机械设计CH2-3轴毂连接

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1、多媒体CAI课件设计基础 第一章 第2章 轴 毂 连 接 计计划学时时：2h 制作人：向敬忠基本要求及重点、难点 2.1 键连接和花键连接 2.2 销连接 2.3 其他连接多媒体CAI课件设计基础 第一章重点、难点： 1）掌握键联接的类型及应用。 2）掌握平键键联接的强度计算。 3）掌握花键联接类型及应用。 4）掌握销联接类型、特点、应用。 作业:基本要求: 1）掌握键联接的类型及应用。 2）掌握平键键联接的强度计算。 3）了解花键联接类型及应用。 4）了解花键联接的强度计算。 5）掌握销联接类型、特点、应用。 6）了解过盈联接及型面联接。 多媒体CAI课件设计基础 第一章多媒体CAI课件设计

2、基础 第一章 2.1 键连接和花键连接 键主要用来实现轴和轴上零件之间的周向固定以传递转矩 。有些类型的键还可实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。 功用多媒体CAI课件设计基础 第一章2.1.1 键连接的类型 键是标准件，分为平键、半圆键、楔键和切向键等。 1平键连接 平键：普通平键和导向平键。定心性较好、装拆方便。 多媒体CAI课件设计基础 第一章 普通平键分为圆头(A型)、方头（B型）或单圆头(C型)，圆头键在轴 槽中固定性好，但轴上键槽端部的应力集中较大。方头键的 应力集中较小。单圆头键常用于轴端。普通平键应用最广。 多媒体CAI课件设计基础 第一章 轴上键槽的加工 多媒体CAI课件设计基

3、础 第一章导向平键导向平键连接能实现轴上零件的轴向移动，构成动连接。多媒体CAI课件设计基础 第一章多媒体CAI课件设计基础 第一章多媒体CAI课件设计基础 第一章滑动平键滑动平键连接能实现轴上零件的轴向移动，构成动连接。多媒体CAI课件设计基础 第一章2半圆键连接 半圆键连接具有良好的定心性能。半圆键能在轴槽中摆动 以适应毂槽底面，装配方便。但键槽对轴的强度削弱较大， 适用于轻载连接。锥形轴端采用半圆键连接在工艺上较为方便。多媒体CAI课件设计基础 第一章3楔键连接楔键的上下面是工作面，产生很大的预紧力Fn。工作时主要 靠接触面上的摩擦力fFn传递转矩T,并能承受单方向的轴向力。 楔键仅适用

4、于定心精度要求不高、载荷平稳和低速的连接。 多媒体CAI课件设计基础 第一章4切向键连接 在重型机械中常采用切向键连接。键的工作面为窄面，其上 的工作压力沿轴的切线方向作用，能传递很大的转矩。当双向 传递转矩时，可用两对切向键并分布成120130。 多媒体CAI课件设计基础 第一章 键连接的设计过程多媒体CAI课件设计基础 第一章2.1.2 平键连接的强度计算 键的材料：采用强度极限不低于600MPa的碳素钢，常用 45钢，20钢或Q235钢。主要失效形式：工作面的压溃和磨损（对于动连接）。 除非严重过载，才有可能出现沿a-a面的剪断。 多媒体CAI课件设计基础 第一章式中： T 为转矩，Nm

5、m；d为轴径、h为键的高度、 l为键的工作长度 ，mm； p为许用挤压应力、 p为许用压强，MPa。 键连接的许用挤压应力许用压强 MPa许 用 值 轮毂 材料载 荷 性 质静载荷 轻微冲击 冲 击钢 125 150 100 120 60 90铸 铁70 80 50 60 30 45钢 50 40 30若强度不够时，可采用两个键按180布置。在强度校核中 可按1.5个键计算。 挤压强度条件： 动连接计算依据： 多媒体CAI课件设计基础 第一章2.1.3 花键连接 花键连接轴和轮毂孔周向均布的多个键齿构成的连接。 组成：外花键，内花键。 特点：花键连接比平键连接的承载能力高，对轴的削弱程度 小（

6、齿浅、应力集中小），定心好和导向性能好。它适用于定 心精度要求高、载荷大或经常滑移的连接。 多媒体CAI课件设计基础 第一章分类： 1）矩形花键小径定心，定心精度高、稳定性好； 2）渐开线花键靠齿形自动定心，强度高。 多媒体CAI课件设计基础 第一章矩形花键 键的两侧面为平面，形状较为简单，加工方便。花键 通常要进行热处理，表面硬度应高于40HRC。矩形花键联接 的定心方式为小径定心，即外花键和内花键的小径为配合 面，由于制造时轴和毂上的接合面都要经过磨削，因此能 消除热处理引起的变形，具有定心精度高、定心稳定性好 、应力集中较小、承载能力较大的特点，故应用广泛。 在标准中根据键的齿数和 齿高

7、的不同，矩形花键的齿形 尺寸分为轻、中两个系列。轻 系列的承载能力较小，一般用 于轻载联接或静联接；中系列 用于中等载荷的联接。 多媒体CAI课件设计基础 第一章 渐开线花键 渐开线花键的齿廓为渐开线与渐开线齿轮相比主要有三点不同：1)压力角不同，渐开线花键分度圆压力角有30和 45两种；2)键齿较短、齿根较宽，两种压力角对应的齿顶高系 数分别为0.5和0.4；3)不产生根切的最小齿数较少，渐开线花键不产生根 切的最小齿数可达4个。 多媒体CAI课件设计基础 第一章渐开线花键的制造工艺与齿轮制造完全相同，齿根有平 齿根和圆齿根两种。为了便于加工，一般选用平齿根，但圆 齿根有利于降低应力集中和减

8、少产生淬火裂纹的可能性。 特点1)工艺性较好，制造精度较高；2)花键齿的根部强度高，应力集中小，故承载能力大， 使用寿命长；3)定心精度高，渐开线花键的定心方式为齿形定心，当 齿受载时，由于作用于齿面的压力而自动平衡定心，有利于 各齿均匀承载。常用于载荷较大、尺寸也较大的联接。 压力角为为45的渐开线花键，由于齿形钝而短，与压 力角为30的渐开线花键相比，对联接件的强度削弱较少， 但齿的工作面高度较小，故承载能力较低，多用于较轻载荷 、较小直径的静联接，特别适用于薄壁零件的轴毂联接。多媒体CAI课件设计基础 第一章 滚滚珠花键键 滚珠花键联接分为凸型滚珠花键和凹型滚珠花键两种。 1）凸型滚珠花

9、键联接 多媒体CAI课件设计基础 第一章在花键轴外圈，有以120等分排列的三条凸肩突起部分，配有6条负荷钢球列，将三条凸肩突起部分左右夹住， 以传递运动和动力。花键轴被精密研磨加工成近似钢球直 径的R型，当旋转运动发生时，无论旋转力矩源是由花键轴带动，还是外筒带动，其转矩均由6条负荷滚珠列中依转矩 方向中的3条平均负担，故旋转中心自动确定而无偏转现象 。 特点凸型滚珠花键联接具有安装简便、刚度高、定位精确等特点。 应用适用于高速旋转的场合，如机器人及摇臂、自动装卸车、组合机床、自动搬运装置、磨床主轴驱动轴、各种变 速装置、精密分度轴等，是非常安全可靠的直动系统。 多媒体CAI课件设计基础 第一

10、章2）凹型滚珠花键联接 多媒体CAI课件设计基础 第一章花键轴及外筒均有6条与钢球半径大体相同的圆弧形沟 槽，负荷钢球在此槽中既承受载荷，又做直线滚动运动。 特点凹型滚珠花键联接具有寿命长、刚度高、移动精度稳 定的特点。 应用广泛用于承受大负荷进行直线运动的场合。如工业用 机器人手臂及支柱、点焊机、铆机、装订机、自动添充机 、自动纺纱机、光学测定器等。 无论凸型滚珠花键联接还是凹型滚珠花键联接，钢球 均安装在外筒内径的保持架中，并持续做整列循环运动， 即使取下花键轴，钢球也不会脱落。滚珠花键联接的精度等级，是按轴的支承部位和花键 外筒外径相对的摆动而分类为普通级、高级和精密级。 多媒体CAI课

11、件设计基础 第一章与平键相比，花键联接的主要优点： 1)键齿均匀分布，轴毂受力均匀；2)齿轴一体，齿槽较浅，齿根的应力集中较小，被联接件的强度削弱较少；3)齿数多，总接触面积大，压强较小且分布较均匀。故花键联接具有较高的承载能力。此外，键齿可利用较完善的制造工艺，这使得被联接件具有较好的定心性能和轴上零件沿轴向移动时具有较好的导向性能，而且零件的互换性也亦得到保证。因此，花键联接的应用日趋广泛，尤其是作为轴毂的动联接更有其独特的优越性。不过，由于键齿的制造需要专用设备和工具，使花键联接的应用受到一定的限制。 多媒体CAI课件设计基础 第一章花键连接可以做成静连接，也可以做成动连接，一般只 验算

12、挤压强度和耐磨性。以矩形花键为例，由国标可查得大 径D、小径d、键宽B和齿数z，载荷不均匀系数k=0.70.8， 可计算连接所能传递的扭矩。 承载能力： 静连接 动连接 式中： h为齿面工作高度、 l为齿的接触长度，mm； p为许用挤压 应力、 p为许用压强，MPa。对于矩形键，h=(D-d)/2-2C, rm=(D+d)/4, 此处处C为齿顶为齿顶 的倒圆圆半径。多媒体CAI课件设计基础 第一章花键材料：强度极限不低于600MPa的钢料制造，在载荷下频 繁移动的花键齿，应通过热处理获得足够的硬度以抗磨损。花 键的许用挤压应力、许用压强可查表查取。 花键连接的许用挤压应力p和许用压强p MPa

13、连接工作方式工作条件p或p齿面未经热处 理齿面经过热处 理静连接p 35 5060 10080 12040 70100 140120 200动连 接p （不在载荷下移动 ） 15 20 20 30 25 4020 3530 6040 70动连 接p （在载荷下移动） 3 105 1510 20注： 很差， 中等， 良好。多媒体CAI课件设计基础 第一章2.2 销连接 销的主要用途：固定零件之间的相对位置，并可传递不 大的载荷。 常用材料：35，45钢。 多媒体CAI课件设计基础 第一章分类及特点： 1.按销的用途分1）定位销固定两个零件的相对位置，起定位作用，是组 合加工和装配时必不可少的；多

14、媒体CAI课件设计基础 第一章2）连接销可用于传递不大的载荷，主要用于轴毂连接；3）安全销作安全装置中的过载剪断元件，保护机器中的 重要零件。多媒体CAI课件设计基础 第一章1）圆柱销经过多次拆装，定位精度会降低；2）圆锥销锥销有1:50的锥度，安装较方便，多次装拆对定位精度的影响较小。3）大端具有外螺纹的圆锥销便于拆装，可用于盲孔；4）小端带外螺纹的圆锥销适于有冲击的场合。2.按销的形状分多媒体CAI课件设计基础 第一章多媒体CAI课件设计基础 第一章销钉连接的装拆：多媒体CAI课件设计基础 第一章应用示例：2.3 其他连接成型连接特点：装拆方便，能保证良好的对中性；没有应力集中源 ，故承载

15、能力高。其缺点是加工工艺较为复杂，特别是为 了保证配合精度，非圆截面轴先经车削，毂孔先经钻镗或 拉削，最后工序一般均要在专用机床上进行磨削加工，故 目前应用并不普遍。多媒体CAI课件设计基础 第一章多媒体CAI课件设计基础 第一章弹性环连接多媒体CAI课件设计基础 第一章特点：定心性能好、装拆方便、引起的应力集中小、承载能力 高、具有安全保护作用。但由于受轴和毂之间的尺寸影响， 使得其应用受到一定限制。多媒体CAI课件设计基础 第一章过盈连接过盈联接是利用两个被联接件本身的过盈配合来实现的 。组成联接的零件，一为包容件，另一为被包容件。其配合 表面通常为圆柱面，也有为圆锥面的，分别称为圆柱面过盈 配合和圆锥面过盈配合。 固特力连接的摩擦力或力矩 多媒体CAI课件设计基础 第一章在一般情况下，拆开过盈连接需要很大的外力，常常会 使零件配合表面损坏，甚至整个零件破坏。因此，这种连接 属于不可拆联接。但是，如果采取适当的拆卸方法，即使过 盈量较大的联接也可能是可拆联接，如圆锥面过盈联接、账 紧联接等。 特点：过盈联接具有结构简单、定心性好、承载能力高和 在振动下能可靠地工作等优点。主要缺点是配合面的加工精度要求较高，且装配