轴和轴毂连接课件

2020/1/26周建波教授天津职业大学机电学院2020/1/261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。任务八轴和轴毂联接2020/1/262任务八轴和轴毂联接一、轴的功用、分类和材料二、轴的结构分析三、轴的工作能力分析四、轴毂联接五、轴的使用与维护2020/1/263任务八轴和轴毂联接一、轴的功用、分类与选材1、轴的含义：轴是组成机器的重要零件之一，作回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动，大多数轴还起着传递转矩的作用。轴要用滑动轴承和滚动轴承来支承。常见的轴有直轴和曲轴，曲轴主要用于作往复运动的机械中。2、轴的功用：1）支承回转零件（齿轮、涡轮、带轮、凸轮等）；2）传递运动和动力。2020/1/2642020/1/2652020/1/2663、轴的工程实例：一、轴的功用、分类与选材2020/1/2672020/1/2682020/1/2692020/1/26104、轴的分类：第一种分类方法是按轴的承载情况分：（1）转轴——这种轴在回转工作时承受的外力同时有扭矩和弯矩。如减速箱中的齿轮轴。一、轴的功用、分类与选材2020/1/2611转轴传动的特点：是与轴上回转件如齿轮、带轮等为同一轴线，轴与轴上回转件如齿轮、带轮等只做原地的回转，没有空间的移动。主要传动是将自己的回转传递到另外一个轴的回转，所以将自己受到的转矩传递到另一个轴的转矩。转轴转轴2020/1/2612转轴承载的特点：这种轴因为轴上有齿轮或带轮，齿轮或带轮有重量，轴两端有轴承支撑，综合对轴的作用力转化为弯曲作用，同时轴在外力偶矩作用下转动，因此受到扭矩的作用。转轴转轴2020/1/26134、轴的分类：第一种分类方法是按承载情况分：(2)传动轴——这种轴在回转工作时主要受扭矩不承受弯矩或所受弯矩很小的轴称为传动轴。如汽车的传动轴。2020/1/2614传动轴传动的特点：这种轴上一般没有回转件如齿轮、带轮等，轴在做原地的回转同时，驱动另外一个轴做回转运动。传动轴发动机后桥2020/1/2615传动轴承载的特点：这种轴因为轴上没有齿轮或带轮，所以基本没有弯曲作用或弯曲作用很小，同时轴在外力偶矩作用下转动，因此主要受到扭矩的作用。传动轴2020/1/26164、轴的分类：第一种分类方法是按承载情况分：(3)心轴——这种轴在回转工作时主要只承受弯矩的轴称为心轴，如机车车轴，如自行车的前轴。机车车轴为转动心轴2020/1/26174、轴的分类：第一种分类方法是按承载情况分：(3)心轴——这种轴在回转工作时主要只承受弯矩的轴称为心轴，如机车车轴，如自行车的前轴。机车车轴为转动心轴2020/1/2618(3)心轴——这种轴在回转工作时主要承受弯矩的轴称为心轴，如机车车轴，如自行车的前轴。2020/1/2619心轴传动的特点：这种轴上一般没有回转件如齿轮、带轮等，轴在做原地的回转同时，轴在空间进行平行的移动。心轴自行车的前轮轴固定心轴2020/1/2620心轴承载的特点：这种轴因为轴上没有齿轮或带轮，但是自行车两前叉的作用力主要在轴的两端，所以受力主要是转化为弯曲作用，同时轴在外力偶矩作用下转动，但是扭矩的作用在此较小。心轴固定心轴2020/1/26211起重卷筒2341——传动轴：T2——转轴：T+M3——转轴：T+M4——心轴：MMotor××××2020/1/26224、轴的分类：第二种分类方法是按轴线的形状分：（1）直轴——这种轴的中心线为一直线的轴称为直轴。在轴的全长上直径都相等的直轴称为光轴,各段直径不等的直轴称为阶梯轴。直轴之一：轴的全长上直径都相等的直轴光轴一、轴的功用、分类与选材2020/1/26234、轴的分类：第二种分类方法是按轴线形状分：（1）直轴——这种轴的中心线为一直线的轴称为直轴。在轴的全长上直径都相等的直轴称为光轴,各段直径不等的直轴称为阶梯轴。直轴之二：轴的全长上直径不相等的直轴阶梯轴一、轴的功用、分类与选材2020/1/2624由于阶梯轴上零件便于拆装和固定,又利于节省材料和减轻重量,因此在机械中应用最普遍。在某些机器中也有采用阶梯空心轴(见图)的,以减轻轴的重量或利用空心轴孔输送润滑油、冷却液等。阶梯空心轴2020/1/26254、轴的分类：第二种分类方法是按轴线形状分：（2）曲轴——这种轴的中心线为折线的轴称为曲轴,如图所示。它主要用在需要将回转运动与往复直线运动相互转换的机械中。曲轴：轴的全长上直径不相等的曲轴曲轴一、轴的功用、分类与选材2020/1/26264、轴的分类：第二种分类方法是按轴线形状分：（3）软轴——这种轴能把旋转运动灵活地传到任何位置的钢丝软轴称为挠性软轴,如图所示。软轴一、轴的功用、分类与选材2020/1/2627软轴是由多组钢丝分层卷绕而成(见图),其特点是具有良好的挠性。它常用于医疗器械和小型机具等移动设备上。钢丝软轴的结构轴小结jb140101.swf2020/1/26285、轴的选材：一、轴的功用、分类与选材5.1、轴的选材依据之一——轴类零件的工作条件：•a.主要受交变弯曲、扭转或弯曲、扭转应力的复合作用；•b.轴与轴上零件有相对运动时相互间存在摩擦和磨损；•c.轴在高速运转过程中会产生振动，使轴承受冲击载荷；•d.多数轴会承受一定的过载载荷。2020/1/2629a.疲劳断裂；b.过量变形甚至断裂；c.表面过度磨损等。5.2、轴的选材依据之二——轴类零件的失效方式：2020/1/2630•a.良好的综合机械性能；•b.高的疲劳强度；•c.足够的淬透性；•d.良好的切削加工性能。5.3、轴的选材依据之三——轴类零件的性能要求：2020/1/2631轴的常用材料、热处理方法及其主要力学特性2020/1/2632本节结束2020/1/2633轴的结构设计轴的工作能力验算合格?结束yesno轴的设计2020/1/2634轴的结构设计：根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。承载（即工作）能力计算：轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。轴的设计过程：N选择材料轴的结构设计轴的承载能力验算验算合格?结束Y2020/1/2635轴与轴上零件组成一个组合体称为轴系部件。轴的设计必须与轴系零部件整体结构紧密联系起来。轴的组成——轴颈(journal)——轴上被支承部分；轴头——安装轮毂(hub)部分；轴身——连接轴颈和轴头的部分。2020/1/2636•轴上各部分名称如图所示轴上各部分名称如图所示轴的组成——轴颈(journal)——轴上被支承部分即安装轴承的部分；轴头——安装轮毂(hub)部分即安装主要回转件的部分；轴身——连接轴颈和轴头的部分。2020/1/26372020/1/2638①轴上零件要便于装拆和调整，即满足轴上零件的装配要求；②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；③加工方便和节省材料，即满足结构工艺性要求；④轴上零件受力合理,并尽量减少应力集中，即满足强度要求。1轴的结构设计的主要要求二轴的结构分析2020/1/2639（1）.轴上零件的装配要求装配方案——以轴最大直径处的轴环为界限，轴上零件分别从两端装入。按安装顺序即可形成各轴段粗细和结构形式的初步布置方案。典型轴系结构轴端挡圈带轮轴承盖套筒齿轮滚动轴承2020/1/2640②③④⑤⑥⑦①倒角为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应有退刀槽。（1）.轴上零件的装配要求2020/1/2641④为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单，工艺性越好。装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应有退刀槽。②③⑥⑦①⑤①倒角退刀槽（1）.轴上零件的装配要求2020/1/2642（1）.轴上零件的装配要求2020/1/2643一、便于轴上零件的装配轴身2020/1/26442020/1/2645例：二级锥、柱齿轮减速器输出轴的装配方案。2020/1/2646（合理）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。输出轴的两种装配方案2020/1/2647（2）.轴上零件的定位要求轴端挡圈轴承座2020/1/2648定位：是指零件在轴上安装到位。（位置准确）固定：是指工作时零件与轴之间相对位置保持不变。（位置不动）（2）.轴上零件的定位要求2020/1/2649零件在轴上的定位和固定（2.1）.零件在轴上的轴向定位和固定——应考虑——零件所受轴向力的大小，轴的制造，轴上零件装拆的难易程度，对轴强度的影响，工作可靠性等因素。轴上零件轴向定位与固定的常用方法——轴肩和轴环，轴套(套筒)，圆螺母，圆锥面，轴端挡板，弹性挡圈，锁紧挡圈、紧定螺钉等2020/1/2650轴向定位和固定——轴肩和轴环①轴肩与轴环——由定位面和过度圆角组成。为保证零件端面能靠紧定位面，轴肩(环)圆角半径r必须小于零件毂孔的圆角半径R或倒角高度C1;轴肩(环)高度h应大于C1和R，为了有足够的强度来承受轴向力，通常取h=(0.07~0.1)d。轴环宽度b≥1.4h。rhDdbrRhDd轴环C1轴肩零件毂孔的倒角高度零件毂孔的圆角半径2020/1/26511）轴肩和轴环定位轴肩：r轴R孔或r轴C孔轴肩或轴环的高度h必须大于R孔或C孔轴肩高度滚动轴承内圈高度h=（0.07d＋3）～（0.1d＋5）mm轴环宽度b≈l.4h非定位轴肩：h=1.5-2mm,r=(D-d)/22020/1/2652轴肩或轴环定位特点：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。轴上零件的轴向定位方法2020/1/2653正确应使：r轴R孔或r轴C孔！且：h轴C孔或h轴R孔注意：①为了保证轴上零件紧靠定位轴肩。错误2020/1/2654②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！主要是为了轴承的拆卸2020/1/2655滚动轴承定位轴肩低于轴承内圈厚度2020/1/2656错误正确②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！主要是为了轴承的拆卸2020/1/2657轴向定位和固定——轴套（套筒）轴套适用于轴上两个相距较近零件之间的定位，其两个端面为定位面，应有较高的平行度和垂直度。为使轴上零件定位可靠，应使轴段长度比零件毂长短2~3mm。②12342020/1/2658•轴套（套筒）(活动的轴肩或轴环)•轴套的径向尺寸参照定位轴肩确定•轴套定位的工作零件:轮毂长-轴段长=2～3mm•轴套与轴为过渡配合2020/1/26592020/1/2660套筒定位特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力。应用：用于轴上两个零件间的定位。注意：不宜用于零件间距较大及轴的转速较高的场合。轴肩2020/1/2661轴向定位和固定——圆螺母③可用圆螺母与轴肩、轴环等的组合实现零件在轴上的双向定位和固定。圆螺母定位装拆方便，通常用细牙螺纹来增强防松能力和减小对轴的强度消弱及应力集中。122020/1/26622020/1/2663特点：定位可靠，可承受较大的轴向力，轴上螺纹处有较大的应力集中，会使轴的疲劳强度下降。应用：常用于固定轴端的零件。圆螺母定位齿轮轴承轴肩轴肩2020/1/2664轴向定位和固定——弹性挡圈④在轴上切出环形槽(手册)，将弹性挡圈嵌入槽中，利用它的侧面压紧被定位零件的端面，图为轴肩与弹性挡圈联合使用的情况。这种定位方法工艺性好、装拆方便，但对轴的强度消弱较大，常用于所受轴向力小的轴。2020/1/2665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2020/1/2666轴向定位和固定——轴端挡板⑤当零件位于轴端时，可用轴端挡板