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1、1,第九章 轴、轴承及联轴器,2,9.1 轴,一、概述,（一）、轴的用途与分类,1、功用：1）支承回转零件；2）传递运动和动力,2、分类：,轴是直接支持传动零件和其它轴上零件以传递运动和动力的重要零件。设备的工作能力和工作质量在很大程度上与轴有关。,3,4,按中心线形状不同分类 (1) 直轴： 中心线为一直线的轴称为直轴。 在轴的全长上直径都相等的直轴称为光轴, 如图(a)所示; 各段直径不等的直轴称为阶梯轴, 如图 (b)所示。,(a) 光轴; (b) 阶梯轴; (c) 空心轴,5,由于阶梯轴上零件便于拆装和固定, 又利于节省材料和减轻重量, 因此在机械中应用最普遍。 在某些机器中也有采用空
2、心轴的, 以减轻轴的重量或利用空心轴孔输送润滑油、 冷却液等。,6,(2) 曲轴： 中心线为折线的轴称为曲轴, 如图所示。 它主要用在需要将回转运动与往复直线运动相互转换的机械中。,7,直轴：,阶梯轴,光轴,曲轴：,实物轴,8,按承载情况不同分类 (1) 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。 (2) 传动轴: 只受扭矩不受弯矩或所受弯矩很小的轴称为传动轴。 如汽车传动轴。 (3) 心轴： 只承受弯矩的轴称为心轴。 心轴又分为转动心轴和固定心轴, 前者如机车车轴(见图 (a), 后者如自行车的前轴(见图 (b)。,9,转轴,10,传动轴,1
3、1,心轴 (a) 机车车轴; (b) 自行车前轴,12,1. 碳素钢 碳素钢比合金钢价廉, 对应力集中不敏感, 并可用热处理的方法改善其力学性能。 一般机械中常用35、 45、 50钢等优质碳素钢, 并进行正火或调质处理, 其中以45钢用得最为广泛。 不重要的、受力较小的轴可采用Q235、 Q275等碳素结构钢。,二、轴的材料,13,2. 合金钢 合金钢具有较高的力学性能和良好的热处理工艺性, 但对应力集中比较敏感, 且价格较贵, 多用于高速、 重载及有特殊要求的轴材料。 对于耐磨性要求较高的轴, 可选用20Cr、 20CrMnTi等低碳合金钢, 进行渗碳淬火处理。 对于在高温、 高速和重载条
4、件下工作的轴, 可选用38CrMoAlA、 40CrNi等合金结构钢。,14,由于在一般工作温度下, 碳素钢和合金钢的弹性模量相差无几, 因此, 不能用合金钢代替碳素钢来提高轴的刚度。 轴的毛坯通常用锻件和热轧圆钢。 对于某些结构外形复杂的轴可采用铸钢或球墨铸铁, 后者具有吸震性、 耐磨性好、 价格低廉、 对应力集中敏感性差等优点。 下表列出了几种轴的常用材料及其力学性能。,15,轴的常用材料及其主要力学性能,16,三、轴及轴系的结构设计,轴及轴系的结构设计主要要求是: (1) 便于加工, 具有良好加工和装配的工艺性, 轴上零件便于拆装和调整； (2) 轴上零件布置合理, 受力合理, 利于提高
5、轴的强度和刚度； (3) 轴上零件的轴向定位、 周向定位准确, 固定可靠； (4) 尽量减少应力集中, 节约材料。,17,（一）、 零件在轴上的轴向固定 零件在轴上的轴向固定方法很多, 如图所示, 选择时要综合考虑零件在轴上的位置、 轴向力的大小、 具体的安装条件等。,18,轴上零件的轴向固定方法,19,轴上零件的轴向固定方法,20,轴上零件的轴向固定方法,21,1. 轴肩和轴环 阶梯轴上常采用轴肩或轴环定位, 如图所示。 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。 轴肩结构简单, 能承受较大的轴向力, 应用较多。,22,轴肩和轴环,23,轴肩圆角半径,24,2. 套筒 在
6、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, 如图所示。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。 且因套筒与轴的配合较松, 所以也不宜用于高速轴。,25,套筒的使用,26,3. 圆螺母 圆螺母可承受较大的轴向力, 但在螺纹处有应力集中, 会降低轴的疲劳强度, 故其多用于固定装在轴端的零件, 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。,27,4. 挡圈 挡圈通常与轴肩联合使用定位, 常用的有螺钉锁紧挡圈、 弹性挡圈和轴端挡圈三种(见图)。 螺钉锁紧挡圈用紧定螺钉固定在轴
7、上, 若在轴上零件两侧各用一个锁紧挡圈时, 可任意调整轴上零件的位置, 装拆方便。 但紧定螺钉不能承受大的轴向力, 且钉端会引起轴应力集中。 轴上零件作轴向固定也可使用弹性挡圈, 这种固定方法简单, 但承受轴向力小, 且轴上需设沟槽, 也会因应力集中而削弱轴的强度。,弹性挡圈常用作滚动轴承的轴向固定。 轴端挡圈(又称压板)常用于轴端零件的固定, 如图中的联轴器就是利用轴端挡圈和螺母将零件压紧在轴肩上的。 这种固定方法工作可靠, 应用颇广。,28,5. 锥形轴头 轴和毂孔利用锥面配合, 对中性好, 轴上零件装拆方便, 且可兼作周向固定, 常用于转速较高的场合。 当用于轴端零件的固定时, 可与轴端
8、挡圈配合使用, 使零件得到双向定位和固定。 在用套筒、 圆螺母、 轴端挡圈作轴向固定时, 为确保轴上零件定位可靠, 轴头的长度应比零件轮毂的宽度短23 mm(见图)。,29,轴段长度稍短,30,（二）、 零件在轴上的周向固定 为了传递运动和转矩, 防止轴上零件与轴作相对转动, 必须有可靠的周向固定。 转动零件与轴的周向固定所形成的联结, 称为轴毂联结。 轴毂联结的形式很多, 常用的周向固定方法有键、 花键, 成形、 销, 弹性环、 过盈等联结, 如图所示， 可根据传递转矩的大小进行选取。,31,轴上零件常用的周向固定方法,32,轴上零件常用的周向固定方法,33,普通平键： 圆 头 方 头 半圆
9、头,34,花键联接是由多个键齿与键槽在轴和轮毂孔的周向均布而成 花键齿侧面为工作面适用于动、静联接,35,联接销主要用于零件间的联接或锁定，可传递不大的载荷,36,（三）、 轴的结构工艺性 设计轴的结构时, 应使轴的结构形状便于加工、 装配和维修。 例如, 对于需要磨削的轴段, 应留有砂轮越程槽, 如图所示； 对于需要切削螺纹的轴段, 应留有退刀槽, 如图所示。 砂轮越程槽通常宽24 mm、 深0.51 mm； 螺纹退刀槽与螺纹牙高度有关, 槽的尺寸可参看有关设计手册、 图册。,37,砂轮越程槽,螺纹退刀槽,38,为便于零件在轴上的装配, 轴端应加工成45(或30、 60)倒角。 过盈配合部分
10、的零件装入端常加工出半锥为10(或30)的导向锥面(见图)； 对于受变载荷的重要零件, 则应加工出圆角。,39,引导锥,40,四、轴的设计计算,（一）、 轴的计算简图 在进行轴的强度和刚度计算时, 为便于分析和计算, 常通过必要的简化, 找出轴的合理简化模型, 即轴的计算简图。,41,通常将轴简化为一铰链支座的梁, 轴和轴上零件的自重可忽略不计, 轴上分布载荷按图所示方法简化。 作用在轴上的扭矩通常从传动件轮毂中点计算。 轴的支座反力的作用点随轴承类型、 布置方式不同而异, 可按图确定, 图中a、 b、 e的值可查机械设计手册。,42,轴的计算简图 (a) 一般情况; (b) 过盈情况,43,
11、轴上支点的简化 (a) 向心轴承; (b) 角接触轴承; (c) 两个向心轴承; (d) 滑动轴承,44,（二）、 轴的强度计算 按扭转强度计算 对于传动轴, 可只按扭矩计算轴的直径； 对于转轴, 常用此法估算轴的最小直径, 然后进行轴的结构设计。 对于圆截面轴, 扭转强度条件为,45,式中, 为轴的扭转剪应力, 单位为MPa； T为轴传递的扭矩, 单位为Nmm； P为轴传递的功率, 单位为kW； n为轴的转速, 单位为r/min； d为轴的直径, 单位为mm； 为许用扭转剪应力, 单位为MPa, 其值查表选取； Wn为轴抗扭截面系数, 单位为mm3, 对圆截面轴Wn0.2d3。 由式, 可推
12、出轴的设计公式为,式中, C为由轴的材料和承载情况确定的常数, 见表。,46,常用材料的 和C值,轴上有键槽时： 放大轴径：一个键槽：35% 二个键槽：710% 取标准值,轴标准直径系列尺寸,47,例：图示为一电动机通过一级直齿圆柱齿轮减速器带动带传动的简图。已知电动机功率为30KW,转速 n=970r/min,减速器效率为0.92，传动比i=4,单向传动，从动齿轮分度圆直径d2=410mm,轮毂长度 105mm,采用深沟球轴承。试设计从动齿轮轴的结构和尺寸。,48,解：（1）求输出轴的转速与输出功率。 n2=n1/i=970/4=242.5r/min P2=0.92*P1=0.92*30=2
13、7.6KW 考虑键的削弱，将轴径增大5%，即取d=53.3*1.05=55.9mm 查得标准直径d=60mm。,49,(4)轴的结构设计及绘制结构草图,50,(5)按弯、扭组合作用验算轴的强度 (6)键槽设计及其公差 (7)确定轴的各处倒角、圆角，公差 (8)绘制轴的工作图,51,1 概 述 2 滑动轴承的结构与材料 3 滑动轴承的润滑 4 滚动轴承 5 滚动轴承的代号及选用 6 滚动轴承的寿命计算,9.2 轴承,52,一、 概 述,1 滑动轴承的特点与应用 工作时轴套和轴颈的支承面间形成直接或间接滑动摩擦的轴承称为滑动轴承。 滑动轴承工作面间一般有润滑油膜且为面接触, 所以滑动轴承具有承载能
14、力大、 抗冲击、 噪声低、 工作平稳、 回转精度高、 高速性能好等独特的优点。,滑动轴承主要应用于以下场合: 工作转速极高的轴承； 要求轴的支承位置特别精确、 回转精度要求特别高的轴承； 特重型轴承； 承受巨大冲击和震动载荷的轴承； 必须采用剖分结构的轴承； 要求径向尺寸特别小以及特殊工作条件的轴承。 滑动轴承在内燃机、 汽轮机、 铁路机车、 轧钢机、 金属切削机床以及天文望远镜等设备中应用很广泛。,53,B. 按润滑状态分类 (1) 流体润滑轴承: 摩擦表面完全被流体膜分隔开, 表面间的摩擦为流体分子间的内摩擦。 (2) 非流体润滑轴承: 摩擦表面间为边界润滑或混合润滑。 C. 按流体膜的形
15、成原理分类 常见的滑动轴承有流体动压润滑轴承、 流体静压润滑轴承和流体动静压润滑轴承。,D. 按润滑材料分类 常见的滑动轴承有液体润滑轴承、 气体润滑轴承、 塑性体润滑轴承、 固体润滑轴承和自润滑轴承。 和滚动轴承相比, 在某些工作条件下, 滑动轴承有着显著的优越性, 不能为滚动轴承所代替。,2 滑动轴承的类型 A. 按承受载荷方向分类 (1) 径向轴承: 只承受径向载荷。 (2) 推力轴承: 只承受轴向载荷。 (3) 组合轴承: 同时承受径向载荷和轴向载荷。,54,整体式径向轴承,二、 滑动轴承的结构与材料,1 滑动轴承的结构形式 滑动轴承一般由轴承座、 轴瓦、 润滑装置和密封装置等组成。,
16、55,A. 径向滑动轴承 1) 整体式滑动轴承 下图所示为典型的整体式滑动轴承, 由轴承座和轴瓦组成。 整体式滑动轴承结构简单、 成本低、 但无法调节轴颈和轴承孔间的间隙, 当轴承磨损到一定程度时必须更换。 装拆这种轴承时轴或轴承必须作轴向移动, 很不方便, 故多用于轻载、 低速、 间歇工作的简单机械中, 其结构已标准化。,56,轴承模型,57,2) 剖分式滑动轴承 图所示为典型的剖分式滑动轴承, 由轴承座、 轴承盖、 对开轴瓦、螺栓等组成。轴瓦和轴承座均为剖分式结构, 在轴承盖与轴承座的剖分面上制有阶梯形定位口, 便于安装时定心。 轴瓦直接支承轴颈, 因而轴承盖应适度压紧轴瓦, 以使轴瓦不能在轴承孔中转动。 轴承盖顶端制有螺纹孔, 以便安装油杯或油管。,58,剖分式径向轴承,59,模型,60,调心式径向轴承,3) 调心式滑动轴
