2022年学习情境轴毂连接终稿 .pdf

机械设计基础教案学习情境 11 轴毂连接主讲教师吴明清指导教师授课日期授课班级12 学习情境任务 13 轴毂连接学时2 能力目标1、熟悉轴毂联接的基本类型及其特点与应用；2、掌握平键联接的尺寸选择和强度校核方法。训练项目设计减速器中齿轮与轴的键联接知识点键连接的类型及应用，平键连接的选用和强度校核，花键联接，销连接，过盈配合连接，销连接的选择和计算。教学重点与难点掌握平键联接的尺寸选择和强度校核方法。教学方法任务驱动教学与典型案例讲解相结合教学准备课件，黑板，多媒体设备等。检测与评价职业能力 (占 70%)、职业素质 (30%)；评价成绩采用百分制。教案设计工作过程工作内容课前组织（5min）1 清点学生人数；2 检查授课环境；3 链接多媒体课件。任务导入（5min）轴毂联接是指轴与轮状零件（如齿轮、带轮等）的轮毂间的联接，其作用是实现周向及轴向固定或轴向移动导向，传递运动和动力。轴只有和轴上零件以合适的方式联接起来，才能实现其功用。轴毂联接的结构形式多种多样，以满足不同机械传动的要求。本任务学习键联接、花键联接、过盈配合联接和销联接等常用的轴毂联接方式。布置任务：设计减速器中齿轮与轴的键联接任务要求： 1分析减速器中键联接的类型；2搞清普通平键的选择依据；3分析平键的失效形式及强度计算；4选择减速器中键联接类型和尺寸；任务要求： 1分析减速器中的高速轴和低速轴, 区分它们的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 机械设计基础教案结构，学生归纳轴的功用、类型和特点；2掌握轴的材料及选择依据；3明确轴的结构设计要求；4. 分析轴的受力情况5计算轴的强度和刚度；6绘制轴的零件图。资讯（25min）2.1 键联接2.1.1 键联接的类型和应用键是一种标准零件， 通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定并传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。键联接主要有松键联接和紧键联接两大类，松键联接即在工作之前不存在预紧力，而紧键联接在工作之前就存在预紧力。松键联接有平键联接、半圆键联接，紧键联接有楔键联接和切向键联接。1）平键联接平键按用途不同可分为普通平键、导向平键和滑键。平键一半安装在轴的键槽内，另一半安装在轮毂的键槽内，键的上表面和轮毂的键槽底面间留有间隙。 平键的两侧面是工作面，工作时， 靠键同键槽侧面的挤压传递转矩。平键联接结构简单、装拆方便、加工容易、对中性较好，但不能承受轴向力，适用于传动精度要求较高的场合。（1）普通平键联接工作面名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 机械设计基础教案（a）（b）（c）（d）图 11-18 普通平键联接普通平键用于静联接，即轴与轮毂之间无相对轴向移动的联接。按端部形状不同，普通平键分为A 型(圆头 )、B 型(方头 )和 C 型(单圆头 )三种，如图11-18 所示。A 型键的键槽用指状铣刀加工，键在槽中固定较好，但键槽对轴的应力集中影响较大；B 型键的键槽用盘形铣刀加工，轴的应力集中较小；C 型键常用于轴端。（2）导向平键和滑键联接导向平键和滑键用于动联接，即轴与轮毂之间有相对轴向移动的联接。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。2）半圆键联接半圆键用于静联接，与平键一样，两侧面为工作面。如图11-21 所示，半圆键可以在轴的键槽内摆动，自动适应轮毂键槽底部的倾斜，转拆方便，特别适合于锥形轴端的联接。但轴上键槽过深，对轴的强度削弱较大，故常用于轻载场合。工作面工作面工作面名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 机械设计基础教案图 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大的径向预紧力。工作时主要是靠摩擦力来传递转矩，且能承受单向的轴向力，但对中性较差，在冲击、振动或变载荷下，联接容易松动，适用于定心精度要求不高、载荷平稳、低速的场合。楔键分普通楔键和钩头楔键，普通楔键有圆头、 平头和单圆头三种型式，如图 11-22 所示。装配时，圆头楔键要先放入轴上键槽中，然后打紧轮毂；平头、单圆头和钩头楔键则在轮毂装好后才将键放入键槽并打紧。钩头楔键的钩头供拆卸用，安装在轴端时，应注意加装防护罩。4）切向键联接切向键由一对斜度为1100 的楔键组成，其工作面是一对楔键沿斜面拼合后的上、 下两个平行平面，被联接的轴和轮毂上都有相应的键槽，装配时，把一对楔键分别从轮毂两端打人，拼合而成的切向键就沿轴的切线方向楔紧在轴与轮毂之间，如图11-23 所示。工作时， 靠工作面上的挤压力来传递转矩。用一个切向键时，只能传递单向转矩；当要传递双向转矩时，必须用两个切向键，两者间的夹角为120 130 。由于切向键的键槽对轴的削弱较大，且定心性差，因此常用于轴径大于 100mm、对中性要求不高而载荷很大的重型机械，例如大型带轮、大型飞轮、矿山用大型绞车的卷简等。（a）单向传递转矩（b）双向传递转矩图 11-23 切向键联接2.1.2 平键联接的选用和强度校核名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 机械设计基础教案1）平键的选择键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应根据键联接的结构特点、使用要求和工作条件来选择；键的截面尺寸b h 按轴的直径d 由标准中选定。 键的长度 L 略短于轮毂的长度，并按标准规定的长度系列圆整。2）平键的强度校核用于静联接的普通平键联接主要失效形式是工作面被压溃，用于动联接的导向平键联接和滑键联接主要失效形式是工作面磨损。假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键联接的强度条件为4PPhldTAF（11-7）导向平键联接和滑键联接的限压条件为pdhlTp4（11-8）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；p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。计划与决策（5min）1.进行自愿分组。2.学习相关知识。3.明确工作思路。4.讨论任务实施注意事项。5.完成任务。6.检查评价。实施（25min）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4PPhldTAF名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 机械设计基础教案导向平键联接和滑键联接的限压条件为pdhlTp4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；p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。检查与评价（10min）巡回指导检查，及时解答学生疑问。评价有教师评价与学生自评与互评相结合。评定形式比例评定内容评定标准得分自我评定20% 1. 学习工作态度 5分2. 完成任务情况 5分3. 出勤情况 5分4. 独立工作能力 5分积极【 5】 ；一般【 3】 ；不积极【 0】全部【 5】 ；一半【 3】 ；没有【 1】全勤【 5】 ；缺两次【 3】 ；30% 【0】强【 5】 ；一般【 3】 ；不强【 1】小组评定30% 1. 学习工作责任意识 5分2. 收集材料、调研能力 5分3. 汇报、交流、沟通能力 10 分4. 团队协作精神 10分强【 5】 ；一般【 3】 ；不强【 0】强【 5】 ；一般【 3】 ；不强【 1】强【 10】 ；一般【 6】 ；不强【 2】强【 10】 ；一般【 6】 ；不强【 2】教师评定50% 1. 集体学习工作过程状态 10 分2. 计划制定、执行情况 10分3. 任务完成情况 15分4. 项目学习、实训报告 15分积极【 10】 ；一般【 6】 ；较差【 2】好【 10】 ；一般【 6】 ；较差【 2】好【 15】 ；一般【 10】 ；较差【 5】【0】- 【15】任务拓展（15min）2.2 花键联接花键联接是轴和轮毂孔周向均匀分布多个纵向键齿构成的联接，如图11-24 所示，工作时靠键齿和键槽的侧面互相挤压传递转矩。花键联接可用于静联接或动联接。花键联接的优点是： （1）齿数较多，总接触面积较大，可承受较大的载荷； （2）键槽较浅，齿根处应力集中较小，轴与毂的强度削弱较少；（3）轴上零件与轴的对中性好和定向性较好。花键联接的缺点是齿根处仍有应力集中；需用专门设备加工，成本较高。花键联接适用于定心精度要求高、载荷大或经常滑移的联接。花键联接按其齿形不同，有矩形花键、 渐开线花键和三角形花键等三种。矩形花键的定心方式有小径定心、大径定心和齿侧定心三种方式，应用较广；渐开线花键键齿的根部强度高，应力集中小，齿上的径向力能起到自动定心作用，有利于各齿均匀承载，适宜于传递转矩较大且轴径也较大的场合；三角形花键齿细小而多，适用于薄壁零件的联接。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 机械设计基础教案图 11-24 花键联接图 11-25 销联接图 11-26 过盈配合联接2.3 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，称为安全销。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。圆柱销用于不常拆卸的场合，圆锥销用于经常拆卸的场合。图11-25 所示即为轴毂联接中的圆锥销。销的材料常用35、 45 钢。2.4 过盈配合联接如图 11-26 所示，过盈联接是利用轴与轮毂孔两配合零件间的过盈而形成的紧联接。轴的尺寸大于轮毂孔的尺寸，装配后，由于轮毂和轴的弹性变形，在配合面间产生很大的径向压力，工作时靠此压力产生的摩擦力来传递转矩或轴向力。过盈配合联接结构简单、定向性好、对轴的削弱小、承载能力较大并能承受振动和冲击，但由于联接的承受能力直接取决于过盈量的大小，故对配合面加工精度要求较高，装拆比较困难。过盈配合联接的装配方法有压入法和温差法。当过盈量和配合尺寸较小时，采用在常温下直接压入法装配；当过盈量和配合尺寸较大时，采用温差法进行装配。3.1 销联接的选择和计算销也是标准件。在设计销联接的时候，可先根据联接的结构特点和工作要求来选择销的类型和尺寸，必要时再作强度校核。定位销通常不做强度校核，其直径按结构确定。联接销的直径可按结构特点按经验确定，必要时应校核其挤压和剪切强度。3.2 销孔的配作当用销进行联接或定位的时候，两个零件上的销孔必须是在装配时一起名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 机械设计基础教案加工出来的，即同时钻孔和铰孔。在工艺上，称为配作。因此，在各自零件图的销孔尺寸上，应当注明“ 与件配作” 。图 11 - 27(a)所示为圆柱销的销孔尺寸，图 11 - 27(b)所示为圆锥销的销孔尺寸。图 11 - 27 销孔的尺寸名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -