进行轴上零件的装
配及调整。 3）轴的结构要有利于减少应力集中。 4）受力合理，有利于减轻轴的重量和节省材料。
7
14.3 轴的结构设计
类比法 根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结构设计，画出 轴的零件图。
设计计算法
轴和轴毂联接
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。
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。
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。
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
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自行车 前轮轴
前叉
支撑反力
转动心轴 火车轮轴
前轮轮毂 固定心轴
分类： 按承受载荷分有：
类 型
按轴的形状分有：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
传动轴---只传递扭矩
心轴---只承受弯矩
直轴
光轴 阶梯轴
一般情况下，直 轴做成实心轴， 需要减重时做成 空心轴
分类： 按承受载荷分有：
类 型
按轴的形状分有：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
一、轴上零件的装配方案
据轴上零件定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考 轴的结构设计的基本要求，得出如图所示的两种不同轴结 构。
二、轴上零件的固定 1、轴上零件的定位 轴肩及轴环----阶梯轴上截面变化之处。 零件的轴向定位由轴肩（轴环）或套筒来实现。
特点：结构简单，定位可靠 ，可承受较大的轴向力 应用：齿轮、带轮、联轴器、 轴承等的轴向定位
传动轴---只传递扭矩
心轴---只承受弯矩
直轴
光轴 阶梯轴
曲轴
分类： 按承受载荷分有：
类 型
按轴的形状分有：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
传动轴---只传递扭矩
心轴---只承受弯矩
直轴 曲轴
光轴 阶梯轴
挠性钢丝轴
二、轴的材料及选择
轴 工作时多为转轴，产生的应力多为变应力。 失效：疲劳损坏，轴颈过渡磨损、失圆或轴变形过大
圆螺母
特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降 应用：常用于轴的中部和端部
弹性挡圈
特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力。 应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位
轴端压板 特点：可承受剧烈振动和冲击。 应用：用于轴端零件的固定，
紧定螺钉
特点：可承受很小的轴向力。 应用：适用于轴向力很小，转速 低的场合
(5) 若各轴段具有较高同轴度，在轴两端开设中心孔
倒角
①②
③
④ ⑤⑥ ⑦
图10-6 越程槽和退刀槽
（2） 轴上所有键槽应沿轴的同一母线布置。 减少加工装夹
（3） 为了便于轴上零件的装配和去除毛 刺， 轴及轴肩端部一般均应制出45° 的倒角。过盈配合轴段的装入端常加 工出半锥角为30°的导向锥面(如图107)。
(4) 为便于加工，应使轴上直径相近处的圆角、倒角、键 槽、 退刀槽和越程槽等尺寸一致。
轴的设计过程：
选择材料
轴的结构设计： 根据轴上零件的安装、
定位以及轴的制造工艺等 方面的要求，合理地确定 轴的结构形式和尺寸。
结构设计 轴的承载能力验算
验算合格? N
Y
结束 工作能力计算：
轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动 稳定性等方面的验算。
第二节 轴的结构分析
轴的结构分析：包括定出轴的合理的
2.轴上零件的周向固定
为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动， 轴和轴上零件必须可靠地沿周向固定（连接）。常用的周 向固定方法有：销、键、花键、过盈配合和成形联接等， 其中以键和花键联接应用最广。
键连接
花键连接 销钉连接
三、各轴段直径和长度的确定 1、各轴段直径确定
各轴段所需的直径与轴上的载荷大小有关。初步求出 的直径作为承受扭矩的轴段的最小直径dmin，然后再 按轴上零件的装配方案和定位要求，从dmin处起逐一 确定各段轴的直径。
外形和全部结构尺寸
1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆； (制造安装) 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.改善应力状况，减小应力集中。
轴的结构 轴主要由轴颈、 轴头、 轴身三部分组成(如图10-5)。 轴上被支承的部分为轴颈，如图中③， ⑦段； 安装轮毂的部 分称做轴头，如图中①，④段； 联接轴颈和轴头的部分称做 轴身，如图中②，⑥段。
第11章 轴和轴毂联接
第一节 轴的功用、类型和材料 第二节 轴的结构分析 第三节 轴的工作能力分析 第四节 轴毂联接 第五节 轴的使用与维护
第一节 轴的功能、类型和材料
一、轴的功能和分类
轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转
运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)，并传递运动和动力。
分类： 按承受载荷分有：
9.55106 P
P
d3
3 A3
0.2[T ] n
n
1.轴上装配标准件（滚动轴承、联轴器、密封圈等)的轴段 （ ① ② ③ ⑦ ），其直径必须符合标准件的直径系列值
2 与一般零件（齿轮和带轮）相配合的轴段直径和零件毂孔直径 相同，采用标准尺寸。不予零件配合的轴段（5，6），其值不 用去标准值。
3. 结构设计的基本要求 轴的结构没计主要是使轴的各部分具有合理的外形尺寸。
（1） 对装配在轴上的零件， 应进行可靠的轴向固定和周 向固定。
（2） 便于轴的加工和轴上零件的装拆。 （3） 有利于提高轴的强度和刚度， 以及节省材料， 减轻 重量。
四、轴的结构工艺性 1）为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增 大的阶梯状。零件的安装次序 2）装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺 纹的轴端应有退刀槽。
3 起定位作用的轴肩高度 应按11－3原则确定，如 12，45，67；非定位轴 肩（23，34，56），高 度一般1－3mm。
2 .各轴段长度的确定 1.尽可能结构紧凑，保证零件所需要的装配和调整空间如
L应根据轴承端盖和联轴器装拆要求定出 2 各轴段长度主要由 各零件和轴装配部分 的轴向尺寸和各零件 相对位置尺寸确定 3 为保证各传动件轴向 固定，轴与传动件轮毂 相配部分的长度一般比 轮毂长度短1－3mm。
碳钢： 35、45、50 ，尤其是45号钢。 正火或调质处理。
对应力集中的敏感性低，加工工艺性好，故应用最广， 对于不 重要或受力较小的轴也可用Q235A等普通碳素钢。
合金钢：具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应 力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性有 特殊要求的轴。
轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。
转轴---传递扭矩又承受弯矩。
类 型
按轴的形状分有：
带式运 输机
电动机
减速器 转轴
分类： 按承受载荷分有：
类 型
按轴的形状分有：
转轴---传递扭矩又承受弯矩。 传动轴---只传递扭矩
发动机
传动轴
后桥
分类： 按承受载荷分有：
类 型
按轴的形状分有：
车厢重力
转轴---传递扭矩又承受弯矩 传动轴---只传递扭矩 心轴---只承受弯矩