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第十四章 轴和轴毂连接 【教学目的要求】 1、熟悉轴的类型、材料 2、掌握轴的结构设计 3、熟悉轴的强度计算，了解刚度计算 5、掌握轴毂连接方法 【教学重点难点】 1、轴的结构设计 2、轴毂连接 【授课时数】８学时 【教学方法】讲授、课件教学、课堂练习 【教学内容】 ? 轴是组成机器的重要零件之一，各种作回转（或摆动）运动的零件（如齿轮、带轮等）都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此，轴的主要功用是支撑回转零件及传递运动和动力。 一、轴的分类和用途 轴有不同的分类方法，也有不同类型的轴。常用的分类方法有两类： 1）根据轴线的形状不同分类；2）根据承受载荷不同分类。 １、 （1）、直轴 直轴按外形可以分为光轴和阶梯轴，如图14--5所示。阶梯轴便于轴上零件的拆装和定位。 （２）、曲轴 常用于往复式机械中，例如内燃机、空气压缩机等。可以实现直线运动与旋转运动的转换。如图14--6所示 （3）、钢丝软轴（挠性轴） 它不受任何空间的限制，可以将扭转或旋转运动灵活地传到任何所需的位置，常用于医疗设备、操纵机构、仪表等机械如图14--7所示 ２、 （1）、转轴 同时承受扭矩和弯曲载荷的作用，例如齿轮减速器中的轴。 （2）、心轴 心轴只需承受弯矩而不传递转距，例如铁路车辆的轴、自行车的前轴等。按轴旋转与否分为转动心轴和固定心轴两种，如图14—2、3所示。 （3）、传动轴 只承受扭矩而不承受弯矩或承受弯矩较小的轴。例如图14--4所示的汽车中连接变速箱与后桥之间的传动轴。 二、轴的材料及选择 轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。 碳钢：价格低廉，对应力集中的敏感性较低，可以利用热处理提高其耐磨性和抗疲劳强度。常用的有35、40、45、50钢，其中以45钢使用最广。对于受力较小的或不太重要的轴，可以使用Q235、Q275等普通碳素钢。 合金钢：对于要求强度较高、尺寸较小或有其它特殊要求的轴，可以采用合金钢材料。耐磨性要求较高的可以采用20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢；要求较高的轴可以使用40Cr（或用35SiMn、40MnB代替）、40CrNi(或用38SiMnMo代替)等进行热处理。 合金钢比碳素钢机械强度高，热处理性能好。但对应力集中敏感性高，价格也较高。设计时应特别注意从结构上避免和降低应力集中，提高表面质量等。 在一般工作温度下，各种碳钢和合金钢的弹性模量相差不大，故在选择钢的种类和热处理方法时，所依据的主要是强度和耐磨性，而不是轴的弯曲刚度和扭转刚度等。 轴的常用材料见教材P273表１４.４。 ? ? １４﹒2轴的结构设计 ? 一、轴的结构： 轴通常由轴头、轴颈、轴肩、轴环、轴端及不装任何零件的轴段等部分组成。如图14--8所示 二、轴的结构和形状取决于下面几个因素： （1）轴的毛坯种类： （2）轴上作用力的大小及其分布情况； （3）轴上零件的位置、配合性质及其联接固定的方法； （4）轴承的类型、尺寸和位置； （5）轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求。 可见影响轴的结构与尺寸的因素很多，设计轴时要全面综合的考虑各种因素。要求： ①轴和轴上零件要有准确的工作位置 ②轴上零件应有可靠的相对固定 ③轴应具有良好的制造工艺性和安装工艺性等 ④形状和尺寸应有利于避免应力集中 三、轴的刚度、强度 轴的强度与工作应力的大小和性质有关。因此在选择轴的结构和形状时应注意以下几个方面： １、????????? 使轴的形状接近于等强度条件，以充分利用材料的承载能力。 ２、????????? 尽量避免各轴段剖面突然改变以降低局部应力集中，提高轴的疲劳强度。 改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。 ４、? 改进轴上零件的结构敢可以减小轴上的载荷如图14—12所示。 四、零件在轴上的固定 １、轴上零件的轴向定位与固定 1）轴肩和轴环（轴中间高两边低轴向尺寸小的环）——最常用，轴向传力大。 2）套筒——轴上相邻零件定位，套筒不宜过长，由于套筒与轴配合较松 3）轴用圆螺母——传动力大，简单，但有应力集中（细牙），要防松，要求为轴向定位可靠。 4）轴端档圈——轴端零件的定位，应用较广 5）轴承端盖——对轴承外圈轴向定位，从而使轴有确定的轴向工作位置 6）弹性档圈——结构简单，定位方便，但有应力集中，适于轻载 7）锁紧档圈、紧定螺钉或销——结构简单、但承载能力低，可同时兼作周向定位（仪器、仪表中较常用） 8）圆锥面（+档圈、螺母）——适于轴端零件定位。兼作周向定位（靠摩擦） ２、轴上零件的周向固定 1）键——常用； 2）花键——承载大，定位精度高，适于动联接； 3）紧定螺钉、销——同时实现轴向定位，传力不大处； 5）过盈配合 五、轴的结