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华中科技大学—机械设计— 轴和轴毂联接设计第1页/共49页 转 轴 心 轴 传动轴 按受载性质分：只受弯矩M只受扭矩T 既受弯矩M，又受扭矩T转动心轴 固定心轴 §6-1　轴概述减速器中的转轴，弯曲应力、扭剪应力的循环特征r为多少？第2页/共49页 §6-1　轴概述三轴设计的主要内容设计任务— 选材、结构设计、校核工作能力 结构设计根据轴上零件的定位、固定、安装以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的形状和尺寸—校核工作能力 强度 — 防止轴发生疲劳断裂刚度 — 防止轴发生过大的弹性变形振动稳定性— 防止高速时轴发生共振第3页/共49页 §6-1　轴概述轴的设计过程 N选择材料 结构设计 轴的工作能力验算 验算合格? Y结 束 强度问题 结构问题 重点本章讨论： 第4页/共49页 §6-1　轴概述四轴的材料碳素钢、合金钢和铸铁在其它条件相同时，把轴材料由碳素钢改为合金钢能提高轴的刚度吗？不能。因为这两种材料的弹性模量E相差无几碳素钢 — 具有较好的综合力学性能，应用较多，尤其是45钢应用最广合金钢 — 具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴铸铁：用来制造形状复杂的轴，具有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感较低等优点。第5页/共49页 §6-2　轴的结构设计 §6-2　轴的结构设计加工工艺性要好便于轴上零件装拆轴上零件要有准确的定位轴上零件要有可靠的固定尽量减少应力集中需考虑的问题： 轴颈轴头轴身— 与轴承相配的部分— 与轮毂相配的部分— 连接轴颈与轴头部分 轴颈 轴身 轴头 轴的常用术语： 轮毂：齿轮中心的圆柱部分,常带有一孔,其作用是安装在轴上使其在轴上转动或与轴一起转动 第6页/共49页 §6-2　轴的结构设计一轴上零件的轴向定位和固定轴肩或轴环 r简单可靠，能受较大轴向力 定位轴肩： 非定位轴肩： 滚动轴承的定位轴肩或轴环高度查轴承标准为保证定位准确，R 或 C ＞ r h=(0.07~0.1)d ，一般为2.5~5mm便于轴上零件装拆 h≈1～2 mm，甚至更小 轴环宽度：b ≈1.4 h 孔倒角CCh— 阶梯轴上截面变化之处 第7页/共49页 §6-2　轴的结构设计套筒 间距较大、转速较高时不宜采用用于两个近距离零件间需切制螺纹，削弱了轴的强度用于两零件距离较远时，或轴端圆螺母和止动垫圈对顶螺母（两个细牙螺母）螺母 需切环槽，削弱了轴的强度弹性挡圈 只能受较小轴向力、常用于滚动轴承的固定第8页/共49页 §6-2　轴的结构设计能承受较大的轴向力轴端挡圈 圆锥面 用来固定轴端零件常与轴端挡圈配合使用与轮毂相配的轴段长度应比轮毂宽度短2～3 mm!固定可靠紧定螺钉 BLB = L – (2～3)第9页/共49页 §6-2　轴的结构设计目的：防止零件与轴发生相对转动，并传递转矩二轴上零件的周向固定平键连接 花键连接 紧定螺钉 过盈配合 销 连 接 如：滚动轴承内圈与轴之间的配合成型连接 第10页/共49页 §6-2　轴的结构设计例：试分析下图中轴上零件的定位和固定情况。第11页/共49页 §6-2　轴的结构设计结构设计之前，要先拟定好轴上零件的装配方案 — 确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互关系 第12页/共49页 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。 图示圆锥圆柱齿轮减速器输出轴就有两种装配方案 第13页/共49页 方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一合理 第14页/共49页 §6-2　轴的结构设计轴应便于加工、测量，工作量少、生产效率高 三轴的加工和装配工艺性通常情况下轴应设计成阶梯直轴轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽等尺寸一致不同轴段的各键槽应布置在同一直线上轴端要倒角(45°)，过盈配合要有导向锥面磨削或车螺纹应留有越程槽或退刀槽越程槽 轴上零件应装拆方便 轴的配合直径应尽量按标准值选取第15页/共49页 §6-2　轴的结构设计轴结构设计时，各轴段直径确定的基本原则： ① 按一定的方法确定出轴的最细处直径dmin ③有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径 ②安装标准件的轴径，应满足标准件装配尺寸要求 第16页/共49页 §6-2　轴的结构设计1) 装配轴承 与滚动轴承配合段轴径一般为5的倍数；(φ 20~495 mm) 与滑动轴承配合段轴径应采用标准直径系列轴套：… 32、35、38、40、45、48、50、55、60、65、70 ….. 2) 装配联轴器 配合段直径应符合联轴器的尺寸系列： 联轴器的孔径与长度系列 孔径d 30 32 35 38 40 42 45 48 50 55 65