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1、模块十一机械设计基础轴系零件 模块十一 轴系零件 Module Eleven Shaft parts知识目标掌握键联接与花键联接的分类及选用,了解销联接和无键联接的类型、特点及应用。了解轴的功用、分类、常用材料及热处理,掌握轴与轴系的结构设计方法。掌握滚动轴承的类型、特点及代号,了解滚动轴承类型的选择。掌握联轴器的功用,了解常用联轴器的结构及应用。掌握常用离合器的工作原理及应用。模块十一 轴系零件 Module Eleven Shaft parts技能目标根据机构(部件)联接的需要,选择合适的联接与轴的类型。能够设计常见的轴,并选用合适的轴承。已知联轴器、离合器,能分析其原理和功用。机器由许多
2、零部件所组成,这些零部件需要通过联接来实现机器的职能,因此联接是构成机器的重要环节。轴系由轴、轴承和安装于轴上的传动体、密封件及定位组件组成,其主要功能是支承旋转零件、传递转矩和运动。轴系按其在传动链中所处的地位不同可分为传动轴轴系和主轴轴系,一般对传动轴的要求不高,而作为执行件的主轴对保证机械功能、完成机械主要运动有着直接的影响,因此对主轴有较高的要求。图11-1所示的减速器轴系为传动轴轴系。本模块主要介绍轴的设计、轴承的选用、联轴器和离合器的原理与应用、轴系结构设计等知识,掌握这些知识,对于更好地设计轴系是十分必要的。模块十一 轴系零件 Module Eleven Shaft parts图
3、11-1减速器轴系键联接和花键联接Key join and flower key join 壹销联接和无键联接Pin joins and keyless joins 贰轴Axis叁轴承Bearing肆目录CONTENTS学习情境一 键联接和花键联接 263 学习情境二 销联接和无键联接 268 学习情境三 轴 270 学习情境四 轴承 277 学习情境五 联轴器、离合器和制动器联轴器、离合器和制动器Couplings,clutches and brakes伍键联接和花键联接 Keyjoinandflowerkeyjoin壹固定,或轴向动联接。键联接由于结构简单,装拆方便,成本较低,因而在机器中
4、达到了广泛的应用。如图11-2所示,首先在轴上和轮毂上分别加工出键槽,然后将键嵌入到轴上的键槽中,再将皮带轮上的键槽对准轴上的键槽安装在轴上,这就构成了键联接。在轴转动的过程中,通过键联接,齿轮也随之一起转动,实现运动和动力的传递。一、键联接图11-2 键联接键联接是将轴与轴上的传动零件,如凸轮、齿轮、带轮等联接在一起,实现轴和轴上零件之间的周向固定,以传递转矩的轴毂联接。有些类型的键还可以实现轴与轴上零件的轴向 1.键联接的类型常用的键有普通平键、半圆键和楔键,如图11-3所示,它们都是标准件。按装配方式的不同,键联接可分为两大类:松键联接(平键和半圆键)和紧键联接(楔键和切向键)。一、键联
5、接图11-3 键的类型 1.键联接的类型1)平键联接普通平键联接如图11-4所示,平键的剖面为矩形,它的主要尺寸有键宽b、键高h和键长L。从键的剖面图上可以看出,键的两个侧面是工作面。普通平键用于静联接,即轴与轮毂间无相对轴向移动。一、键联接图11-4 普通平键联接 1.键联接的类型1)平键联接普通平键端部的形状有圆头、平头和单圆头三种形式,分别称为A型、B型和C型平键。A型平键的轴上键槽用指状铣刀加工,键放在键槽中容易固定,应用广泛,但轴上键槽端部的应力集中比较大。B型平键用盘状铣刀加工,轴上键槽端部的应力集中比较小。C型平键也用指状铣刀加工,轴上键槽端部的应力集中比较大,一般用于轴端处的联
6、接。一、键联接 1.键联接的类型1)平键联接导向平键联接如图11-5所示。导向平键是加长的普通平键,用螺钉固定在轴槽中。为了便于装拆,在键上制有起键螺纹孔。这种键能实现轴上零件的轴向移动,轮毂移动时键起导向作用,常用于变速器中的滑移齿轮联接。一、键联接图11-5 导向平键联接 1.键联接的类型3)楔键联接楔键的上表面和轴毂的键槽底面均有1100的斜度。楔键的上、下表面是工作面,与槽底没有间隙。而键的两个侧面是非工作面,键与键槽的两个侧面应留有间隙,如图11-7所示。键楔入槽后上下面有很大的楔紧力,工作时靠楔紧的摩擦力传递转矩,同时还可以承受单向的轴向载荷,对轮毂起到单向的轴向定位作用。楔紧力会
7、使轴毂产生偏心,故楔键多用于对中要求不高和转速较低的场合。常见的楔键有普通楔键和钩头楔键两种。楔键联接若用于轴端,应加防护罩。一、键联接图11-7 楔键联接 2.平键联接的选择和计算键一般采用抗拉强度极限小于600MPa的碳钢制造,通常用45钢。在设计联接时,平键的选择和计算一般应按如下步骤进行。1)选择平键的类型键的类型应根据键联接的结构、使用特性及工作条件来选择。选择时应考虑以下各方面的情况:需要传递转矩的大小;联接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离的长短;对于联接的对中性要求;键是否需要具有轴向固定的作用;键在轴上的位置(在轴的中部还是端部);等等。一、键联接 2.平键联接的选择和计
8、算2)选择平键联接的尺寸根据轴的直径d,从国家标准中查取键相应的截面尺寸bh(见表11-1)。按照轴结构设计的结果,根据轮毂的长度L1 来确定键的长度L,并按照标准系列值选取相近的标准值。一、键联接 2.平键联接的选择和计算3)校核平键联接的强度必要时,应进行平键联接的强度校核。在静联接中,普通平键联接的主要失效形式是联接工作面上的压溃。实践表明,压溃一般发生在较弱的轮毂键槽的工作表面。除非有严重过载,一般不会发生键被剪断的现象。如果键联接的强度不够,那么在结构允许的情况下可以适当增加轮毂的长度和键的长度,或者采用两个键相隔180布置,如图11-8所示。考虑到载荷分布的不均匀性,在双键联接的强
9、度计算中,只能按1.5个键进行计算。一、键联接图11-8 双键联1.花键联接的类型和特点轴和轮毂孔周向均布多个凸齿和凹槽所构成的联接称为花键联接。花键如图11-9所示,齿的侧面是工作面。花键联接的定心性和导向性好,对轴的削弱小,适用于载荷大和定心精度要求高的静联接和动联接。花键齿形已标准化,其类型、特点和应用见表11-2。二、花键联接图11-9 花键2.定心方式1)内径定心内径定心的定心精度高,定心稳定性好,配合面均要研磨,磨削消除热处理后变形,加工较复杂,且硬度可高些。当 HRC40用外径定心不适合时,或D120mm(工艺上不经济或达不到要求时)单件生产时,采用内径定心。二、花键联接2)外径
10、定心采用外径定心轴、孔加工简单(孔拉削),精度高,但若 HRC过高则拉削加工困难,故一般 HRC40。但现在可通过高频淬火提高硬度,可拉削以后再热处理,加工性能变好。一般情况下均可用外径定心。2.定心方式3)侧面定心侧面定心的载荷分布均匀,承载能力高,但定心精度不高,零件易移动,侧面易磨损,使对中性变坏。侧面定心适于定心要求不高的重载联接(静联接)。二、花键联接3.花键的选用设计花键时,通常先选择花键联接的类型和定心方式,再根据标准确定尺寸,然后进行强度校核。花键联接的主要失效形式为齿面压溃或磨损,因此只需按工作面上的挤压应力(对于动联接常用压强)进行强度校核。二、花键联接销联接和无键联接 P
11、injoinsandkeylessjoins贰1.销的类型1)根据销联接的功能分类根据销联接的功能不同,销可分为定位销、连接销和安全销等。定位销一般不承受载荷或只能承受很小的载荷,用于固定两个零件之间的相对位置。定位销一般成对使用,并安装在两个零件接合面的对角处,以加大两销之间的距离,增加定位的精度。如图11-10所示,在减速器的箱体和箱盖之间,采用销进行定位。一、销联接图11-10 定位销 1.销的类型1)根据销联接的功能分类连接销只能承受不大的载荷,用于轴与轴毂的联接或其他零件的联接,适用于轻载和不很重要的场合。如图11-11所示,在轴和套之间使用联接销进行联接。安全销作为安全装置中的过载
12、剪断元件。为确保安全销被剪断而不提前发生挤压破坏,通常可在安全销上加一个销套。一、销联接图11-11 连接销1.销的类型2)按照销的形状分类按照销的形状,销可分为圆柱销、圆锥销和开口销等。圆柱销主要用于定位,也可用于联接。圆柱销与销孔之间是过盈配合的关系,为了保证其定位精度和联接的紧固性,不宜经常拆卸。圆锥销主要用于定位。圆锥销有150的锥度,具有自锁性能,便于拆卸,定位精度比圆柱销高,大多用于经常装拆的场合。开口销用于螺纹联接防松。螺母拧紧后,把开口销插入螺母槽与螺栓尾部孔内,并将开口销尾部扳开,防止螺母与螺栓的相对转动。一、销联接2.销联接的选择和计算1)销的选择销也是标准件。在设计销联接
13、的时候,可先根据结构特点和工作要求来选择销的类型和尺寸,必要时再做强度校核。定位销通常不做强度校核,其直径按结构确定。连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。一、销联接2.销联接的选择和计算2)销孔的配作当用销进行联接或定位的时候,两个零件上的销孔须是在装配时一起加工出来的,即同时钻孔和铰孔。这在工艺上称为配作。因此,在各自零件图的销孔尺寸上,应当注明“与件配作”。图11-12(a)所示为圆柱销的销孔尺寸,图11-12(b)所示为圆锥销的销孔尺寸。一、销联接图11-12 销孔的尺寸1.无键联接的类型用非圆剖面的轴与毂孔构成的联接称为无键联接,或称成形联接。无键联接通常
14、有形面联接、胀紧联接两种。1)形面联接二、无键联接图11-13 形面联接形面联接中轴和毂孔有圆柱形的和圆锥形的,如图11-13所示。形面联接没有应力集中源,对中性好,承载能力强,装拆方便,但加工不方便,需用专用设备,应用较少。另外,这种联接的成形面还有方形、六边形及切边圆形等,但这些对中性较差。2)胀紧联接胀紧联接也称为弹性联接,如图11-14所示。此种联接利用锥面贴合并挤紧在轴毂之间用摩擦力传递扭矩,有过载保护作用。弹性环材料为高碳钢或高碳合金钢(65、70、55Cr2、60Cr2)并经热处理。锥角一般为12.517,另外要求内、外环锥面配合良好。胀紧联接可传递较大扭矩和轴向力,无应力集中,
15、对中性好,但加工要求较高,应用受限制。二、无键联接1.无键联接的类型图11-14 胀紧联接1)压入法压入法即利用压力机将被包容件压入包容件中。但由于压入过程中表面微观不平度的峰尖被擦伤或压平,因而降低了联接的紧固性。2)温差法温差法即加热包容件、冷却被包容件,利用热胀冷缩进行装配。温差法可避免擦伤联接表面,联接牢固。二、无键联接2.装配方法轴Axis叁轴是组成机器的重要零件之一,其主要功用是支承旋转零件,传递转矩和运动。其一般为金属圆杆状,各段可以有不同的直径,但也有少部分是方形的。机器中做回转运动的零件就装在轴上。一、轴的分类按轴承受的载荷不同,可将轴分为心轴、转轴和传动轴三种。(1)心轴。
16、工作时只承受弯曲作用的轴称为心轴。有些心轴转动,如铁路车辆的轴等,有些心轴不转动,如支承滑轮的轴等。根据轴工作时是否转动,心轴又可分为转动心轴和固定心轴两种。转动心轴如图11-15所示。1.按轴承受的载荷不同分类图11-15 转动心轴一、轴的分类(2)转轴。工作中同时受弯矩和扭矩的轴称为转轴。转轴在各种机器中最常见,如减速器轴,如图11-16所示。1.按轴承受的载荷不同分类图11-16 减速器轴一、轴的分类(3)传动轴。工作时只承受扭转作用的轴称为传动轴。如图11-17所示的汽车变速箱与后桥间的轴就是传动轴。1.按轴承受的载荷不同分类图11-17 传动轴一、轴的分类根据轴线的形状不同,轴又可分
17、为直轴、曲轴和挠性钢丝轴,如图11-18、图11-19、图11-20所示。2.根据轴线的形状不同分类图11-18 直轴 图11-19 曲轴 图11-20 挠性钢丝轴一、轴的分类曲轴和挠性钢丝轴属于专用零件。直轴按外形不同又可分为光轴和阶梯轴。光轴形状简单,应力集中少,易加工,但轴上零件不易装配和定位,常用作心轴和传动轴。阶梯轴各轴段截面的直径不同,这种设计使各轴段的强度相近,而且便于轴上零件的装拆和固定,因此在机器中的应用最为广泛。直轴一般都制成实心轴,但为了减少重量或满足有些机器结构上的需要,也可以制成空心轴。一、轴的分类2.根据轴线的形状不同分类图11-21所示为一圆柱齿轮减速器输入轴的结
18、构,主要由轴头、轴颈和轴身三部分组成。轴上安装轮级的部分称为轴头,轴上被支承的部分称为轴颈,连接轴颈和轴头的部分称为轴身。二、轴及轴系的结构设计1.轴头、轴颈和轴身图11-21 轴的结构在确定轴上各部分的直径时要注意以下四点。(1)轴径处的直径应取轴承的标准内径系列。(2)轴头处的直径应与相配合的零件轮毂内径一致,并符合标准直径系列。(3)轴身处的直径可选用自由尺寸。(4)轴上螺纹或花键处的直径均应符合螺纹或花键的标准。二、轴及轴系的结构设计1.轴头、轴颈和轴身图11-21 轴的结构为了保证零件在轴上有确定的相对位置而不轴向移动,并使其能承受轴向力,常采用下列结构形式来实现轴上零件在轴上的轴向
19、定位和固定:轴肩、轴环、套筒、圆螺母和止退垫圈、弹性挡圈、紧定螺钉、轴端挡圈等。下面简单介绍几种。二、轴及轴系的结构设计2.轴上零件的轴向定位与固定1)轴肩定位轴肩定位如图11-22所示。其结构简单,定位可靠,可承受较大的轴向力,常用于齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位。二、轴及轴系的结构设计2.轴上零件的轴向定位与固定图11-22 轴肩定位2)圆螺母定位圆螺母定位如图11-23所示。其定位可靠,装拆方便,可承受较大的轴向力,但由于切制螺纹,因而轴的疲劳强度有所下降,常用于轴的中部和端部定位。二、轴及轴系的结构设计2.轴上零件的轴向定位与固定图11-23 圆螺母定位3)弹性挡圈固定弹性挡圈固
20、定如图11-24所示,其结构简单紧凑,只能承受很小的轴向力,但切槽需要一定的精度,常用于滚动轴承等的轴向定位。二、轴及轴系的结构设计2.轴上零件的轴向定位与固定图11-24 弹性挡圈固定4)轴端压板定位和紧定螺钉固定轴端压板定位用于轴端定位,可承受剧烈振动和冲击,如图11-25所示;紧定螺钉固定适用于轴向力小、转速低的场合,如图11-26所示。二、轴及轴系的结构设计2.轴上零件的轴向定位与固定图11-25 轴端压板定位 图11-26 紧定螺钉固定零件在轴上做周向固定是为了传递转矩和防止零件与轴产生相对转动。常用的周向固定方法有下列几种:键联接、花键联接、销联接、过盈配合和形面联接等,其中以键联
21、接应用最为广泛。二、轴及轴系的结构设计3.轴上零件的周向固定轴的结构工艺性是指所设计的轴是否便于加工和装配、维修。(1)当某一轴段需要车制螺纹或磨削加工时,应留有退刀槽见图11-27(a)或砂轮越程槽见图11-27(b)。二、轴及轴系的结构设计4.轴的结构工艺性图11-27 退刀槽和砂轮越程槽(2)轴上所有的键槽应开在同一母线上,如图11-28所示。(3)为了便于轴上零件的装配和去除毛刺,轴端和轴肩端部一般均应制出45的倒角。过盈配合轴段的装入端应加工出半锥角为30的导向锥面。(4)为了便于加工,应使轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽、退刀槽和砂轮越程槽等尺寸一致。二、轴及轴系的结构设计4.轴的
22、结构工艺性图11-28 键槽的布置二、轴及轴系的结构设计5.提高轴的疲劳强度的措施图11-29 减小圆角处应力集中的结构由于转轴是在变应力状态下工作的,在结构设计时应尽量减少应力集中,以提高轴的疲劳强度。(1)改进轴的结构,降低应力集中。轴截面尺寸改变处会造成应力集中,因此阶梯轴中相邻轴段的直径不宜相差太大,在轴径变化处的过渡圆角半径不宜过小。尽量避免在轴上开横孔、凹槽和加工螺纹。为了减小轮毂的轴压配合引起的应力集中,可开减载槽,如图11-29(a)所示。在重要结构中可采用过渡肩环见图11-29(b)、凹切圆角见图11-29(c),以增加轴肩处过渡圆角半径和减小应力集中。当轴上零件与轴为过盈配
23、合时,可采用如图11-30所示的结构形式,以减少轴配合边缘处的应力集中。二、轴及轴系的结构设计图11-30 过盈配合时轴的结构形式5.提高轴的疲劳强度的措施(2)提高轴的表面质量。当轴上装有接触式密封元件时,须降低接触部位的表面粗糙度,保证耐磨性。轴的表面粗糙度对其疲劳强度有很大影响,粗糙的轴表面容易产生疲劳裂纹,引起应力集中。因此,设计时应注意提高轴的表面质量,采用表面强化处理,如碾压、喷丸、渗碳淬火、氮化、氰化等热处理和化学处理,都可显著提高轴的疲劳强度。二、轴及轴系的结构设计5.提高轴的疲劳强度的措施轴类零件材料的选取,主要根据轴的强度、刚度、耐磨性以及制造工艺性而决定,力求经济合理。轴
24、的常用金属材料及力学性能见表11-3。三、轴的常用材料及热处理三、轴的常用材料及热处理常用的轴类零件材料有35、45、50优质碳素钢,以45钢应用最为广泛。对于受载荷较小或不太重要的轴也可用 Q235、Q255等普通碳素钢。对于受力较大,轴向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的轴,可采用合金钢。例如,40Cr合金钢可用于中等精度、转速较高的工作场合,该材料经调质处理后具有较好的综合力学性能;Cr15、65Mn等合金钢可用于精度较高、工作条件较差的情况,这些材料经调质和表面淬火后其耐磨性、耐疲劳性能都较好;若是在高速、重载条件下工作的轴类零件,选用20Cr、20CrMnTi、20Mn2B等低碳钢
25、或38CrMoA1A渗碳钢,这些钢经渗碳淬火或渗氮处理后,不仅有很高的表面硬度,而且心部强度也大大提高,因此具有良好的耐磨性、抗冲击韧性和耐疲劳性能。三、轴的常用材料及热处理球墨铸铁、高强度铸铁由于铸造性能好,且具有减振性能,常在制造外形结构复杂的轴中采用。特别是我国研制的稀土-镁球墨铸铁,抗冲击韧性好,同时还具有减摩、吸振,对应力集中敏感性小等优点,已被应用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件。三、轴的常用材料及热处理设计轴的一般步骤如下。(1)选材。(2)按扭转强度估算轴的最小直径。(3)设计轴的结构,绘出轴的结构草图,确定轴上零件的位置和固定方法,确定各轴段的 直径、长度。(4)按弯
26、扭合成进行轴的强度校核。一般选23个危险截面进行校核;若危险截面强 度不够,则必须重新修改轴的结构。四、轴的设计 实际上,开始设计轴时,通常还不知道轴上零件的位置及支点情况,无法确定轴的受力情况,只有待轴的结构设计基本完成后,才能对轴进行受力分析及强度计算。因此,一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转受力情况对轴的直径进行估算,在进行轴的结构设计后,再按弯扭合成的理论进行轴危险截面的强度校核。四、轴的设计 四、轴的设计 四、轴的设计 轴受载后会产生弹性变形。机械中,若轴的刚度不够,则会影响机器的正常工作,如机床的主轴变形太大,将影响机床的加工精度;电机转子轴的弯曲变形太大,将使转子和定子的间隙改变
27、而影响电机性能。因此,轴必须有足够的刚度,必要情况下须进行轴的刚度计算。具体内容可参见前述力学相关内容。四、轴的设计 轴承Bearing肆轴承用来支承轴及轴上零件,保持轴的旋转精度和减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。按照工作时摩擦性质的不同,轴承分为滚动轴承和滑动轴承两大类。滚动轴承与滑动轴承相比,具有摩擦阻力小、起动灵敏、润滑方法简单和维修更换方便等优点。因此在机械中,滚动轴承比滑动轴承应用普遍。如图11-31所示,滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转;外圈作用是与轴承座相配合,起支承作用;滚动体借助于保持架均匀地分布在内圈和外圈之间,其形状、大小
28、和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命;保持架能使滚动体均匀分布,防止滚动体脱落,引导滚动体旋转起润滑作用。一、滚动轴承1.滚动轴承的结构与材料图11-31 滚动轴承滚动体是形成滚动摩擦不可缺少的零件,它沿滚道滚动。滚动体有多种形式,以适应不同类型滚动轴承的结构要求。常见的滚动体形状如图11-32所示。一、滚动轴承1.滚动轴承的结构与材料图11-32 滚动体形状滚动轴承的内、外圈和滚动体均采用强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢制造,常用材料有 GCr15、GCr15SiMn等。热处理后,硬度一般为 HRC6065,工作表面需经磨削、抛光。保 持架多用低碳钢板冲压而成,也可以采用铜合金、塑料及其他材
29、料制造。1)轴承的类型滚动轴承中,滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线的径向平面之间的夹角称为接触角,如图11-33所示,它是滚动轴承的一个重要参数。一、滚动轴承2.滚动轴承的类型与选择(1)按承载方向分类,滚动轴承分为:向心轴承,主要承受或只承受径向载荷,其接触角为045;推力轴承,主要承受或只承受轴向载荷,其接触角为4590。(2)按滚动体形状分类,滚动轴承可分为球轴承和滚子轴承,而滚子轴承又分为圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承等。(3)按工作时能否调心分类,滚动轴承可分为刚性轴承和调心轴承。图11-33 滚动轴承的接触角2)滚动轴承的代号滚动轴承的种类很多。为了便于选用,国家标准规定用代
30、号来表示滚动轴承。代号能表示出滚动轴承的结构、尺寸、公差等级和技术性能等特性。滚动轴承代号用字母加数字组成。完整的代号包括前置代号、基本代号和后置代号三部分。基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸,是轴承代号的基础。(1)前置代号。前置代号用字母表示,用以说明成套轴承部件的特点,见表11-5。一、滚动轴承2.滚动轴承的类型与选择一、滚动轴承2.滚动轴承的类型与选择(2)基本代号。基本代号由轴承类型代号、尺寸系列代号和内径代号三部分自左至右顺序排列组成。类型代号用阿拉伯数字(以下简称数字)或大写拉丁字母(以下简称字母)表示,尺寸系列代号和内径代号用数字表示。类型代号,见表11-6。一、滚动轴承2
31、.滚动轴承的类型与选择尺寸系列代号。尺寸系列代号由轴承的宽(高)度系列代号(一位数字)和直径系列代号(一位数字)左右排列组成。向心轴承和推力轴承尺寸系列代号见表11-7。它反映了同种轴承在内圈孔径相同时内、外圈的宽度、厚度的不同及滚动体大小不同。显然,尺寸系列代号不同的轴承其外廓尺寸不同,承载能力也不同。宽度系列代号的数字及其意义见表11-8,直径系列代号的数字及其意义见表11-9。一、滚动轴承2.滚动轴承的类型与选择一、滚动轴承2.滚动轴承的类型与选择尺寸系列代号有时可以省略:除圆锥滚子轴承外,其余各类轴承宽度系列代号“0”均省略;深沟球轴承和角接触球轴承的10尺寸系列代号中的“1”可以省略
32、;双列深沟球轴承的宽度系列代号“2”可以省略。一、滚动轴承2.滚动轴承的类型与选择内径代号。滚动轴承内径用两位数字表示,具体轴承内径表示方法见表11-10。一、滚动轴承2.滚动轴承的类型与选择(3)后置代号。后置代号用字母(或加数字)表示,后置代号置于基本代号的右边并与基本代号空半个汉字距(代号中有符号“-”“/”除外)。若改变项目多,具有多组后置代号,则按表11-11将其从左至右顺序排列。一、滚动轴承2.滚动轴承的类型与选择内部结构代号及含义,见表11-12。一、滚动轴承2.滚动轴承的类型与选择密封、防尘与套圈变型代号及含义,见表11-13。一、滚动轴承2.滚动轴承的类型与选择保持架结构、材
33、料代号及含义,见表11-14。一、滚动轴承2.滚动轴承的类型与选择公差等级代号及含义。轴承公差等级代号用“P+数字”表示,数字代表公差等级,见表11-15。游隙代号。游隙指轴承内、外圈之间相对极限移动量。滚动轴承的游隙分为径向游隙和轴向游隙。径向游隙即在无载荷时,当一个套圈固定不动,另一个套圈相对于固定套圈沿径向由一个极端位置到另一个极端位置的移动量;轴向游隙即在无载荷时,当一个套圈固定不动,另一个套圈相对于固定套圈沿轴向由一个极端位置到另一个极端位置的移动量。一、滚动轴承2.滚动轴承的类型与选择游隙代号。游隙代号用“C+数字”表示,数字为游隙组号。游隙组有1、2、0、3、4、5六组,游隙量按
34、序由小到大排列,其中游隙组为基本游隙。“C0”在轴承代号中省略不标注。当公差等级代号与游隙代号需同时表示时,可进行简化,取公差等级代号加上游隙组号(0组不表示)组合表示。例如,P63表示轴承公差等级P6级,径向游隙3组;P52表示轴承公差等级P5级,径向游隙2组。一、滚动轴承2.滚动轴承的类型与选择配置代号。配置代号标明配置组中的轴承数目和轴承排列,含义如下。a.配置组中轴承数目:D两套轴承;T三套轴承;Q四套轴承;P五套轴承;S六套轴承。b.配置组中轴承排列:B背对背;F面对面;T串联;BT背对背和串联;FT面对面和串联;BC成对串联的背对背;FC成对串联的面对面。滚动轴承代号表示方法举例如
35、下:一、滚动轴承2.滚动轴承的类型与选择3)滚动轴承类型的选择滚动轴承的类型需要综合考虑载荷、工作转速、轴颈的偏角、轴的刚性等因素,结合各类型轴承的特性进行选择。具体选用时可参考表11-16的说明和以下要点。(1)要求工作转速和旋转精度高,且主要承受径向载荷时,应优先选用深沟球轴承。(2)径向载荷大,但无轴向载荷,而工作转速又不高时,适宜选用圆柱滚子轴承。若载荷有冲击或振动,滚子轴承应优先于球轴承。(3)承受径向载荷,又同时承受较大的轴向载荷时,推荐选用角接触球(或圆锥滚子)轴承。若轴向力远大于径向力,可以选用推力球轴承(承受轴向力)和深沟球轴承(承受径向力)的组合结构。角接触球(或圆锥滚子)
36、轴承应成对使用,对称安装。一、滚动轴承2.滚动轴承的类型与选择3)滚动轴承类型的选择(4)轴的对中性较差,或有较大的偏转角时,则应选用调心球(或滚子)轴承。在同一轴上,这种轴承不能与其他轴承混合使用,以免失去调心作用。(5)仅有轴向载荷作用时,一般应选推力球轴承。因推力球轴承极限转速低,当工作转速较高时,可以考虑用角接触球轴承来承受轴向力,而不用推力球轴承。(6)要考虑经济性。在满足使用要求的情况下,尽量选用价格低廉的轴承,以降低成本。一般普通结构的轴承比特殊结构的轴承便宜,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。一、滚动轴承2.滚动轴承的类型与选择正确选用轴承类型和型号之后,为
37、了保证轴与轴上旋转零件正常运行,还应解决轴承组合的结构问题,其中包括轴承组合的轴向固定,轴承与相关零件的配合、间隙调整、装拆、润滑等一系列问题。1)轴系上的轴向固定正常的滚动轴承支承应使轴能正常传递载荷而不发生轴向窜动及轴受热膨胀后卡死等现象。常用的滚动轴承支承结构形式有三种。一、滚动轴承3.滚动轴承的组合设计1)轴系上的轴向固定(1)两端单向固定。轴的两个轴承分别限制一个方向的轴向移动,这种固定方式称为两端单向固定。考虑到轴受热伸长,对于深沟球轴承,可在轴承盖与外圈端面之间留出热补偿间隙a=0.20.3mm。间隙量的大小可用一组垫片来调整。这种支承结构简单,安装调整方便,适用于工作温度变化不
38、大的短轴,如图11-34所示。一、滚动轴承3.滚动轴承的组合设计图11-34 两端单向固定支承1)轴系上的轴向固定(2)一端双向固定、一端游动。一端支承的轴承,内、外圈双向固定,另一端支承的轴承可以轴向游动。双向固定端的轴承可承受双向轴向载荷,游动端的轴承端面与轴承盖之间留有较大的间隙,以适应轴的伸缩量。这种支承结构适用于轴的温度变化大和跨距较大的场合,如图11-35所示。一、滚动轴承3.滚动轴承的组合设计图11-35 一端双向固定、一端游动支承1)轴系上的轴向固定(3)两端游动。两端游动支承结构的轴承,分别不对轴做精确的轴向定位。两轴承的内、外圈双向固定,以保证轴能做双向游动。两端采用圆柱滚
39、子轴承支承,适用于人字齿轮主动轴。两端游动支承如图11-36所示。一、滚动轴承3.滚动轴承的组合设计图11-36 两端游动支承2)轴向位置的调整为了保证机器正常工作,需调整轴上某些零件以达到工作所要求的准确位置。例如,蜗杆传动中要求能调整蜗轮轴的轴向位置,来保证正确啮合。在圆锥齿轮传动中要求两齿轮的节锥顶重合于一点,要求两齿轮都能进行轴向调整。可以利用轴承盖与套杯之间的垫片组,调整轴承的轴向游隙。也可以利用套杯与箱孔端面之间的垫片组,调整轴的轴向位置。一、滚动轴承3.滚动轴承的组合设计3)提高轴承系统的刚度和同轴度与轴承配合的轴和轴承支座孔应具有足够的刚度。为保证轴承支座孔壁的刚度,可采用加强
40、筋和增加轴承座孔壁的厚度。同一根轴上的轴承座孔应保证同心,应使两轴承座孔直径相同,以便加工时能一次定位镗孔。例如,当两轴承外径不同时,外径小的轴承可在座孔处安装衬套,使轴承座孔直径相同,以便一次镗出。如果不保证支承系统的刚度和同轴度,会使轴线有较大的偏移,影响轴承的旋转精度,从而缩短轴承使用寿命。还要减小轴承支点相对于箱体孔壁的悬臂长度。一、滚动轴承3.滚动轴承的组合设计4)配合与装拆(1)滚动轴承与轴和座孔的配合。滚动轴承的套圈与轴和座孔之间应选择适当的配合,以保证轴的旋转精度和轴承的周向固定。滚动轴承是标准零件,因此,轴承内圈与轴颈的配合采用基孔制,轴承外圈与座孔的配合采用基轴制。为了防止
41、轴颈与内圈在旋转时有相对运动,轴承内圈与轴颈一般选用m5、m6、n6、p6、r6、js5等较紧的配合。轴承外圈与座孔一般选用J7、K7、M7、H7等较松的配合。配合选择取决于载荷大小、方向和性质;轴承类型、尺寸和精度;轴承游隙以及其他因素。具体选用可参考机械手册。一、滚动轴承3.滚动轴承的组合设计4)配合与装拆(2)滚动轴承的安装与拆卸。轴承的内圈与轴颈配合较紧。对于小尺寸的轴承,一般可用压力直接将轴承的内圈压入轴颈。对于尺寸较大的轴承,可先将轴承放在温度为80100的热油中加热,使内孔胀大,然后用压力机装在轴颈上。拆卸轴承时应使用专用工具,为便于拆卸,设计时轴肩高度不能大于内圈高度。一、滚动
42、轴承3.滚动轴承的组合设计1)按摩擦状态分类按摩擦状态滑动轴承可分为液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承。(1)液体摩擦滑动轴承。轴承工作时轴颈和轴承的工作表面之间被一层润滑油膜完全隔开,故而金属工作表面之间无摩擦和磨损。(2)非液体摩擦滑动轴承。轴颈和轴承的工作表面之间未形成足够厚的油膜,局部金属直接接触,故而存在着摩擦和磨损。二、滑动轴承1.滑动轴承的类型滑动轴承具有工作平稳、无噪声、耐冲击、回转精度高和承载能力大等优点,在汽轮机、精密机床和重型机械中被广泛应用。2)按受载荷方向不同分类按受载荷方向不同,滑动轴承可分为径向滑动轴承和止推滑动轴承。(1)径向滑动轴承。径向滑动轴承用于承受径向
43、载荷。常用滑动轴承的结构形式及其尺寸已经标准化,应尽量选用标准形式。图11-37所示为整体式滑动轴承。根据需要,在机架或箱体上直接制出轴承孔,再装上轴套即成为无轴承座的整体式滑动轴承。整体式滑动轴承结构简单,制造方便,但轴套磨损后轴承间隙无法调整;装拆时轴或轴承需轴向移动,故只适用于低速、轻载和间歇工作的场合,如小型齿轮油泵、减速箱等。二、滑动轴承1.滑动轴承的类型图11-37 整体式滑动轴承2)按受载荷方向不同分类(1)径向滑动轴承。图11-38所示为剖分式滑动轴承,由上轴瓦、螺栓、轴承盖、轴承座、下轴瓦等组成。为了提高安装的对心精度,在剖分面上设置有阶梯形止口。二、滑动轴承1.滑动轴承的类
44、型图11-38 剖分式滑动轴承考虑到径向载荷方向的不同,剖分面可以制成水平式见图11-38(a)和斜开式见图11-38(b)两种。但使用时应保证径向载荷的作用线不超出剖分面垂直中线左右各35的范围。剖分式滑动轴承由于装拆方便,轴瓦磨损后方便更换及调整间隙,因而应用广泛。2)按受载荷方向不同分类(1)径向滑动轴承。径向滑动轴承还有其他许多类型,如图11-39所示为调心球轴承,把轴瓦支承面做成球面,使其能自动适应轴线的偏转和变形。二、滑动轴承1.滑动轴承的类型图11-39 调心球轴承2)按受载荷方向不同分类(2)止推滑动轴承。止推滑动轴承用来承受轴向载荷,如图11-40所示。按轴颈支承面的形式不同
45、,其分为实心式、空心式、环形式三种。图11-40(a)所示为实心止推轴颈,当轴旋转时,由于端面上不同半径处的线速度不相等,因而端面中心部的磨损很小,而边缘的磨损却很大,结果造成轴颈端面中心处应力集中。实际结构中多数采用图11-40(b)所示的空心轴颈,可使其端面上压力的分布得到明显改善,并有利于储存润滑油;图11-40(c)所示为单环形推力轴颈;图11-40(d)所示为多环形推力轴颈,由于支承面积大,故可承受较大的载荷。二、滑动轴承1.滑动轴承的类型图11-40 止推滑动轴承1)轴瓦的结构轴瓦是滑动轴承中直接与轴颈接触的重要零件,常用的轴瓦有整体式和剖分式两种。图11-41所示为整体式轴瓦,又
46、称轴套,用于整体式滑动轴承;图11-42所示为剖分式轴瓦,用于剖分式滑动轴承。二、滑动轴承2.轴瓦和轴承衬图11-41 整体式轴瓦 图11-42 剖分式轴瓦1)轴瓦的结构为了改善轴瓦表面的摩擦性能,可在轴瓦内表面浇注一层轴承合金等减摩材料(称为轴承衬),厚度为0.56mm。为使轴承衬牢固地粘在轴瓦的内表面上,常在轴瓦上预制出各种形式的沟槽。图11-43(a)、图11-43(b)所示结构用于钢制轴瓦,图11-43(c)所示结构用于青铜轴瓦。二、滑动轴承2.轴瓦和轴承衬图11-43 轴承衬2)轴瓦和轴承衬材料轴瓦和轴承衬材料直接影响轴承的性能,应根据使用要求、经济性要求合理选择。滑动轴承的主要失效
47、形式是磨损、胶合,当强度不足时也可能出现疲劳破坏。因此,轴瓦和轴承衬材料应具备下述性能:耐磨,耐腐蚀,抗胶合能力强;摩擦系数小;导热性好;足够的强度和一定的塑性;良好的跑合性。常用轴瓦和轴承衬材料的牌号和性能见表11-17。此外还可采用粉末合金(如铁-石墨、青铜-石墨)、非金属材料(如塑料、橡胶和木材等)做轴承材料。二、滑动轴承2.轴瓦和轴承衬轴承是重大技术设备的关键零件,因此我国十分重视国内轴承行业的发展,特别是高铁轴承的突破,科技部曾发布多项与高铁轴承相关的项目课题。作为数次打破国外技术垄断的轴承行业代表企业,洛阳轴承集团铁路轴承有限公司(以下简称“洛轴”)在这些项目中表现活跃。2011年
48、,洛轴参与“高速铁路和城市轨道交通车辆轴承关键技术研究与应用”课题,研发时速250km的高铁轴承。2014年,洛轴完成“大型高速铁路轴承试验台”项目的研制并通过国家科技部的验收。项目包括大型高速铁路轴承综合性能试验台、防尘密封性能试验台、防水密封性能试验台、耐久性能试验台。延 伸 阅 读二、滑动轴承这些试验台为时速350500km大型高速铁路轴承的研制工作提供检测平台,测试研发过程中样品的各项数据与性能。5年后,洛轴成功研发出时速250km和350km的高铁轴承,试验台在其中发挥了巨大的作用。高铁轴承的精度要求很高,内、外套的径向摆动误差以微米为单位,一般的检测仪器无法完成这样的检测,需要更专
49、业的检测方式。而试验台不仅能满足样品检测的精度要求,还可以为轴承的改进提供数据。延 伸 阅 读二、滑动轴承洛轴研发出的高铁轴承价格为进口同类产品的1/7,在打破国外技术垄断的同时,也让我国的轴承市场摆脱了国外厂商的价格控制,促进了市场的健康发展。高铁轴承的国产化也是我国创新能力的又一成果,向世界证明了我国的科研实力。在科技发展的道路上,我国还有很多难关需要攻克,但是我们要有自信,相信这些难题挡不住国家前进的脚步。延 伸 阅 读二、滑动轴承联轴器、离合器和制动器Couplings,clutchesandbrakes伍联轴器是用来联接两轴,使之一起转动并传递转矩的一种机械装置,只有在机器停止运转后
50、将其拆卸才能将两轴分离。离合器是根据机器工作的需要,在使用过程中能随时使两轴接合或分离的装置。制动器是用来降低机器的运转速度或使机器停止运转的装置。联轴器主要用来联接两轴,传递运动和转矩,如汽车发动机与变速箱之间的联轴器,变速箱与后桥之间的联轴器等。联轴器所联接的主动轴和从动轴属于两个不同的机器或部件。由于制造和安装的误差、零件变形、磨损、不均匀热膨胀或机器基础下沉等原因,被联接两轴的轴线不一定都能准确一、联轴器1.联轴器概述图11-45 两轴线的偏移形式对中,可能产生两轴间的轴向位移x、径向位移y、角位移,以及由这些位移组成的综合位移,如图11-45所示。两轴相对偏移的出现,将在轴、轴承和联