课件修改8(轴及轴毂连接1).doc

第六章轴及轴毂连接 6.1 必备知识与考试要点 6.1.1 本章的主要内容 轴的设计以阶梯轴的设计和强度计算为重点学习内容，包括计算轴的典型步骤、常用计算公式、轴结构设计的基本原则和常用结构等；轴毂连接以平键连接的选用与强度（承载能力）计算为重点学习内容。(l)学习轴的分类时，应了解心轴、转轴和传动轴的载荷和应力的特点，并分析不同结构的特点，以及它们所用计算方法的不同。(2)轴的结构设计和轴的强度计算。①在机械零件设计中，轴的设计有一定的代表性，通过它可以学到典型的设计方法，掌握结构设计与计算的关系，把两者密切地结合起来。②在设计轴之前，应先完成轴上零件（如齿轮、蜗轮、带轮等）的主要参数和结构的设计，并进行受力分析。③轴的结构设计和轴的计算常需交错进行，这是由于轴上零件的轮毂尺寸（长度、孔径等）和轴承的尺寸需要根据轴的尺寸来确定，而轴的尺寸又必须先知道轴承和轴上零件的位置，才能求出轴承反力和画出弯矩图、扭矩图，然后，才能进行轴的强度计算和确定轴的各部分尺寸。进行轴的安全系数校核时，更必须先知道轴的各部分尺寸和结构细节（如过渡圆角、键槽等），以及材料强度、热处理、表面状态等。所以，对于比较重要的轴一定要边画边算，交错进行，逐渐使设计完善。④在学习中，读者对于理论计算的掌握一般都困难不大，但结构设计要考虑的问题较多，初学者不易马上掌握。对教材、有关图册或生产图纸中的典型轴系结构进行分析，从中领会要点，对掌握轴的结构设计很有帮助。(3)轴的刚度计算和轴的振动主要是利用材料力学中的轴的变形计算和理论力学中轴的临界转速计算，可参阅有关课程的教材。(4)键的分类、键连接的结构和工作原理是键连接的基本知识，可从各类键连接的装配、加工和传力特点入手，了解其装配关系、工作原理、优缺点、适用场合等，以便正确选用键的类型。(5)平键连接的计算。 6.1.2 本章重点与难点 1．轴的结构设计轴的结构设计应考虑三方面的问题。 (l)要满足使用要求，保证轴和轴上零件准确的相互位置和力的传递。轴上零件对轴不能有轴向窜动，轴上零件和轴对轴承也不能有轴向窜动。轴上零件和轴还要有可靠的周向固定，以传递扭矩。轴向固定装置主要有轴肩、轴环和挡环。轴肩、轴环固定可靠，但轴的毛坯尺寸要大一些。挡环可靠性差些，但可以减小轴的毛坯尺寸。轴端固定装置有压板、圆螺母等，前者轴端较短，后者承载能力较大。轴的结构设计除应满足轴上零件的相互位置而必须具有一定的尺寸要求外，还应满足轴本身的工作性能要求，例如：曲轴要考虑设平衡块，以消除曲柄和曲柄销所产生的离心力的影响；高速轴的结构应对称，以避免任何不平衡质量产生离心力；有些重要的轴要做成空心轴以提高轴的刚度。由此可知，在设计轴时，必须作周密的考虑，采用各种适当的结构，以满足各种使用要求。 (2)考虑加工和装配的工艺性。把轴做成阶梯轴，有利于轴上零件的安装和轴向定位。例如图6.1在直径为的轴段上装齿轮时，可以顺利通过直径为和的轴段，并装至轴肩为止，比在光轴上装配零件方便得多。图6.1的和轴段都有键槽，若两键槽的位置互成且键宽不等（)，就会给加工带来不便，键的铣刀要更换，轴的位置又要调整。合理的设计是把两键槽布置在同一轴线上，可能时取两槽宽度相等，则加工工艺性更好。轴的圆角半径r也应尽量统一。(3)提高轴的强度和刚度的措施。①合理设计轴系结构，可以提高轴的强度或刚度。图6.2是一个减速器的轴，原设计采用铬镍合金钢，由于键槽和轮毂边缘在轴上的压力产生较大的应力集中，在弯、扭连合作用下，此轴常在剖面A处产生疲劳裂纹，裂纹扩展至一定程度，轴发生突然疲劳折断。图6.2(b)是改进后的结构，滚动轴承尺寸也相应减少，为此轴径可由62mm减小到52mm, 滚动轴承尺寸也相应减少。为保证寿命，用滚子轴承代替球轴承，轴的材料用优质碳素钢即可满足要求。②减小应力集中。图6.3(a)是排锯机轴的结构，轴材料为35优质碳素钢，在运转中常在A剖面发生疲劳折断。损坏后，先后改用强度较高的45钢和60钢，结果仍然发生疲劳折断。于是改变设计，增加一个间隔环和加大了圆角（图6.3(b))，应力集中减小，材料用45钢，轴就不再损坏。键槽根部的圆角半径越小，应力集中越严重。因此，重要的轴应在零件图上注明键槽根部的圆角半径。轴与轴毂配合面间的压强也会引起应力集中，但若降低轮毅边缘的刚性，则应力集中系数减小，可提高轴的疲劳强度。③正确选择材料。选用强度高的材料，疲劳极限也高，在一般情况下，可以提高轴的疲劳强度。但是强度越高的材料，有效应力集中系数也越高，总的效果可能反而使轴的安全系数降低。因此设计者必须注意，采用高强度钢制造轴时，应尽可能减小应力集中。 2．轴的强度计算教材中讲的强度计算方法，都能用于既受弯矩又受扭矩的轴，但处理问题的方法不同