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1、第18章轴与轴系零部件机械设计基础机械设计基础第18章 轴与轴系零部件主讲：XXXX职业技术学院XXXXXQQ: 12345569 Tel:(1234)12345678 滚动轴承通常由外圈、内圈、滚动体和保持架四个基本元件组成。内圈装在轴颈上，外圈装在轴承座孔内，多数情况下内圈与轴一起转动，外圈保持不动。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件18.118.1滚动轴承滚动轴承 滚动轴承具有摩擦阻力小、启动灵敏、效率高，且滚动轴承已标准化、系列化，易于选购和互换，对设计、使用、润滑、维护都很方便，由于滚动轴承的机械效率较高，对轴承的维护要求较低，因此在中、低转速以及精度要求较高的场合得到广
2、泛应用。滚动轴承的结构、基本类型及特点滚动轴承的结构、基本类型及特点1. 滚动轴承的结构滚动轴承的结构 由于各种机器使用的情况不同，为了使其更好的工作，因此对轴承内圈、外圈和滚动体形状等提出了不同的要求。就滚动体的形状就有球、圆锥、圆柱、鼓形和滚针等几种形状 。 工程上把滚动体是球的轴承称为球轴承球轴承；把滚动体是圆锥、圆柱、鼓形和滚针的轴承称为滚子轴承滚子轴承 。如果滚动体的列数为单列的，这种滚动轴承称单列滚动轴承；如果滚动体的列数为双列的，这种滚动轴承称双列滚动轴承。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件2. 滚动轴承的类型及特点滚动轴承的类型及特点(1) 公称接触角 轴承公称接触
3、角（简称接触角）指的是滚动轴承的滚动体和外圈滚道接触点的法线与轴承半径方向的夹角，并用表示。轴承接触角的大小有所不同，接触角越大，承受轴向轴向载荷的能力越大。工程上按轴承所承受的载荷的方向或公称接触角的不同，将滚动轴承可分为向心轴承和推力轴承两种类型。选择轴承时应考虑到它的接触角、游隙、倾角和极限转速。 向心轴承是指接触角045的滚动轴承，它它主主要用于承受径向载荷要用于承受径向载荷。 在向心轴承轴承中，如果接触轴承=0，则把它称为径向接触轴承；如果接触角045，则把它称为向心角接触轴承。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件 推力轴承是指接触角4590的滚动轴承，它主要用于承受轴向载
4、它主要用于承受轴向载荷荷。在推力轴承中，如果接触轴承=90，则把它称为轴向接触轴承；如果接触角045，则把它称为推力角接触轴承。轴承类型向心轴承径向接触轴承向心角接触轴承公称接触角0045轴承类型推力轴承推力角接触轴承轴向接触轴承公称接触角459090第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件轴承接触角越大，承受轴向载荷的能力越大。(2) 游隙 滚动轴承的内、外圈滚道与滚动体之间的间隙称为游隙游隙。 当轴承中的外圈固定不动，内圈沿径向从一个极端位置到另一个极端位置的移动量r，就称为轴承的径向游隙；当轴承中的外圈固定不动，内圈沿轴向从一个极端位置到另一个极端位置的移动量a，就称为轴承的轴向游
5、隙轴向游隙。游隙游隙大小对轴承寿命、温升和噪音有很大影响，应按使用条件进行选用和调整。大小对轴承寿命、温升和噪音有很大影响，应按使用条件进行选用和调整。(3) 倾角(偏转角) 在工作中，由于加工、安装误差或轴和支承受力变形等原因， 轴产生弯曲变形，引起轴承内、外圈的轴线不在同一直线上， 发生相对倾斜。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件 轴承的倾斜角称为倾角倾角(或偏转角)，用表示。倾角（2.53）大的轴承称为调心轴承调心轴承。(4) 极限转速 滚动轴承在一定载荷和润滑条件下，所允许的最高转速称为极限转速极限转速，用nlim表示。 轴承在工作中，它的工作转速超过它的极限转速，则该轴承
6、的使用寿命将急剧下降。各种型号轴承的极限转速在轴承样本中均已列出。3.3.常见常见的滚动轴承及其特性的滚动轴承及其特性 滚动轴承的用量极大，类型繁多，为了便于对轴承的选用和使用，采用代号来表示轴承的内径、外径系列、宽度系列、类型、结构特点、游隙、精度等级，以及特持要求等。不同类型的轴承用不同的数字或字母表示，就工程中常见的轴承叙述其类型代号的特性，便于对轴承的选用和使用。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件1.调心球轴承 调心球轴承的代号“1”。调心球轴承主要承受径向载荷，也能承受较小的轴向载荷。因为该轴承的外圈滚表面中以轴承中点为中心的球面，故能自动调心，其倾角可达23。这种轴承的
7、极限转速属于中等，它主要用于多点支承轴，弯曲刚度较小的轴及难于精确对中的支承。为了达到调心效果，常成对使用。为了达到调心效果，常成对使用。2.调心滚子轴承 调心滚子轴承，其代号“2”。其应用与调心滚子轴承基本相同。由于滚动体不是球而是滚子，所以承受载荷的能力比调心球轴承大，但它的极限转速低，允许倾角也没有调心球轴承大，其倾角为0.52。成对使用。成对使用。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件3.圆锥滚子轴承 圆锥滚子轴承的代号为“3”。圆锥滚子轴承能同时承受较大径向和单向的轴向载荷，轴向载荷的指向如图。它允许的倾角很小，只有2，并且极限转速也属于中等。这种轴承内、外圈可分离，装拆方便
8、，但应成对使用应成对使用。圆锥滚子轴承主要用于速度不高，轴刚度较好，轴向力较大场合。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件4.推力球轴承(a)(b)(a)(b) 推力球轴承的代号为“5”。推力球轴承能承受很大的轴向载荷，但载载荷作用线必需与轴线重合荷作用线必需与轴线重合，没有倾角。推力轴承有单列和双列（图 (b)）两种。单列承受单向推力，双列承受双向推力。当推力球轴承高速运转时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命降低，所以推力球轴推力球轴承只适用于轴向载荷大，转速不高处。承只适用于轴向载荷大，转速不高处。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件5.深沟球轴承 深沟球轴
9、承的代号“6”。深沟球轴承是所有轴承中应用最为广泛的一种轴承，极限转速高，倾角为816。它主要承受径向载荷，同时也能承受一定的轴向载荷。当转速很高而轴向载荷不大时，可代替推力球轴承承受纯轴向载荷。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件6.角接触球轴承 角接触球轴承的代号“7”。角接触球轴承极限转速较高，倾角为210，能同时承受径向和单向的轴向联合载荷，轴向载荷的指向如图所示。其公称接触角有15、25、40三种，公称接触角越大，轴向承载能力越大。角接触球轴承通常成对使用，可以分装于两个支点或用装于一个支点上。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件7.圆柱滚子轴承 圆柱滚子轴承的代
10、号“N”。圆柱滚子轴承的极限转速较高，轴承的内、外圈可分离。由于是线接触，内外圈只允许有极小的相对偏转，倾角只有24。它能承受较大的径向载荷，不能承受轴向载荷。不能承受轴向载荷。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件滚动轴承的代号与轴承的选择滚动轴承的代号与轴承的选择 滚动轴承的类型有很多，而各类轴承又有不同的结构、尺寸、公差等级和技术要求。为了便于组织生产和设计时的选用，国家标准规定用代号表示滚动轴承。滚动轴承的代号是表示其结构、尺寸、公差等级和技术性能等特征的产品符号。 按照GB/T 272-1993的规定，滚动轴承的代号由前置代号、基本代号和后置代号三部分构成。轴承代号一般印刻在
11、其外圈的端面上，排列顺序如下：前置代号基本代号基本代号后置代号 常用的轴承用基本代号就能清楚地反映出它的结构、尺寸、公差等级等要求。 第5位第4位第3位第2位第1位类型代号尺寸系列代号内径代号宽（高）度系列代号直径系列代号第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件1. 滚动轴承的代号第5位第4位第3位第2位第1位类型代号尺寸系列代号内径代号宽（高）度系列代号直径系列代号 轴承的内圈孔径称为轴承公称内径公称内径，是一个重要的参数。轴承公称内径为10480 mm时，内径代号如下表所示。 内径代号000102030496轴承公称内径d/mm10121517代号5（20480mm） 直径系列指同一
12、内径、结构相同的轴承有几种不同的外径。常见的直径系列代号有1、 2、 3、 4，其名称分别称为特轻、轻、中、重，外径尺寸随着数字的增大而增大。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件第5位第4位第3位第2位第1位类型代号尺寸系列代号内径代号宽（高）度系列代号直径系列代号 在轴承的基本代号中，右起第四位数字是宽度系列代号。宽度系列是指同一内径和外径的轴承有几种不同的宽度。常见的宽度系列代号是0、1、2、3，其名称分别称为窄、正常、宽、特宽，其宽度尺寸随着数字的增大而增大。相同内径的同类型轴承，外廓尺寸大(外径， 宽度)则承载能力强。 当轴承的宽度系列代号是“0”时，根据轴承类型的不同，“0
13、”往往可以省略不写。由于宽度系列代号“0”的省略与轴承的类型有关，所以把轴承的类型、宽度系列、直径系列的代号放在一起考虑，并称为组合代号，常用轴承的组合代号如表所示。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件第5位第4位第3位第2位第1位类型代号尺寸系列代号内径代号宽（高）度系列代号直径系列代号类型代号宽度系列直径系列组合代号类型代号宽度系列直径系列组合代号10212602622222226036330230260464303303710705125127027251351370373522522N02N2第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件前置代号基本代号后置代号 前前置代号用
14、字母置代号用字母表示表示, L, L表示分离轴承的分离内圈或外圈；表示分离轴承的分离内圈或外圈；K K表示滚子和表示滚子和保持架组件保持架组件。 LN207中的L表示可分离轴承的内圈或外圈。 后置代号用字母和数字后置代号用字母和数字表示轴承的结构、表示轴承的结构、 公差及材料的特殊要求等内容公差及材料的特殊要求等内容, , 与左边的基本代号空半个汉字与左边的基本代号空半个汉字( (代号中有代号中有“”、“/”/”符号的除外符号的除外) )。 后置代号C、AC、B分别表示公称接触角15、25、40； /P0、/P6等表示轴承的精度等级； /C0、/C1等表示轴承的游隙组别。 常用的轴承的精度等级
15、为普通级别P0级、游隙组别为基本游隙组别C0时可不予标注。 6308、7208 AC、LN207这些轴承的精度等级均为普通级别，游隙组别也为基本游隙组别。6308、7208AC这两只轴承也没有特殊要求。LN207在轴承类型代号前有字母L，说明这只轴承内外圈可分离的。 6310的轴承为内径50mm，中窄系列的深沟球轴承。7208AC的轴承为内径40mm，接触角25，轻窄系列的角接触球轴承。LN207的轴承为内径35mm，轻窄系列的圆柱滚子轴承。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件2.滚动轴承类型的选择 在选择轴承类型时， 应从具体工作条件出发，考虑各类轴承的特点及应用场合，所承受的载荷
16、的大小、方向、性质和转速的高低以及刚度、调心性能、结构尺寸、轴承的装卸和经济性等要求, 从中选出比较合适的轴承类型。具体选择时可参考以下几点： 1) 当载荷较大或有冲击载荷时，宜用滚子轴承；当载荷较小时，宜用球轴承；2) 只受径向载荷作用时，选用“6”、“N”类轴承；同时承受径向载荷和轴向载荷时；(1）当轴向力很小时，选用“6”类轴承；2）当轴向力较大时，选用“7”类轴承；3）当轴向力很大且转速不高时，选用“3”类轴承；（4）当轴向力很大，且转速很高时，选用“6”类和“5”类轴承的组合。3) 当转速较高时，宜用球轴承；当转速较低时，可用滚子轴承。转速很高时，用“6”类轴承代替“5”类轴承来承受
17、不大的纯轴向力；4) 当要求支承具有较大刚度时，选用滚子轴承；5) 刚度低，跨度较大，难以保证同轴度的轴以及多支承点，选用“1”或“2”类调心轴承；第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件6) 为便于轴承的装拆， 可选用内、外圈可分离的“3”类和“N”类轴承；7) 从经济角度看，球轴承比滚子轴承便宜，精度低的轴承比精度高的轴承便宜，所以精度等级一般选用普通级（P0）精度；8) 考虑到轴承购买方便时，选用直径系列2、3宽度系列0、1的轴承。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件例例18.1图示的轴，受径向力Fr3000N作用。A、B二处的轴颈均为30mm，轴的转速为n=2000r/
18、min ，某人在设计时，选用A处的轴承为3230，B处的轴承为7306C。试：1.指出选用轴承四个不合理的原因；2）确定A、B两处正确的轴承代号。解： 一.（1）A处的轴颈为30mm，而A处轴承3230的内径是150mm，150mm的内径与30mm的轴颈不匹配；（2）3230是滚子轴承，极限转速较低，而该轴的转速2000r/min较高，所以极限转速低的轴承用在转速高的地方不尽合理；（3）3230、7306这二种轴承均用在既受径向力又受轴向力的地方，而该轴只受径向力而不受轴向力的作用，所以用这两种型号的轴承不妥；（4）为了便于加工、安装、选购等原因，一般同一根轴上两只轴承的代号应一样，这里两只轴
19、承的代号不同，所以不合理。 二.A、B两处均选用6306 （或6206）的轴承。滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计为了保证轴承的正常工作，除了合理选择轴承的型号外，还必须进行轴承的组合设计，妥然解决滚动轴承的固定、轴系的固定，轴承组合结构的调整，轴承的配合、装拆、润滑和密封等问题。(1) 内圈固定轴承内圈的一端常用定位轴肩来固定，另一端则可采用弹性挡圈、轴端挡圈以及圆螺母和止动垫圈等定位形式。 第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件1.轴承的固定(2) 外圈固定 外圈轴向位置的固定可以是单向固定，也可以是双向固定。几种常用的外圈固定方法:(a)座孔的台肩； (b)、(c)轴承端盖；(
20、d)套杯肩环；(e)孔用弹性挡圈。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件2. 滚动轴承的支承结构 (1)两端单向固定 轴承端盖与轴承外圈的端面之间预先留有间隙a0.20.4mm。当采用角接触球轴承或圆锥滚子轴承时，只能由轴承的游隙补偿轴的热变形。间隙a和轴承游隙的大小可以用调整垫片来调节。调整垫片由很薄的一组垫片组成，在装配的时候，调整安装在右端轴承的端盖与机座之间的垫片，通过增减垫片的厚度来调整间隙的大小。 这种支承结构简单、安装调整方便，它适合于工作温度变化不大的短轴。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件(2)一端双向固定、一端游动 固定端-实现轴系的双向固定；游动端-轴
21、承可沿轴向自由移动。 当选用圆柱滚子轴承时，轴承外圈与端盖之间不需留有间隙，但轴承的内、外圈均需作双向固定。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件这种固定方式适用于轴的工作温度变化较大和跨距较大（L350 mm）的场合。 3.轴承的调整（1）轴承游隙的调整； 向心角接触轴承的游隙在制造时已确定，圆锥滚子等一些轴承装配时可通过移动轴承套圈位置来调整轴承游隙。 移动轴承套圈、调整轴承游隙的方法有：增减轴承盖与机座间垫片厚度或螺钉调整等。（3）轴系的轴向调整小圆锥齿轮轴承组合位置的调整方式，是两个轴承均安装在套杯中。轴系位置可以通过增减垫片1的厚度得以改变，垫片2则是用来调整轴承的轴向游隙。
22、第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件（2）轴承的预紧 对轴承施加一定的轴向力，使滚动体和内、外圈接触处产生微小的弹性变形，消除轴承内部游隙，这种方法称为轴承的预紧。目的：提高轴承的旋转精度，减少振动和噪音。预紧力要适当，过小达不到目的，过大影响轴承寿命。 预紧的方法：(1)移动轴承套圈；(2)在两轴承之间的内圈或外圈间加金属垫片；(3)用弹簧压紧。4.配合、装拆、润滑与密封 (1) 滚动轴承的配合 轴与轴承的配合常选的公差代号为m6、k6、js6，轴承与座孔常选的公差代号为J7、H7、G7。(2) 滚动轴承的装拆 通常轴承的内圈与轴颈的配合较紧，在安装和拆卸轴承时，装拆力不允许通过滚
23、动体来传递。使用的方法和工具应使装拆力能够均匀地作用在套圈的端面上。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件在从外壳孔中拆卸轴承时，对于内、外圈可分离的轴承，应在外壳孔处留出足够的拆卸高度h，以便由此顶出轴承的外圈。当外壳孔的端部为封闭的结构时，可在相应的位置上设置几个螺纹孔，以便用拆卸螺钉顶出轴承的外圈。(3)滚动轴承的润滑 滚动轴承在工作过程中会出现点蚀、塑性变形、磨损、轴承内外圈破裂等失效形式。 滚动轴承常用的润滑方式有润滑脂润滑润滑脂润滑和润滑油润滑润滑油润滑两类。 第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件 1)润滑脂润滑 通常当轴颈圆周速度不大于45 m/s，或滚动轴承的
24、速度因素dn200000300000mm.min1时，可采用润滑脂润滑。普通减速器采用具体牌号为NLGI2钙基润滑脂。装填装填润滑脂时一般不超过轴承空隙的润滑脂时一般不超过轴承空隙的1/31/2。 轴承的一侧装挡油盘或挡油环。为了起到良好的挡油效果，挡油盘做成齿状的。2) 润滑油润滑油润滑的优点是摩擦系数小、润滑可靠，且具有冷却、散热和清洗的作用；缺点是对密封和供油的要求较高。润滑油润滑方式常用油浴润滑和飞溅润滑。 油浴润滑是轴承局部浸入润滑油中，油面不得高于最下方滚动体的中心。这种方法简单易行，适用于中、低速轴承的润滑。 采用飞溅润滑时，应在箱体凸缘的上表面开设导油沟。导油沟的长度较大，一直
25、通到轴承端盖处，相应地在箱盖内壁的下方铸造出一个斜面。 润滑油的选择主要是根据工作温度和速度因素dn值，参考润滑粘度图选取润滑油的粘度值，然后根据粘度值从设计手册或润滑油产品目录中选出相应的润滑油牌号。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件 间隙密封，在轴与轴承端盖的通孔壁之间留有间隙(0.10.3)mm，间隙越小，间隙宽度越长，密封的效果就越好，这种间隙密封称为缝隙式密封缝隙式密封。它的结构简单，适用于脂润滑，要求环境清洁、干燥。为了提高密封效果，常在轴承端盖的孔壁上车出几个细小的环形沟槽，并在槽内填满润滑脂，这种间隙密封称为油沟密封油沟密封，多用于v(56)m/s的场合。第第181
26、8章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件（4） 滚动轴承的密封毛毡圈密封毛毡圈密封，密封元件为毛毡圈。例：例：比较图示左右两图的结构，指出左图中标注数字处的错误原因(注：轴承用油脂润滑)。解：1.应有密封圈并留间隙；2.套筒不可同时接触内、外圈；3.轮毂应比轴段长12mm；4.联轴器应给定位台阶；5.应有键作周向固定；6.此处不必用卡圈固定内圈；7.精加工面过长且装拆轴承不便(轴承内圈装入应有台阶)；8.联轴器孔未打通；9.箱体装盖处应有加工凸台；10轴肩过高，无法拆卸轴承；11.键过长，套筒无法装入(套筒起不到定位作用)12.无垫片；13.应加挡油环。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部
27、件第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件18.2联轴器与离合器联轴器与离合器 联轴器和离合器主要用来连接轴与轴，或轴与其它旋转零件，以传递运动和转矩。 离合器在机器运转时可使两轴随时接合和分离，而不必拆卸。 联轴器在工作时始终把两根轴连接在一起，只有在机器停止运转后才能用拆卸的方法使两轴分离。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件联轴器联轴器1.联轴器的性能要求 由于制造、安装的误差，机器运转时零件受载变形，基础下沉，回转零件的不平衡，温度的变化和轴承的磨损等，会使两轴线的位置发生偏移，不能严格保持对中的情况。为了使联接的两根轴能很好地工作，选用的联轴器要有适应这些偏移的能力。
28、弹性联轴器联轴器固定式刚性联轴器刚性联轴器可移式刚性联轴器2.联轴器的类型第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件1）固定式刚性联轴器 (1) 套筒联轴器 套筒联轴器是用键或销钉将套筒与两轴连接起来，以传递转矩。该联轴器结构简单，加工容易，径向尺寸小，但装拆时需要一轴作轴向移动。一般用于两轴直径小、同轴度要求较高、载荷不大、工作平稳的场合。(2)凸缘联轴器 凸缘联轴器由两个带凸缘的半联轴器分别用键与两轴连接，并用螺栓将两个半联轴器组成一体。图(a)中两个半联轴器采用普通螺栓连接，螺栓与螺栓孔间有间隙，依靠联轴器两圆盘接触面间的摩擦传递转矩，用凸肩和凹槽对中；图(b)中两个半联轴器是采用铰
29、制孔螺栓连接，用铰制孔螺栓对中，靠螺栓承受剪切和挤压来传递转矩，因而传递的转矩较大，但要铰孔加工复杂。凸缘联轴器全部零件是刚性的，在传递载荷时，不能缓和冲击和吸收振动，但它结构简单，价格低廉，使用方便，可传递较大转矩。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件2）可移式刚性联轴器(1) 十字滑块联轴器 允许的偏角位移30和径向位移y0.04d(d为轴的直径)。 为避免过快磨损及产生过大的离心力, 轴的转速不可过高。 为了减少磨损、 提高寿命和效率, 在榫与榫间需定期施加润滑剂。 第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件(2)万向联轴器 万向联轴器由两个叉形接头与一个十字元件组成。十字
30、元件与两个叉形接头分别组成活动铰链，两叉形半联轴器均能绕十字形元件的轴线转动，从而使联轴器的两轴的轴线夹角可达4045。但其夹角过大时效率显著降低。 万向联轴器单个使用时，当主动轴以等角速度转动时，从动轴作变角速转动，因而引起附加动载荷。为避免这种现象，常将万向联轴器成对使用万向联轴器成对使用，构成双万向联轴器。 双万向联轴器安装时必须满足：(1)主动轴、从动轴与中间轴的夹角必须相等；(2)中间轴两端的叉形平面必须位于同一平面内。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件3）弹性联轴器(1) 弹性套柱销联轴器 弹性套的变形可以补偿两轴的径向位移
31、，并且具有缓冲和吸震作用。允许轴向位移为27.5 mm；径向位移为0.20.7mm，偏角位移为30130。 弹性套柱销联轴器重量轻、结构简单、但弹性套易磨损、寿命较短，用于冲击载荷小、启动频繁的中、小功率传动中。弹性套柱销联轴器已标准化。(2) 弹性柱销联轴器 弹性柱销联轴器结构简单，维修安装方便，具有吸震和补偿轴向位移及微量径向位移和角位移的能力。其允许径向位移为0.10.25 mm。弹性柱销与弹性套柱销联轴器一样，均可用于经常正反转、启动频繁、转速较高的场合。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件3. 联轴器的选择 常用联轴器多已标准化，一般先依据机器的工作条件选择合理的类型，再依
32、据计算转矩、轴的直径、转速，从标准中选择所需的型号及尺寸，必要时对某些薄弱、重要的零件进行校核计算。 1) 类型的选择 选择类型的原则是使用要求与类型特性一致。(1) 两轴能精确对中，轴的刚性较好，可选用凸缘联轴器，否则选用具有补偿能力的十字滑块联轴器，弹性套柱销联轴器或弹性柱销联轴器；(2) 转速较高、要求消除冲击和吸收振动的，选用具有弹性元件的弹性柱销联轴器、弹性套柱销联轴器；(3) 两轴线要求有一定夹角的可选用万向联轴器；(4) 传递载荷很小，工作平稳，不重要的轴可选用自制的套筒联轴器。2) 型号尺寸的选择 选择类型后，根据计算转矩、轴径、转速，由手册或标准中选择型号、尺寸。选用时要满足
33、：(1)计算转矩Tc不超过联轴器的最大许用转矩，即：TcT；(2)轴径不超过联轴器的孔径范围；(3)转速n不超过联轴器的许用转速n，即：nn。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件 由于联轴器类型的选择涉及因素较多，一般要参考以往使用联轴器的经验，进行选择计算转矩Tc的计算式：cTKT式中：K为工作情况系数。一般说来，对刚性联轴器取大值，对弹性联轴器取小值。T为工作转矩，单位N.m。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件表18.6 工作情况系数K12解：由表18.6得：KA=1.4按式18.1得：Tc= KT=1.4343.46= 481N.m。 考虑到在安装时减速器低速轴与驱
34、动滚动轴不容易对中，并为了减振，缓冲等原因，选用弹性联轴器。由GB/T4323-2002，取LT7型弹性联轴器。其主要参数为：与低速轴联接的轴孔直径40mm，轴孔长度65mm；与驱动滚动轴联接处的轴孔42mm，轴孔长度84mm。该联轴器的许用转矩T=500N.m，许用转速n= 2800 r/min。则TcT，nn，合适。联轴器的标记：4065LT7/432320024284JCGB TJC联轴器 例例18.2 在图示的带式输送机中，已知减速器低速轴转速n= 102.6 r/min；传递的转矩T=343.46 N.m，输出端轴径为40mm，长度60mm；驱动滚动轴联接处的轴孔直径为42mm，长度
35、L=80mm，试选择联轴器的型号。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件离合器离合器 对离合器的要求：(1)接合平稳，分离彻底，动作准确可靠；(2)结构简单，质量小，外形尺寸小，工作安全；(3)操作省力、方便，容易调节和维护，寿命长，散热性好。牙嵌式离合器离合器 摩擦式离合器电磁式离合器1牙嵌离合器 牙嵌式离合器利用接合元件的啮合来传递转矩, 其主要特点是: 结构简单, 外廓尺寸小, 能传递较大的转矩, 可保证主、 从动轴同步传动； 但啮合元件为刚性啮合, 有冲击。 因此, 这种离合器一般仅能在停车或低速下接合。 2. 摩擦离合器 摩擦离合
36、器利用接合元件的工作表面的摩擦力来传递转矩, 其主要特点是: 接合平稳, 可在任何转速下离合； 但不能保持主、从动轴严格同步, 接合时会产生摩擦热和磨损。 第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件多片式摩擦离合器因为增加了摩擦片数，所以能提高传递转矩的能力，且径向尺寸相对减小，但结构复杂。接合过程平稳，冲击振动较小；有过载保护作用。这种摩擦离合器传递的转矩较小。单片圆盘摩擦离合器摩擦圆锥摩擦离合器离合器多片圆盘摩擦离合器1. 轴的分类根据所受的载荷不同 转动心轴心轴固定心轴轴转轴传动轴第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件 轴的概述轴的概述传动轴：工作中同时承受弯矩和扭矩的轴，既
37、支承零件又传递转矩。传动轴：工作时只承受扭矩，不承受弯矩或承受很小弯矩的轴。 心轴：工作时只承受弯矩，不承受扭矩的轴。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件按轴线形状不同 ： 光轴直轴阶梯轴轴曲轴挠性钢丝轴曲轴常用于曲柄压力机、内燃机等往复式机械中。实心轴轴空心轴第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件2轴的材料（1）碳素钢 碳素钢比合金钢价格便宜，具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，中碳优质钢经过热处理后，能获得良好的综合力学性能，应用广泛。常用的有30、35、40、45和50等，尤以4545钢钢应用最为广泛。用优质碳素钢制造的轴，一般均进行正火或调质处理，以改善材料的力
38、学性能；耐磨性要求高的轴段，可进行表面淬火及低温回火处理。不重要的或受力较小的轴，也可采用Q235AQ235A、Q255A、Q275A等普通碳素钢，一般不进行热处理。（2）合金钢合金钢比碳素钢具有更好的机械性能和热处理性能，但对应力集中比较敏感，价格也较贵，因此多用于高速、重载、高温、要求尺寸小、重量轻、耐磨性好等特殊条件的场合。具体的牌号有：27Cr2Mo1V、38CrMoAlA、20Cr20Cr、20CrMnTi。在设计合金钢轴时，必须注意从结构上减少应力集中和减小其表面粗糙度。（3）铸铁球墨铸铁和高强度铸铁铸造性能好，对应力集中不敏感，吸振性和耐磨性好，价格低廉，适用于形状复杂的轴或大型
39、转轴。表18.7 轴的常用材料及其主要力学性能材料及热处理毛坯直径mm硬度HBS抗拉强度b屈服极限S弯曲疲劳极限b-1应用说明MPaQ235A440240200用于不重要的或载荷不大的轴45正火100170217600300275用于较重要的轴，应用最广泛45调质20021725565036030040Cr调质251000800485用于载荷较大而无很大冲击的重要的轴35 CrMo调质100207269750550390用于重载荷的轴20Cr渗碳淬火回火15表面HRC5662850550375用于要求强度、韧性及耐磨性均较高的轴60650400280QT400-1815619740025014
40、5第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件轴的结构设计轴的结构设计1轴的结构通常轴的结构由轴颈、轴头、轴身、轴端等部分组成。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件2轴的结构设计要求 轴的结构设计应满足以下基本要求：（1）轴和轴上零件有准确的定位和固定；（2）轴上零件便于调整和装拆；（3）轴应具有良好的加工工艺性；（4）轴的形状、尺寸应尽量减小应力集中。3拟定装配方案4轴的最小直径估算扭转强度条件： 639.55 10 0.2pPTnWd轴的直径设计公式： 式中扭转切应力，MPa； T轴所受的扭矩，Nmm；Wp轴的抗扭截面系数，mm3；
41、n轴的转速，r/min；P轴传递的功率，kW；d计算截面处轴的直径，mm；许用扭转切应力，MPa；C由轴的材料和受载情况所决定的系数。 当轴上开有键槽时，应考虑键槽对轴强度的削弱作用。有一个键槽时，轴径增大（35）%，有两个键槽时，轴径增大7%，然后将轴径圆整后取标准值。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件6335 9.55 10 PPdCnn表18.8几种常用轴材料的及C值注：1.当弯矩相对于转矩很小或只受转矩时，取较大值，C取较小值。 2.当用Q235及35SiMn钢时，取较小值，C取较大值。12第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件5各轴段直径和长度的确定1）各轴段的直
42、径的确定确定直径时应注意的问题：(1) 安装标准件部位的轴径，其直径必须符合其标准件内径；(2) 轴肩（轴环）直径参照表确定；直径d101818303050508080100hmin22.53.54.55.5r0.81.01.62.02.5R或C1.62.03.04.05.0表18.9定位轴肩或轴环的最小高度min、圆角半径、零件孔端圆角半径和倒角定位轴肩轴肩非定位轴肩为了保证零件紧靠定位面，应使为了保证零件紧靠定位面，应使rcrc1 1(3) 与轴上传动零件配合的轴头直径，非配合的轴身直径应进行圆整。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件2）各轴段的长度的确定(1) 为了保证轴向定位
43、可靠，与齿轮和联轴器等零件相配合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短23mm。(2) 轴身长度的确定应考虑轴上各零件之间的相互位置关系和装拆工艺要求。6轴上零件的定位及固定(1) 轴肩、轴环 轴肩或轴环是阶梯轴上截面变化的部分，由定位面和过渡圆角组成。 轴肩、轴环结构简单，能承受较大的轴向力，并且起到定位作用，所以应用较多。 1）轴上零件的轴向定位及固定第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件(2)套筒 在轴的中部，当两个零件间距离较小时，常采用套筒作相对固定。使用套筒可简化轴的结构，避免在轴上制出螺纹，环形槽等，能有效地提高轴的疲劳强度 ，但增加了一些重量，故套筒不应太长。由于套筒与轴的配
44、合较松，所以也不宜用于高速轴。 (3)圆螺母 当零件间的距离较大时，代替套筒以减轻结构重量。圆螺母的螺纹一般采用细牙螺纹。为防止圆螺母松脱，可采用加止动垫圈或用双圆螺母。 第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件(4)轴端挡圈 轴端挡圈适用于固定轴端零件，可以承受剧烈的振动和冲击载荷。轴端挡圈也符合国家标准，具体尺寸可参见GB891-86和GB892-86(5)弹性挡圈 用弹性挡圈来轴向固定，结构简单、紧凑但它只能承受很小的轴向力，常用于固定滚动轴承。 轴用弹性挡圈是标准件，它的具体尺寸可参见GB894.1-862）轴上零件的周向定位及固定周向固定的目的是为了限制轴上零件相对于轴的转动，
45、以满足机器传递运动和扭矩的要求。常用的周向固定方法有键、花键、过盈配合和销钉以及成形连接等，紧定螺钉也可用作周向固定，但只用在传力不大场合。其中以键和花键应用最广。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件7. 轴的结构工艺性 (1) 为了便于轴上零件的装配和去除毛刺，各轴段的轴肩及轴端应制成45的倒角，且倒角尺寸尽可能相同，以便加工。 (2) 轴上需加工螺纹的轴段应有退刀槽。需磨削的轴段应有砂轮越程槽。同一轴有多处退刀槽和越程槽时，为了便于加工，槽的宽度要尽量一致。(3) 轴上所有键槽应布置在轴的同一条母线上，以避免多次装夹。(4) 为减小应力集中，阶梯轴相邻轴段直径不宜相差太大，在轴径
46、变化处一般采用圆角过渡，同一轴上过渡圆角尽可能一致。尽量避免在轴上开横孔、凹槽和加工螺纹。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件轴的强度计算轴的强度计算(1)画出轴的计算简图，将轴上外载荷分解为水平面分力和垂直面分力，并计算出水平面支反力FH和垂直面支反力FV。(2)计算水平面弯矩MH和垂直面弯矩MV，并分别作出水平面和垂直面弯矩图。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件(3)计算出合成弯矩 ，作出合成弯矩图。(4)作出扭矩T图。(5)根据已经求出的合成弯矩图和扭矩图，计算当量弯矩Me，并作出当量弯矩图。当量弯矩Me按下式计算：22( T)eMM式中：M合成弯矩（N.mm）；
47、T扭矩（N.mm）；为将扭矩折算为等效弯矩的折算系数。对于不变的扭矩，0.3 ；对于脉动循环的扭矩，0.6 ；对于频繁正、反转的轴，可看作对称循环交变应力，1 。对于扭矩变化规律不清时，一般按脉动循环处理。(6)危险截面强度校核2213b()0.1eeMTMWde31 b0.1Md式中： e当量应力（N/mm2）；W轴危险截面的抗弯截面系数（mm3）；-1b对称循环交变应力时轴的许用弯曲应力，其值按表查取。当轴的危险截面开有一个键槽时，将计算出的轴径增大3%5%。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件材料b+1b0b-1b碳素钢40013070405001707545600200955
48、570023011065合金钢8002701307590030014080100033015090铸 钢40010050305001207040表18.11 轴的许用弯曲应力 MPa例例18.3 设计图示卷扬机中直齿圆柱齿轮减速器中的低速轴。已知该轴的转速n=140r/min，传递的功率P=5kW，转矩T=341.1Nm。作用在大齿轮上的切向力Ft=3920N，径向力Fr=1427N，分度圆直径d=174mm，齿宽b=70mm。第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件解：1.选择轴的材料，确定许用应力因减速器为一般机械，功率不大，又无特殊要求，故选用45钢，正火处理。由表18.7查得，b
49、=600MPa ；再由表18.11查得，-1 b=55MPa 。2.估算轴的最小直径由表18.8取 C=112.5，由式（18.3）估算轴的最小直径得：335112.537.05mm140PdCn计算所得的最小直径处需安装联轴器，所以该轴段开有键槽，故将计算的d值加大5%后得38.9mm，考虑到与联轴器的孔径相匹配，考虑选用联轴器TL7型，查手册后取d=40mm。且该联轴器与轴配合的长L=65mm。3.轴的结构设计(1)径向尺寸确定(2)轴向尺寸的确定第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件(1) 绘制轴空间受力简图；(2) 绘制水平面，垂直面受力图，并计算支承反力。4.按弯扭组合校核轴
50、的强度水平面支承反力：1427713.5N22rHBHDFRR垂直面支承反力：39201960N22tVBVDFRR第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件(3) 计算弯矩并绘制弯矩图。1)水平面 B、D截面处的弯矩为0HBHDMM72.572.5 713.551729N.mmHCHBMFC截面处的弯矩为2)垂直面 B、D截面处的弯矩为0VBVDMM C截面处的弯矩为72.572.5 1960142100N.mmVCVBMF3) 计算合成弯矩并绘制弯矩图。0BDMM222251729142100151223N.mmCHCVCMMM第第1818章章 轴与轴系零部件轴与轴系零部件0.60.6