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1、模块11 轴系零件,学习情境1 轴 学习情境2 轴承 学习情境3 联轴器和离合器,【知识目标】 了解轴的功用、分类及常用材料及热处理，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11 轴系零件,【技能目标】 根据机构（部件）联接的需要，选择轴的类型； 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。,模块11 轴系零件,如图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
2、等知识。,模块11 轴系零件,学习情境1 轴,11.1.1轴的分类 1.按轴承受的载荷不同分类 1）心轴。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心轴分固定心轴和转动心轴两种。转动心轴如图11-2所示。,11.1.1轴的分类 1.按轴承受的载荷不同分类 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，如减速箱中的齿轮轴，如图11-3所示。,11.1.1轴的分类 1.按轴承受的载荷不同分类 3）传动轴。工作时只承受扭转作用的轴称为传动轴。如图11-4所示的汽车变速箱与后桥间的轴就是传动轴。,11.1.1轴的分类 2.根据轴线的形状的不同分类 根据轴线的形状的不同
3、，轴又可分为直轴、曲轴和挠性钢丝轴，如图11-5、图11-6、图11-7所示。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。,11.1.2轴及轴系的结构设计 1.轴头、轴颈和轴身 如图11-8所示为圆柱齿轮减速路输入轴的结构图，轴上主要由轴头、轴颈和轴身三部分组成。,11.1.2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 如图11-9所示，特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力。应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位。,11.1.2轴及轴系的结构设计 2轴上零件的轴向定位与固定 2）圆螺母定位 如图11-10所示，特点：定位可靠，装拆方便，可承受
4、较大的轴向力，但由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降。常用于轴的中部和端部。,11.1.2轴及轴系的结构设计 2轴上零件的轴向定位与固定 3）弹性挡圈固定 如图11-11所示，特点：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。常用于固定滚动轴承等的轴向定位。,11.1.2轴及轴系的结构设计 2轴上零件的轴向定位与固定 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11-12所示；紧定螺钉固定适用于轴向力小，转速低的场合，如图11-13所示。,11.1.2轴及轴系的结构设计 3.轴上零件的周向固定 零件在轴上作周向固定是为了传递转矩和防止零件与轴产生
5、相对转动。 常用的周向固定方法有下列几种： 键、 花键、 销、 过盈配合和成形连接等， 其中以键连接应用最为广泛。 4.轴的结构工艺性 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。为此，常采用以下方法。 1)当某一轴段需要车制螺纹或磨削加工时，应留有退刀槽（如图11-14（a）所示）或砂轮越程槽（如图11-14（b）所示）。,11.1.2轴及轴系的结构设计 4.轴的结构工艺性 2）轴上所有的键槽应开在同一母线上，如图11-15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
6、上直径相近处的圆角、倒角、键槽、退刀槽和越程槽等尺寸一致。,11.1.2轴及轴系的结构设计 5.提高轴的疲劳强度的措施 1）改进轴的结构，降低应力集中。如图11-16所示。,11.1.2轴及轴系的结构设计 5.提高轴的疲劳强度的措施 1）改进轴的结构，降低应力集中。当轴上零件与轴为过盈配合时，可采用如图11-17所示的结构形式，以减少轴配合边缘处的应力集中。,11.1.2轴及轴系的结构设计 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
7、，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。,11.1.3轴的常用材料及热处理 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。轴的常用金属材料及力学性能见表11-1。 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可采用合金钢。,11.1.4轴的设计 设计轴的一般步骤为： 1）选材; 2）按扭转强度估算轴的最小直径； 3）设计
8、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，确定各轴段直径、长度。 4）按弯扭合成进行轴的强度校核。一般按一般选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。轴的设计公式为,11.2.1润滑和密封 1.摩擦与磨损 1）摩擦及其分类 两物体接触区产生阻碍运动井消耗能量的现象，称为摩擦。摩擦会造成能量损耗和零件磨损，在一般情况下是有害的，因此应尽量减少摩擦。但有些情况下却要利用摩擦工作，如带传动，摩擦制动器等。 根据摩擦副表面问的润滑状态将摩擦状态分为四种：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。,学习情境2 轴承,11.2.1润滑和密封 1.摩擦与磨损 2）磨损
9、及其过程 运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐损失，这种现象称为磨损。单位时间内材料的磨损量称为磨损率。磨损量可以用体积、质量或厚度来衡量。 机械零件严重磨损后，将降低机器的工作效率和可靠性，使机器提早报废。 在机械的正常运转中，磨损过程大致可分为三个阶段。 如图11-19 所示。,11.2.1润滑和密封 1.摩擦与磨损 3）磨损分类 按照磨损的机理以及零件表面磨损状态的不同，一般工况下把磨损分为磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等。 应该指出的是，实际上大多数磨损是以上述四种磨损形式的复合形式出现的。,11.2.1润滑和密封 2.润滑和密封 1）润滑 润滑就是向摩擦表面供给润滑剂。润
10、滑的主要目的是为了减小摩擦、减少磨损和冷却零件。此外，润滑还有防止零件锈蚀、缓冲吸振、洗除污物和密封等作用。 （1）润滑剂的选择 润滑剂用得最多的是润滑油和润滑脂。润滑油的内摩擦系数小，流动性好，是滑动轴承中应用最广的一种润滑剂。工业用润滑油有合成油和矿物油两类，其中矿物油资源丰富，价格便宜，适用范围广。,11.2.1润滑和密封 2.润滑和密封 1）润滑 （1）润滑剂的选择 当转速高、压强小时可选粘度低的油，反之应选粘度高的油。在高温环境下工作时其粘度相应地选得高一些。牌号越大的润滑油，其粘度值也越大，油越稠。工业上常用润滑油的性质和用途见表11-3所示。常用润滑脂的性能及用途见表11-4。,
11、11.2.1润滑和密封 2.润滑和密封 1）润滑 （2）润滑油添加剂的选择 润滑材料是润滑技术发展的核心内容。润滑油中加入添加剂可以大幅度提高其工作性能。添加剂按功能分主要有抗氧化剂、抗磨剂、摩擦改善剂(又名油性剂)、极压添加剂、清净剂、分散剂、泡沫抑制剂、防腐防锈剂、流点改善剂、粘度指数增进剂等类型。市场中所销售的添加剂一般都是以上各单一添加剂的复合品，所不同的就是单一添加剂的成分不同以及复合添加剂内部几种单一添加剂的比例不同而已。,11.2.1润滑和密封 2.润滑和密封 2）密封 机械密封装置是为了防止灰尘、水、酸气和其它杂物进入机器，并防止润滑剂流失而设置的。密封装置可分为两类：固定密封
12、，即密封后密封件之间固定不动；动密封，即密封后两密封件之间有相对运动。常用滚动轴承的密封形式见表11-5。,11.2.2 滚动轴承的结构、类型及选择 轴承是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、启动灵敏、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。 1.滚动轴承的结构与材料 如图11-20所示，滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。,11.2.2 滚动轴承的结构、类型及选择 1.滚动轴承的结构与材料 滚动体是形成滚动摩擦不
13、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11-21所示。,11.2.2 滚动轴承的结构、类型及选择 2.滚动轴承的类型与选择 1）轴承的类型 （1）按滚动轴承承载方向分类。主要有向心轴承：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）按滚动轴承滚动体形状分类。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）按滚动轴承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。,11.2.2 滚动轴承的结构、类型及选择 2.滚动轴承的类型与选择
14、 2) 滚动轴承的代号,11.2.2 滚动轴承的结构、类型及选择 2.滚动轴承的类型与选择 2) 滚动轴承的代号 类型代号见表11-7。,11.2.2 滚动轴承的结构、类型及选择 2.滚动轴承的类型与选择 3）滚动轴承类型的选择 滚动轴承类型的选择需要综合考虑载荷、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。具体选用时可参考表11-8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。若载荷有冲击或震动，滚子轴承应优先于球轴承。,11.2.2 滚动轴承的结
15、构、类型及选择 2.滚动轴承的类型与选择 3）滚动轴承类型的选择 (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。 (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。 (5)仅有轴向载荷作用时，一般应选推力球轴承。 要考虑经济性。,11.2.3滚动轴承的组合设计 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型式有三种： 1）两端单向固定 这种支承结构简单，安装调整方便
16、，它适用于工作温度变化不大的短轴。如图11-23所示。 2）一端双向固定、一端游动 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11-24所示。,11.2.3滚动轴承的组合设计 1.轴系上的轴向固定 3）两端游动 适用于人字齿轮主动轴。如图11-25所示。,11.2.3滚动轴承的组合设计 2.轴向位置的调整 为了保证机器正常工作，轴上某些零件通过调整位置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。其调整是利用轴承盖与套杯之间的垫片组，调整轴承的轴向游隙。利用套杯与箱孔端面之间的垫片组，调整轴的轴向位置。,11.2.3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，为保证轴承支座孔的刚度，可采用加强筋和增加轴承座孔的厚度。同一根轴上的轴承座孔
