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轴及轴毂联接§1 概述机器上所安装的旋转零件，例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须用轴来支承，才能正常工作，因此轴是机械中不可缺少的重要零件。
本章将讨论轴的类型、轴的材料和轮毂联接，重点是轴的设计问题，其包括轴的结构设计和强度计算。
结构设计是合理确定轴的形状和尺寸，它除应考虑轴的强度和刚度外，还要考虑使用、加工和装配等方面的许多因素。
一、轴的分类按轴受的载荷和功用可分为：1.心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。
如.车辆轴和滑轮轴。
2.传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传递转矩。
如汽车的传动轴。
3.转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。
如减速器轴。
二、轴的材料主要承受弯矩和扭矩。
轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的强度、韧性和耐磨性。
轴的材料从以下中选取：1. 碳素钢优质碳素钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，价格便宜，应用广泛。
例如：35、45、50等优质碳素钢。
一般轴采用45钢，经过调质或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应进行表面淬火及低温回火处理。
轻载或不重要的轴，使用普通碳素钢Q235、Q275等。
2. 合金钢合金钢具有较高的机械性能，对应力集中比较敏感，淬火性较好，热处理变形小，价格较贵。
多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。
例如：汽轮发电机轴要求，在高速、高温重载下工作，采用27Cr2Mo1V、38CrMoAlA等。
滑动轴承的高速轴，采用20Cr、20CrMnTi等。
3. 球墨铸铁球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。
例如：内燃机中的曲轴。
三、设计轴的要求轴的设计一般应解决轴的结构和承载能力两方面的问题。
具体的说，轴的设计步骤有：（1）选择轴的材料；（2）初步估算轴的直径；（3）进行轴的结构设计；（4）精确校核（强度、刚度、振动等）；（5）绘制零件的工作图§10—2 轴的结构设计如教材图10-6所示为一齿轮减速器中的的高速轴。
轴毂联接知识今日我们聊聊在机械设计中，我们必需把握的有关轴毂联接的学问！轴毂联接是轴毂与轴相连接的轴上零件，常见齿轮、带轮等。
联接使回转零件在轴上定位和固定，以便传递运动和动力。
一般平键联接轴毂联接的方式有键联接、花键联接、成形联接、胀套联接、销联接、紧定螺钉联接、过盈联接等，有些联接方式仅用于轴毂联接，有些联接方式可兼作其它联接。
键和花键是最常见的轴毂联接方式。
1、键联接键是一种标准件，通常用于联接轴与轴上旋转零件与摇摆零件，起周向固定零件的作用以传递旋转运动和扭矩，楔键还可以起单向轴向固定零件。
而导键、滑键、花键还可用作轴上移动的导向装置。
依据键的结构形式，键联接可分为平键联接、半圆键联接、楔键联接和切向键联接等几类。
1.1平键联接：平键的两个侧面是工作面并用于传递转矩。
键上面与轮毂槽底之间留有间隙，为非工作面。
主要尺寸是键长L、键宽b和键高h。
平键端部外形有圆头（A型）、平头（B型）和单圆头（C型）三种(如下图) ，C型键用于轴端。
A、C型键的轴上键槽用端铣刀切制，对轴应力集中较大，B型键的轴上键槽用盘铣刀铣出，轴上应力集中较小。
1.2半圆键联接：它靠键的两个侧面传递转矩，故其工作面为两侧面。
上键槽用尺寸与半圆键相同的圆盘铣刀加工，因而键在槽中能绕其几何中心摇摆，以适应轮毂槽由于加工误差所造成的斜度。
1.3楔键联接：键的上下两表面是工作面，键的上表面和轮毂键槽底面均有1∶100的斜度，装配后，键即楔紧在轴和轮毂的键槽里，工作表面产生很大预紧力。
钩头楔键联接1.4切向键联接：它由两个一般楔键组成。
其上下两面（窄面）为工作面，其中之一面在通过轴心线的平面内。
工作面上的压力沿轴的切线方向作用，能传递很大的转矩。
一个切向键只能传递一个方向的转矩，传递双向转矩时，须用互成120°～130°角的两个键。
用于载荷很大，对中要求不严的场合。
由于键槽对轴减弱较大，常用于直径大于100mm的轴上。
第三章轴毂联接轴毂联接的功能主要是实现轴与轴上零件的周向固定并传递转矩，有些还能实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。
轴毂联接的形式很多，本章主要讨论键联接、花键联接和销联接。
第一节键、花键联接一、键联接键的功用：通常用于联接轴和轴上的零件，起到周向固定的作用并传递转矩。
有些类型的键还可实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。
键是一种标准件。
1．键联接的类型及特点主要类型：平键联接、半圆键联接、楔键联接、切向键联接。
（1）平键联接如图5－1a所示，装配时，转动件上加工一个通槽，在轴上加工一个小坑，便构成了平键联接。
平键的两个侧面是工作面并用于传递转矩。
键的上面与轮毂槽底之间留有间隙，为非工作面。
图 3－1 普通平键联接工作原理：是靠键同侧面的挤压来传递转矩、运动、动力。
键的侧面与键槽之间为过盈配合，装配时用木锤敲平。
这种键联接具有结构简单、对中性好、装拆方便等优点，因而得到广泛应用。
但这种键联接对轴上零件不能起到轴向固定的作用。
平键联接按用途可分为3种：普通平键、导向平键和滑键。
①普通平键普通平键用于静联接，即轴与轮毂之间无相对移动。
按键的端部形状可分为A型（圆头）、B型（方头）和C型（单圆头）3种。
(如图5－1)圆头键的键槽用指状铣刀加工，键放在与键同形状的键槽中，因而键的轴向固定较好。
缺点是键的圆头侧面与轮毂的键槽不接触，因而键的头部不能充分利用，而且键槽端部对轴引起的应力集中较大。
方头平键的键槽用圆盘铣刀加工，因而避免了上述缺点，但键在键槽中固定不好。
单圆头平键常用于轴端与轴上零件的联接。
薄形平键，其结构与普通平键几乎一样，就是键高约为普通平键的60%-70%，也分为圆头，平头和单圆头三种形式。
传递转矩的能力较低，常用于薄壁结构，空心轴及一些经向尺寸受限制的场合，另外对轴的削弱，能力也小。
②导向平键导向平键用于动联接，即轴与轮毂之间有轴向相对移动的联接。
导向平键（图5－2）是一种较长的平键，用螺钉固定在轴槽中，轴上零件可沿键作轴向滑动。
学习情境11 轴毂连接
工作面
图11-19 导键联接图11-20 滑键联接
导键用螺钉固定在轴的键槽内，轮毂键槽与键是间隙配合，轴上零件能沿轴作轴向移动，如图11-19所示。
为方便拆卸，在键的中部设有起键螺钉。
导键联接适应于轴上零件作轴向移动量不大的场合。
滑键固定在轮毂上，轴上的键槽与键是间隙配合，轴上零件带着键沿轴上的键槽作轴向移动，如图11-20所示。
滑键适应于轴上零件作轴向移动量较大的场合。
）半圆键联接
图11-21 半圆键联接图11-22 楔键联接
3）楔键联接
楔键的工作面是上下底面，楔键的上底面和轮毂键槽的底面都有1:100的斜度，装配后，键即楔紧在轴和轮毂的键槽里，其上下工作面就会产生很
1．选择键联接的类型
一般 8 级以上精度的齿轮有定心精度的要求，齿轮与轴的联接应选用（A
型）平键。
学生可以自己考虑在轴与联轴器联
接应采用什么型普通平键。
2．初选键的尺寸
键的截面尺寸应根据轴的直径确定，键的长度应根据齿轮
轮毂的长度确定，原则是键的长度比轮毂的长度稍短，并且要
符合键的长度系列。
3．校核键的强度
挤压强度校核 ][4P P hld
T A F σσ≤==
导向平键联接和滑键联接的限压条件为
[]p dhl
T p ≤=
4 式中：T —传递的转矩(T =F ×d /2)，N ·m ；
k 一键与轮毂键槽的接触高度，k =0.5h ，h 为键的高度，mm ；
l —键的工作长度，mm 。
对A 型平键l =L -b ，B 型平键l =L ，C 型平
键l =L -b /2，这里L 为键的公称长度，单位为mm ；b 为键的宽度，单位为mm ；
d —轴的直径，mm ； [σp ]—键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa ，
[p ]—键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用压强，MPa ，
键的材料采用抗拉强度不小于600MPa 的碳素钢，通常为45钢。
如果键强度不够，可适当加长轮毂和键的长度，但键长不宜大于2.5d 。
如强度仍不够，可采用双键周向相隔180°布置，考虑到两键上载荷分配的不
均匀性，在强度校核中只按l.5个键计算。
图11-25 销联接图11-26 过盈配合联接销联接
销的主要用途是固定零件之间的相对位置，也用于轴和轮毂的联接或其他零件的联接，既起轴向定位和固定作用，同时又起周向定位和固定作用，通常只传递不大的载荷。
销还可以用于安全装置中作为过载剪断元件，称为
销联接对轴引起较大的应力集中，通常用于轴端零件的定位。
为保证销与轴及轮毂上的销孔配合良好，应对轴及轮毂上的销孔配钻并配铰。
销的型式较多，有圆柱销、圆锥销及其他特殊形式的销等。
圆柱销用于
图11 - 27 销孔的尺寸。
