机械结构设计基础_06-07轴与轴毂连接.ppt

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1、机械设计基础第6章轴1.轴的功用和类型。2.轴的常用材料。3.轴的结构设计和强度计算。知识点：6.1概述传动零件（齿轮、带轮、链轮等）工作时，必须作转动，而转动时又必须有零件支承，一般把支承零件称为轴。轴是机器中使用最普遍的重要零件之一，其主要功用是支承传动零件，传递运动及动力。轴的设计主要包括材料选择、结构设计、强度计算和刚度计算等。6.1.1轴的功用与分类支承回转零件、传递运动及动力。1.功用1)按轴线形状不同，可将轴分为直轴、曲轴及挠性轴（软轴），其中直轴又可分为光轴及阶梯轴，其示意图如图6.1所示。2)按所受载荷不同，可将轴分为心轴、转轴及传动轴，其中心轴只承受弯矩，

2、转轴既承受弯矩又承受转矩，传动轴只承受转矩（扭矩），如图6.2所示。2.类型6.1概述图6.1按轴线形状对轴的分类图6.2按所受载荷轴的分类6.1概述6.1.2轴的材料及选择6.1概述6.2轴的结构设计6.2.1轴上各部分的名称如图6.4所示，轴上安装轴承的部位称为轴颈，安装传动零件的部位称为轴头，连接轴颈与轴头的部分称为轴身，用作轴上零件轴向定位的台阶部分称为轴肩，轴上轴向尺寸较小直径最大的环形部分称为轴环，仅为了方便零件的安装而设置的阶梯称为非定位轴肩。6.2.2轴上零件的固定1）轴上零件的定位是为了保证轴上零件及轴工作时有确定的位置。2）轴向定位及固定的目的是：使之有准

3、确可靠的规定位置。轴上零件的轴向定位及方法见表6.2。1.轴上零件的轴向定位及固定方法6.2轴的结构设计6.2轴的结构设计6.2轴的结构设计目的：传递运动和转矩并防止轴上零件相对轴的转动。常用方法：键、花键、销、过盈配合、型面配合等（见第7章轴毂连接）。2.轴上零件的周向固定6.2.3轴的各段分析1）有配合段：应选用标准直径。2）安装标准件段：应取相对应的标准直径。3）定位轴肩或轴环高度：h≈(0.07-0.1)d。4）非定位轴肩高度：为方便拆装和减小配合面擦伤，通常为1～2mm。5）滚动轴承定位轴肩高度：查阅《机械设计手册》的轴承安装尺寸章节。6）轴头段轴长：为保证定位准确

4、，应短于轮毂2-3mm。6.2轴的结构设计6.2.4轴的结构工艺性1）形状力求简单，便于加工和检验。2）为减小应力集中，轴肩处应有过渡圆角，r应小于零件孔的圆角r1。3）为便于零件的安装，轴端应有倒角，多用45°（或30°、60°）。4）需磨削处，应设越程槽。5）若有螺纹处，应设退刀槽。6）键槽应在同一母线上。7）与零件过盈配合时，装入端需加工出导向圆锥面。8）轴两端应设中心孔。9）轴肩高度不能妨碍零件的拆卸。10）应能保证各零件装配时不损伤其他零件的配合表面。上述的4）、5）、6）、7）见图6.5。图6.5轴的结构工艺6.2轴的结构设计6.2轴的结构设计6.2.5减小应力集

5、中，改善受力状况轴的结构形状和轴上零件的固定，会使轴的某些部位引起应力集中，从而降低轴的强度，因此，设计时应注意以下几点：1.改善轴的受力状况，减小轴所受的弯矩或转矩为了减小轴所受的弯矩，轴上受力较大的零件应尽可能装在靠近轴承处，并应尽量不采用悬臂支承方式，且力求缩短支承跨度和悬臂长度。2.合理布置轴上零件，以减小最大转矩轴上零件的合理布置示意图如图6.6所示。图6.6轴上零件的合理布置6.2轴的结构设计6.2轴的结构设计3.改进轴上零件结构，以减小轴承受的弯矩如图6.7所示的卷筒轴，把卷筒轮毂的结构改为图6.7的右图，不仅有效地减小了轴上的最大弯矩，提高了轴的强度和刚度，而

6、且减小了轴孔配合的长度，获得了好的配合质量。图6.7轴上零件的合理结构6.2轴的结构设计4.改进轴的结构，以减少应力集中1）避免轴直径尺寸的急剧变化，相邻轴段直径差不能过大。2）直径尺寸突变处应设计出圆角，圆角半径尽可能取大些。3）尽量避免在轴上开孔和槽。4）如果受到相配合零件内孔倒角或圆角半径的限制，可采用减载槽、中间环、凹切圆角等结构，如图6.8（a）-图6.8（c）所示。5）零件与轴过盈配合时，应适当增大配合处的直径，或改进轮毂的结构，如轮毂孔边倒圆、在轴上车制减载槽等，如图6.8(d)-图6.8(f)所示。图6.8减小应力集中的方法6.2轴的结构设计5.改善轴表面质量

7、，提高轴的疲劳强度具体包括以下两个方面。1）减小轴表面粗糙度值。2）对最大应力所在的表面进行强化处理，如滚压、喷丸、表面淬火等。6.2.6最小轴径的确定在开始设计时，由于轴承的支反力位置还不能确定（如轴承型号、尺寸、跨距等），无法按实际载荷进行设计，常根据轴传递的转矩，按扭转强度初步估算最小直径。1.计算法设轴在转矩T的作用下产生扭转剪应力τ。对圆截面实心轴，按其抗扭强度条件初步估算轴的最小直径。6.2轴的结构设计6.2.7轴的设计步骤具体步骤如下。1）选择轴的材料，确定许用应力。2)按扭转强度估算轴的