机械零件讲义第五部分

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1、机械零件中的轴、轴毂联接一：概述 轴是机械装置中的一种重要零件。轴的主要功用是支持回转零件及传递转矩。 由轴上的零件传到轴上的载荷，使轴受到弯矩、转矩以及轴向拉力或压力等作用。根据受载情况不同，轴分为：1. 心轴：只受弯矩不受转矩的轴。2. 传动轴：只受转矩不受弯矩、或所受弯矩很小的轴。3. 转轴： 同时受弯矩和转矩的轴。 轴的截面多为圆形。为使轴上零件定位可靠，装拆方便，通常采用由两端向中部逐渐增大的阶梯轴。在组成轴的各个轴段中，与轴承配合的部分称为轴颈，安装传动件轮毂的部分称为轴头，轴的伸出端称为轴伸。轴颈和轴头表面均为配合表面，其余则为自由表面。配合表面的轴段直径通常取标准值，并须有相应

2、的加工精度和表面光洁度。自由表面虽不受规定限制，但考虑疲劳强度，光洁度也不能过低。轴的工作能力决定于它的强度、刚度和振动稳定性。二： 轴的材料及其选择 用作轴的材料的品种很多，设计时主要是根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求及实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺等问题加以选用，力求经济合理。轴的常用材料是碳素钢和合金钢。 低碳钢和低碳合金钢经渗碳淬火，可提高其耐磨性，常用语韧性要求较高或转速较高的轴。轴的毛坯一般用轧制的圆钢或锻件，锻件的内部组织比较均匀，强度好。故重要的轴及大尺寸或阶梯尺寸变化较大的轴应采用锻件毛坯。三：轴的强度、刚度、振动计算 四：轴的结构设计 轴的结构决定于轴的

3、受力情况、轴上零件的布置和固定方式、毛坯类型、加工和装配工艺等 由于影响轴的结构的因素很多，所以轴的设计原则，应使轴受力合理，有利于提高轴的强度和刚度，有利于节约材料和减轻重量；使轴上零件定位准确、可靠，并便于装拆、调整、具有良好的工艺性。1. 零件在轴上的轴向固定 轴肩和轴环 ： 轴肩和轴环由定位面和过渡圆角组成。 为保证零件紧靠定位面，轴肩和轴环的圆角半径r应小于零件毂孔的圆角半径R或倒角高度C1；同时还须保证最小的实际接触高度 aR . 此定位方式，能承受较大的轴向力。弹性挡圈、螺母和套筒2. 零件在轴上的周向固定传动零件与轴的周向固定所形成的联接，称为轴毂联接。轴毂联接的形式有多种：

4、键联接：平键有普通平键和薄型平键 后者适用于空心轴、薄璧轮毂或只传递运动的轴毂联接。 标准薄型平键的高度约为普通平键的60-70%，因而其传递转矩能力较小。平键工作时，靠其侧面挤压来传递转矩。 键的上表面与轮毂的键槽是非配合面，故不能实现轴上零件的轴向定位，更不能承受轴向力。 结构简单，装拆方便。当传动零件在工作中必须在轴上作轴向移动时（如变速箱中的滑移齿轮），则须采用导键或滑键。导键是用螺钉固定在轴上的键槽中，传动零件可在其上滑移。滑键则相反，是键与轮毂固定，而传动零件带着键在轴上的键槽中滑动，因而轴上应铣出较长的键槽。因导键的长度过大，制造困难，故当轴向移动距离较大时，宜采用滑键。还有楔键

5、、半圆键。 花键联接花键联接由轴和毂上多个键齿组成。具有较高的承载能力，较好的定心性和导向性。适用于载荷较大，定心要求较高的静联接和动联接。有矩形、渐开线、三角形等种类。 矩形花键应用较广，分外径定心、内径定心、键宽定心。 过盈联接 利用材料的弹性，用压入、温差或液压等方法装配，使轴和毂孔之间相互压紧，它既能实现周向固定传递转矩，又能实现轴向固定传递轴向力。结构简单、定心性好、承载能力大，受变载荷和冲击载荷的能力好，还可避免轴因铣键槽而削弱。缺点是配合面要求高，装拆不方便。主要用于受冲击载荷的零件与轴的联接，如齿轮、等。过盈联接的配合表面多为圆柱面。3. 提高轴的疲劳强度 轴的结构对其强度和刚

6、度有很大的影响。 减少应力集中 轴的结构应尽量避免形状的突然变化，如直径过渡处应尽量用轴肩圆角来代替环形槽，并尽可能采用较大的圆角半径。 当轴上零件与轴为过盈配合时，可采用增大配合处直径。 d1= 1.05 d 改善轴的表面品质 轴的表面粗糙度对疲劳强度有显著的影响，应十分注意，采用辗压、喷丸、渗碳淬火、高频淬火等表面强化方法，可以显著提高轴的疲劳强度。4. 改善轴的结构工艺性 设计时要使轴的结构便于加工和装配，力求减小劳动量，提高劳动生产率。如 一根轴上的圆角应尽可能取同样地半径，所有退刀槽取同样的宽度，所有倒角取同样的尺寸等。弹簧弹簧的作用是利用材料的弹性和结构的特点，在工作中产生较大的变

7、形，从而把机械功或动能转变为变形能（位能），或把变形能转变为机械功或动能。它适用于缓冲或减振、控制运动、机构或仪表的储能及测力装置等。弹簧的种类很多，应用最广的是普通圆柱压缩和拉伸螺旋弹簧。一： 普通压缩和拉伸螺旋弹簧的基本理论d材料直径 D外径 D2中径 D1内径 螺旋角 t节距 H0自由高度（压缩弹簧）长度（拉伸弹簧） n1总圈数 D=D2+d=D1+2d D1=D2-d=D-2d =arc tg t=D2tg L= (压缩弹簧材料长度) L=+l (拉伸弹簧长度) l钩环材料长度普通螺旋弹簧一般10二：弹簧的特性线与刚度 载荷F与变形量之间的关系曲线称为弹簧的特性线。大致有三种：直线型

8、a 渐增型b 渐减型c 或者是它们的组合。弹簧刚度 C= 载荷变量dF与变形量d 的比称为刚度。普通弹簧的特性线是直线，因而刚度是常数， ，但由于材料不均匀性、制造、安装误差等原因，刚度不能保持常数。三： 弹簧的稳定性 压缩弹簧的变径比 较大， 当F达到一定值时，就会发生侧向弯曲，丧失稳定，而破坏弹簧的正常工作。弹簧的支承 ： 固定支承、回转支承为了保证弹簧的稳定，一般应满足下列要求： 弹簧两端固定时， b5.3， 弹簧一端固定，另一端回转时 b3.7弹簧两端回转时， b2.6 如不满足上述要求，应进行稳定性验算。四：弹簧的强度验算五：弹簧的端部结构1. 端圈并紧的称为接触型，端部有磨平或不磨

9、平的。这种弹簧的端圈与弹簧轴线的垂直性较好，且端部与支承座的接触好。 接触型 不磨 接触型磨平 端圈不并紧的称为开口型 端部也有磨平或不磨平的，为了增强弹簧的稳定性，需要与弹簧圈相吻合的支承座。 开口型 磨平 开口型 不磨六：弹簧的圈数n 为使弹簧具有稳定的性能，应使工作圈数n2，压缩弹簧用于端部支承或固定的圈，工作时不变形称为支承圈。支承圈的圈数n2 取决于端部结构型式，两端圈并紧并磨平时每端取1或1 1/4圈；不磨平时，每端取3/4或1圈。两端圈不并紧，磨3/4圈时，每端取3/4圈；端面不磨平时，每端取1/2圈。总圈数 n1=n+n2 n2 支承圈数 n 总圈数 ，n1 尾数宜取1/4、1

10、/2推荐值 或整圈。七：螺旋角和节距t 压缩弹簧一般取 = 5- 9，对应节距 t=（0.30.5）D2 ,拉伸弹簧的节距td ,因而螺旋角很小。八：弹簧高度H 1. 自由高度H0 压缩弹簧在自由状态下的高度。拉伸弹簧在自由状态下两端钩环内侧的长度。 压缩弹簧：两端磨平的： n2 =1.5时， H0= nt+d n2 =2时， H0= nt+1.5d n2 =2.5时， H0= nt+2d两端不磨平的 n2 =2时， H0= nt+3d n2 =2.5时， H0= nt+3.5d拉伸弹簧：半圆钩环 H0 =（ n+1）d+D1 圆钩环 H0 =（ n+1）d+2D1九：弹簧的材料 弹簧材料除具

11、有高的抗拉强度、屈服强度外，还要有较高的疲劳强度，一定的冲击韧性和塑性。在工艺性能上要有良好的淬透性、低的过热敏感性等。通常采用碳素弹簧钢；受冲击载荷用硅锰钢、铬钒钢；变载荷下以铬钒钢最好；腐蚀条件下采用不锈钢或铜合金。 冷卷 ：直径小于10-12，经热处理后的圆截面冷拔材料，常温下卷制。卷好后不再淬火，只需回火。弹簧制造卷制成型方法 热卷：多用于较大的热轧钢材，卷好后需经淬火和回火处理。 为提高承载能力，最后要进行喷丸处理，（以一定速度喷射钢丸或铸铁丸撞击弹簧）或强压处理（压缩弹簧）、强拉处理（拉伸弹簧）。十：弹簧种类 圆柱螺旋弹簧、圆锥螺旋弹簧、蝶形弹簧、平面蜗卷形弹簧、空气弹簧、橡胶弹簧、板弹簧等。