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1、学习目标：1.了解轴的分类及常用材料；2.掌握轴的结构设计和强度计算方法。 学习重点：阶梯轴的结构设计和强度计算方法。 学习难点：轴的结构设计。,转 轴,6.1.1轴的分类,6.1 概述,心 轴,传动轴,光 轴,阶梯轴,曲轴,钢丝软轴,6.1.2 轴的材料,轴的常用材料、热处理方法及其主要力学特性,轴 的 结 构 设 计,轴 的 工 作 能 力 验 算,合 格?,结 束,yes,no,6.1.3 轴的设计过程,轴上零件要便于装拆和调整，即满足轴上零件的装配要求；,轴和轴上零件有准确的工作位置，各零件要牢固而可靠地相对固定，即满足零件定位要求；,加工方便和节省材料，即满足结构工艺性要求；,轴上零
2、件受力合理,并尽量减少应力集中，即满足 强度要求。,6.2.1 轴结构设计的主要要求,6.2 轴的结构设计,轴上零件的装配要求,例：二级锥、柱齿轮减速器输出轴的装配方案。,（合理）,6.2.2. 轴上零件的定位要求,轴端挡圈,轴承座,（）轴肩定位,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。,1.轴上零件的轴向定位方法,正 确,应使： r轴C孔或 h轴R孔,注意：为了保证轴上零件紧靠定位轴肩。,错 误,为了方便轴上零件的拆卸，轴肩高度应小于滚动轴承内圈的厚度！,轴承的拆卸,正确,（）套筒定位,特点：定位可靠，可承受较大的轴向力，轴上螺纹处 有较大
3、的应力集中，会使轴的疲劳强度下降。,应用：常用于固定轴端的零件。,（）圆螺母定位,特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力， 切槽时需要一定的精度。,应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位。,（）弹性挡圈定位,用于轴端零件的定位，可承受剧烈振动和冲击。,（）轴端挡圈（压板）定位,（6）紧定螺钉定位,适用于轴向力小， 转速较低的场合。,2.轴上零件的周向定位,过盈配合,键,花键,销,例：说出轴系中各零件的轴向和周向定位方法。,轴端挡圈,注意：为定位可靠，安装轮毂的轴段应比轮毂短23mm。如、两处。,轴承座,2)磨削轴段应留有砂轮越程槽，以便砂轮可以磨到轴段的端部。,1)车制螺纹轴段应留有退刀槽，保
4、证螺纹牙能达到预期的高度。,3.轴的结构工艺性,4)为了便于切削加工，一根轴上的圆角半径应尽可能相同；各退刀槽（砂轮越程槽）应取相同的宽度及相同的倒角尺寸；一根轴上各键槽应开在轴的同一母线上。,3)为了能选用合适的圆钢和减少切削加工量，阶梯轴各 相邻轴段的直径不宜相差太大，一般非定位轴肩取1 2mm，定位轴肩取510mm。,5)为了便于加工和检测，轴的直径应取圆整值；与标准件配合的轴段应取标准值。,6)为了便于装配，轴端应加工出倒角。,1)改善受力状况,(1）起重机卷筒的两种方案,好,不 好,4.强度要求,(2）一轮输入两轮输出的方案,2)减小应力集中,(1)采用圆角过渡；(2)尽量避免在轴上
5、开横孔、切口或凹槽；(3)重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角。,开卸载槽,过渡肩环,凹切圆角,轴系结构改错 1,3,2,1,1.轴肩太高，轴承无法拆下； 2.应加工螺纹退刀槽，保证螺纹牙能达到预期的高度，且螺母应顶紧轴承内圈； 3.应有轴肩，否则螺母无法拧入。,例：,轴系结构改错 1（改正）,轴系结构改错 2,1.左侧键太长，套筒无法装入； 2.多个键应位于同一母线上； 3.轮毂上的键槽应为通槽。,1,2,3,轴系结构改错 2（改正）,轴的强度计算应根据轴的承载情况，采用相应的计算方法。常见的轴的强度计算有以下两种,1、按扭转强度计算,对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为,设计公式为,
6、计算结果为 最小直径,应圆整为标准直径,对于既传递扭转又传递弯矩的轴，可按上式初步估算轴的直径,6.3.1 轴的强度计算,6.3 轴的工作能力计算,2、按弯扭合成强度计算,强度条件为,弯曲应力,扭切应力,代入得,因b和的循环特性不同，折合后得,折合系数取值 =,0.3 转矩不变；,0.6 脉动变化；,1 频繁正反转。,设计公式,3 按弯扭合成强度计算轴径的一般步骤,1)将外载荷分解到水平面和垂直面。求垂直面支撑反力FV和水平面支撑反力FH ；,2)作垂直弯矩MV图和弯矩MH图 ；,3)作合成弯矩M图；,4)作转矩T图；,5)弯扭合成，作当量弯矩Me图；,6)计算危险截面轴径:,1)若危险截面上
7、有键槽，则应加大4%；,2)若计算结果大于结构设计初步估计的轴径，则强度不够，应修改设计；,3)若计算结果小于结构设计初步估计的轴径，且相差不大，一般以结构设计的轴径为准。,说明：,变形量的描述：,挠度 y,转角,设计要求：,y y,复习材料力学相关内容。,6.3.2轴的刚度设计,轴受弯矩产生弯曲变形，受扭矩作用产生扭转变形,1 弯曲变形计算,1.按微分方程求解,2.变形能法,适用于等直径轴,适用于阶梯轴,2 扭转变形计算,等直径轴的扭转角,阶梯轴的扭转角,6.3.3 轴的振动稳定性,学习目标: 掌握键的类型、应用；平键的选择及强度计算；了解花键连接、无键连接及销连接的主要类型及应用 学习重点
8、： 平键联接的类型及选择；尺寸确定及强度计算 学习难点： 平键联接的选择及强度计算。,6.4 轴毂连接,功能：周向固定、导向。,1、键连接的功能、分类、结构形式及应用,分类：,键连接,松连接,紧连接,平键连接,半 圆 键 连 接（静连接）,普通平键（静连接）,薄型平键（静连接）,滑 键（动连接）,楔 键 连 接 （静连接）,切 向 键 连 接（静连接）,导向平键（动连接）,6.4.1 键连接,(1)普通平键连接,1) 平键连接,A型,B型,C型,(2)导向平键连接,变速箱中滑移齿轮与轴的连接 导向键连接,(3)滑键连接,2)半圆键连接,3) 楔键连接,4)切向键连接,2、键的选择和键连接强度计
9、算,1)键的选择,键的标准尺寸：截面尺寸 bh 及键长 L 。,（1）键的类型选择根据间连接的结构特点、使用要求和工作条件来选择。,（2）键的尺寸选择按照符合标准和满足强度要求来取定。,键的标记为：键bL GB/T 1096-2003(一般A型键可不标出A，但对于B、C型键，必须标注“键B”或“键C”）。,表1 普通平键和普通楔键的主要尺寸,2)键连接强度计算,失效形式： 压溃、剪断（很少）、磨损,l键的工作长度 A型键：l=L-b B型键：l=L C型键：l=L-b/2,（1）平键连接强度计算,普通平键,导向平键和滑键,2)半圆键连接强度计算,3)楔键连接强度计算,同平键连接。注：接触高度k
10、 需查表；工作长度取键长L。,K 键与轮毂键槽的接触高度, k=0.5h mm; 键、轴、轮毂三者中最弱的许用挤压应力，MPa,4)切向键连接强度计算,表2 键连接的材料、许用挤压应力及许用压力 (MPa),连接强度不够时，采取措施： 1）采用双键 平键180布置；半圆键0布置，楔键90 120布置（按1.5个键计算） 2）增大轴径d；增长轮毂即增长L；改用花键连接。,特点,对中性和导向性好； 各键齿承载均匀，承载能力大； 键槽浅，对轴强度削弱较小； 加工要用专用设备，成本高。,6.4.2 花键联接,花键类型,按齿形分：,矩形花键, 渐开线花键,三角形花键,1、型面联接,特点： 装拆方便，对中
11、性较好；联接面上没有应力集中源，减少了应力集中；切削加工较复杂，不易保证配合精度，应用尚不广泛。,6.4.3无键联接,2、胀紧联接 弹性环联接,利用锥面贴合并压紧在轴毂之间的摩擦力传递扭矩。,特点：可传递较大扭矩和轴向力，无应力集中，对中性好，但加工要求较高，应用受限制。,弹性环的材料为高碳钢或高碳合金钢（65，70，55Cr2、60Cr2）并经热处理。锥角一般为12.517。,1.按功能分类,2)联接销,1)定位销,3)安全销,6.4.4 销联接,1)圆柱销 不能经常装拆（否则定位精度下降） 2)圆锥销 1：50锥度，可自锁，定位精度较高，便于装拆。,2.按形状分类,3.特殊型式销,弹性圆柱
12、销,开口销,带螺纹锥销,槽 销,开尾锥销,表1 普通平键和普通楔键的主要尺寸 mm,表2 键连接的材料、许用挤压应力及许用压力 (MPa),例1.图示牙嵌离合器的左右两半分别用键与轴1、2相联接，在空载下，通过操纵可使右半离合器沿导向平键在轴1上作轴向移动。该轴传递的转矩T=1200Nm，轴径d1=70mm，右半离合器的轮毂长度L1=130mm，行程l1=60mm，工作中有轻微冲击，离合器及轴的材料均为钢材。试选择右半离合器的导向平键尺寸，并校核其联接强度。,解：1选择导向平键 选导向平键，查表得平键的截面尺寸 b=20mm，h=12mm，取键长L=180 mmL1+l1。,2强度校核 材料均
13、为钢，工作时有轻微冲击， 查表6-2，取P=110MPa。 k=0.5h=0.512mm=6mm， l=L-b=180mm-20mm=160mm。,=35.71 MPa P,故此键联接能满足强度要求。,小结： 1.键的功用、工作原理及分类特点 2.平键联接失效形式、选择及强度计算 3.花键联接的类型和特点 4.无键联接的类型、应用及特点 5.销联接功用、分类。,思考题 ：指出图示轴系结构中不合理的地方，并予以改正。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,12,11,13,选择题 :1 工作中只承受弯矩，不传递转矩的轴，称为（ ） A心轴 B转轴 C传动轴 D曲轴2 轴的常用材料主要是（ ） 。A铸铁 B球墨铸铁 C碳钢 D合金钢3 对轴进行表面强化处理，可以提高轴的（ ）。A疲劳强度 B静强度 C刚度 D耐冲击性能,
