第八讲：轴系零件

1、13.1 联轴器 常用联轴器可分为三大类：刚性联轴器、弹性联轴器和 安全联轴器。 1刚性联轴器 刚性联轴器是通过若干刚性零件将两轴联接在一起，可 分为固定式和可移式两类。这类联轴器结构简单、成本较 低，但对中性要求高，一般用于平稳载荷或只有轻微冲击 的场合。 (1)刚性固定式联轴器 刚性固定式联轴器有凸缘式和套筒式等。 凸缘联轴器 如图，凸缘联轴器由两个带凸缘的半联轴器用键分别和 两轴联在一起，再用螺栓把两半联轴器联成一体。凸缘联 轴器有两种对中方法：一种是用半联轴器结合端面上的凸 台与凹槽相嵌合来对中，另一种是用铰制孔用螺栓对中。 套筒联轴器 套筒联轴器是用联接零件如键（图9.34a）或销（

2、图 9.34b）将两轴轴端的套筒和两轴联接起来以传递转矩。 当用销钉作联接件时，若按过载时销钉被剪断的条件设 计，这种联轴器可作安全联轴器，以避免薄弱环节零件 受到损坏。 （2）可移式刚性联轴器 可以补偿被联接两轴间的位移，常用的有滑块联轴器、 万向联轴器等。 滑块联轴器 如图9.35所示的滑块联轴器，它由两个带径向通的半联 轴器1、3和一个两面具有相互垂直的凸榫的中间滑块2所 组成，滑块2上的凸榫分别和两个半联轴器1、3的凹槽相 嵌合，构成移动副，故可补偿两轴间的偏移。为减少磨损、 提高寿命和效率，在榫槽间需定期施加润滑剂。当转速较 高时，由于中间浮动盘的偏心将会产生较大的离心惯性力， 给轴

3、和轴承带来附加载荷，所以只适用于低速、冲击小的 场合。 万向联轴器 如图9.36所示的万向联轴器，它由两个万向接头1和3及 一个十字销2通过刚性铰接而构成，故又称铰链联轴器。 它广泛用于两轴中心线相交成较大角度（可达45）的联 接。万向联轴器结构紧凑、维护方便，广泛用于汽车、拖 拉机、切削机床等机器的传动系统中。 13.2 离合器 离合器的种类很多，常用的有牙嵌式离合器、摩擦式离 合器和超越离合器。嵌入式离合器依靠齿的嵌合来传递转 矩，摩擦式离合器则依靠工作表面的摩擦力来传递转矩， 超越离合器可使同一轴上有两种不同的转速，从动件可以 超越主动件。 1.牙嵌式离合器 如图9.37所示，牙嵌式离合

4、器主要由两个端面带有牙齿 的套筒所组成。其中，一个半离合器用键和螺钉固定在主 动轴上，另一个半离合器则用导向平键（或花键）与从动 轴构成动联接，利用操纵机构可使其沿轴向移动来实现离 合器的结合和分离。 牙嵌式离合器的牙型有矩形、梯形和锯齿形三种（图 9.38），前两种齿形能传递双向转矩，锯齿形只能传递单 向转矩。牙嵌式离合器结构简单，两轴联接后无相对运动， 但在接合时有冲击，只能在低速或停车状态下接合，否则 容易将齿打坏。 2.摩擦式离合器 根据摩擦表面形状不同，摩擦式离合器可分为圆盘式、 圆锥式和多片式等类型。前两种结构简单，但传递转矩的 能力较小。在机器中，尤其是在金属切削机床中，广泛使

5、用多片式摩擦离合器。 如图所示的多片式摩擦离合器有两组摩擦片，外摩擦片 组6以其外齿插入主动轴1的离合器壳体2内缘的纵向槽中， 摩擦片的孔壁则不与任何零件接触，所以摩擦片组6可随 轴1一起转动，且可在轴向力作用下作轴向移动。另一组 内摩擦片组7以其孔壁凹槽（花键槽）与从动轴3上套筒4 的凸齿联接，但外缘不与任何零件接触，所以内摩擦片组 7可随轴3一起转动，还可作轴向移动。此外在套筒4上开 有三个纵向槽，安装可绕销轴转动的曲臂压杆10，当滑环 9向左移动时，螺母8可调节摩擦片之间的压力。内摩擦片 可以作成碟形，当承受压力时，被压平与摩擦片贴紧；放 松时，由于弹力作用可以迅速与外摩擦片分离。 摩擦

6、式离合器的优点是：在运转过程中能平稳地 离合；当从动轴发生过载时，离合器摩擦表面之间 发生打滑，因而能保护其他零件免于损坏。摩擦式 离合器的缺点是：摩擦表面之间存在相对滑动，以 致发热较高，磨损较大。 3.超越离合器 图9.41所示为一单向超越离合器，主要由星轮1、 外环2、滚柱3、顶杆4及弹簧5等组成。星轮1通过 键与轴6联接，外环2通常做成一个齿轮，空套在星 轮上，在星轮的三个缺口内，各装有一个滚柱3， 每个滚柱又被弹簧5、顶杆4推向外环和星轮的缺口 所形成的楔缝中。 当外环以慢速逆时针转动时，若轴6由另外一个快速电动 机带动，也作逆时针方向快速旋转，则此时星轮1将由轴6 带动沿逆时针方向

7、高速回转。由于星轮的转速高于外环， 使滚柱3从楔缝中回松，此时，外环2与星轮1便带动轴6旋 转时，滚柱3又被楔紧在外环与星轮之间，外环仍作慢速 旋转。这种星轮（从动件）的转速可以超越外环（主动件） 的转速的特性常应用在机床、汽车和飞机等传动装置中。 13.3 制动器 制动器是利用摩擦副中所产生的摩擦力矩来实现 制动的。制动器常安装在机器的高速轴上，这样所 需的制动力矩小，可减小制动器的尺寸。 制动器的种类很多，按摩擦表面形状可分为块式 制动器、带式制动器和盘式制动器。下面介绍几种 常见的制动器。 1带式制动器 图9.42为带式制动器，结构简单。为了增强摩擦 制动作用，在制动钢带2上可以衬垫石棉

8、、橡胶或 帆布等。当杠杆3上作用外力后，即可收紧制动带， 靠制动轮间的摩擦力来制动。 2.内涨蹄式制动器 图9.43所示为内涨蹄式制动器，制动时，压力油进入油缸4，推 动左右两活塞移动，在活塞力的作用下，两制动蹄向外摆动，压紧 在制动轮的内表面上，实现制动。油路卸压后，弹簧5使两制动蹄 与两制动轮分离，制动器处于松开状态。 3.闸瓦制动器 图9.44所示为闸瓦制动器。它由位于制动轮1两旁的两个制动臂 4及闸瓦2组成。当松闸器6通入电流时，利用作用电磁力，通过推 杆5使制动器的两边闸瓦松开。松闸器可以用电磁铁，也可用人力、 液压、气动操纵。 第八讲第八讲 轴系零部件轴系零部件 第八讲第八讲 轴系

9、零部件轴系零部件 研究对象：研究对象：轴、轴承、联轴器、离合器 研究内容：研究内容：1.轴的结构设计和强度计算 2.滚动轴承的类型选择、尺寸选 择和组合设计 3.联轴器和离合器的选择 重点：重点：轴、轴承 8.1 8.1 轴轴 轴是组成机器的重要零件之一，轴的主要功用 是支承旋转零件、传递转矩和运动。 1.1.轴的功用轴的功用 2.2.轴的分类轴的分类 8.1 8.1 轴轴 按承受载荷不同，可分为： 转轴、心轴、传动轴转轴、心轴、传动轴 按轴线形状的不同，可分为： 直轴、曲轴、挠性钢丝轴直轴、曲轴、挠性钢丝轴 直轴按外形的不同，可分为： 光轴、阶梯轴光轴、阶梯轴 转轴：转轴：机器中最常见的轴，

10、通常简称为轴。 工作时既承受弯矩又承受转矩。 例：减速器中的轴 心轴：心轴： 用来支承转动零件， 只承受弯矩而不传递转矩。 例：自行车的前轮轴 传动轴：传动轴：主要用于传递转矩而不承受弯矩，或 所承受的弯矩很小的轴。 例：汽车中联接变速箱与后桥之间的轴。 对轴的结构进行设计主要是: 确定轴的结构形状和尺寸确定轴的结构形状和尺寸 3.3.轴的结构设计轴的结构设计 8.1 8.1 轴轴 影响轴的结构与尺寸的因 素很多，设计轴时要全面 综合的考虑各种因素。 无论何种具体因素，轴的结构都应满足以下条件： 轴和装在轴上的零件要有准确的位置； 轴上的零件应便于装拆和调整； 轴应具有良好的制造工艺性等。 思

11、考题 8.1 8.1 轴轴 结构分析结构分析 轴颈轴头轴身 3.3.轴的结构设计轴的结构设计 8.1 8.1 轴轴 零件在轴上的固定零件在轴上的固定 轴肩、圆螺母（止动片）、套筒、 弹性挡圈、紧定螺钉、轴端挡圈定位等 周向固定周向固定 轴向固定轴向固定 键、花键、销、过盈配合、 弹性环联接、成形联接等 3.3.轴的结构设计轴的结构设计 轴肩定位 轴向固定轴向固定 特点特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力 应用应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位 圆螺母定位 轴向固定轴向固定 特点：特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降 应用应用：常用于轴的中

12、部和端部 弹性挡圈固定 轴向固定轴向固定 特点特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力 切槽需要一定的精度 应用应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位 轴端压板定位和紧定螺钉固定 轴向固定轴向固定 用于轴端定位 可承受剧烈振动和冲击 适用于轴向力小， 转速低的场合 8.1 8.1 轴轴 轴的加工和装配工艺性轴的加工和装配工艺性3.3.轴的结构设计轴的结构设计 8.1 8.1 轴轴 轴的加工和装配工艺性轴的加工和装配工艺性3.3.轴的结构设计轴的结构设计 完毕 3轴的结构工艺性 轴的结构应具有良好的加工和装配工艺性能。设计时可 从以下几方面考虑： (1)形状应简单，以便于加工，轴的台阶尽量少，台阶

13、越 多，加工工艺越复杂，成本也越高。 (2)磨削轴径和定位轴肩时，应留有砂轮越程槽；轴上切 制螺纹时，应留有退刀槽。轴上沿长度方向开有几个键槽 时，应将它们安排在同一母线上，且槽宽尽可能统一。 (3)轴的结构设计应满足轴上零件装拆方便的要求，一般 设计成二头细，中间粗。同一轴上所有圆角半径和倒角的 大小尽可能一致，以减少加工时刀具的数目。 (4)滚动轴承轴向固定的轴肩高度应低于轴承内圈高度， 以便于滚动轴承的拆卸。 5.5.轴的常用轴的常用材料及热处理材料及热处理 8.1 8.1 轴轴 轴的常用材料是碳素钢碳素钢和合金钢合金钢。 碳素钢碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可 通过热处

14、理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最 广，一般用途的轴，多用含碳量为0.250.5%的优质碳 素钢，尤其是45号钢。对于不重要或受力较小的轴也可 用Q235、 Q275 等碳素结构钢。 合金钢合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应 力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性 有特殊要求的轴。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经 渗碳淬火处理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等 合金钢，有良好的高温机械性能，常用于在高温、高速 和重载条件下工作的轴。 8.1 8.1 轴轴 6.6.轴的设计轴的设计 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

15、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。然 后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。 8.1 8.1 轴轴 6.6.轴的设计轴的设计 设计轴的一般步骤为：设计轴的一般步骤为： 1）选材）选材; 2）按扭转强度估算轴的最小直径）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）设计轴的结构，绘出轴的结构草图; 4）按弯扭合成进行轴的强度校核。）按弯扭合成进行轴的强度校核。 确定轴上零件的位置和固定方法； 确定各轴段直径、长度。 一般按一般

16、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。 小小 结结 1.1.轴的功用和分类轴的功用和分类 2.2.轴的结构设计轴的结构设计 3.3.轴的强度计算轴的强度计算 4.4.轴的常用轴的常用材料及热处理材料及热处理 5.5.轴的设计轴的设计 ？ 8.2 8.2 滚动轴承滚动轴承 1.1.轴承的功用、类型和特点轴承的功用、类型和特点 2.2.滚动轴承的组成、类型及代号滚动轴承的组成、类型及代号 5.5.滚动轴承的安装与拆卸滚动轴承的安装与拆卸 4.4.滚动轴承的配合滚动轴承的配合 3.3.滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计 功用：功用：支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精

17、度，减少转轴 与支承之间的摩擦和磨损。 1.轴承的功用、类型和特点轴承的功用、类型和特点 特点：特点：滚动轴承具有摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、旋 转精度高、润滑简便和装拆方便等优点，被广泛应用于各 种机器和机构中。滚动轴承为标准零部件，由轴承厂批量 生产，设计者可以根据需要直接选用。滑动轴承具有承载 能力大、回转精度高、高速性能好等优点，但其启动摩擦 阻力大，维护比较复杂。 分类：分类：根据支承处相对运动表面的摩擦性质，轴承分为滑 动摩擦轴承和滚动摩擦轴承，分别简称为滑动轴承和滚动 轴承。 滚动轴承的组成：滚动轴承的组成： 常见的滚动体有常见的滚动体有6 6种形状，如图所示种形状，如图所示:

18、 : 2.2.滚动轴承的组成、类型及代号滚动轴承的组成、类型及代号 滚动轴承一般由 内圈、外圈、滚 动体和保持架组 成。内圈装在轴 颈上，外圈装在 机座或零件的轴 承孔内。多数情 况下，外圈不转 动，内圈与轴一 起转动。当内外 圈之间相对旋转 时，滚动体沿着 滚道滚动。 滚动轴承的类型滚动轴承的类型 2.2.滚动轴承的组成、类型及代号滚动轴承的组成、类型及代号 根据滚动体的形状，滚动轴承分为： 球轴承球轴承 滚子轴承滚子轴承 按照滚动轴承所能承受的主要负荷方向，又可分为： 向心轴承：向心轴承：主要承受径向载荷 推力轴承：推力轴承：承受轴向载荷 向心推力轴承：向心推力轴承：能同时承受径向载荷和轴

19、向载荷 深沟球轴承深沟球轴承 双列深沟球轴承双列深沟球轴承 调心球轴承调心球轴承 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承 调心滚子轴承调心滚子轴承 圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承 单向推力球轴承单向推力球轴承 推力圆柱滚子轴承推力圆柱滚子轴承角接触球轴承角接触球轴承 滚动轴承的代号滚动轴承的代号 前置代号基本代号后置代号 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。基本代号由轴承类型代号、尺寸代号及内径代号构 成。 类类 型型 代代 号号 尺尺 寸寸 代代 号号 内内 径径 代代 号号 2.2.滚动轴承的组成、类型及代号滚动轴承的组成、类型及代号 前置和后置代号：轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要

20、 求有改变时，在其基本代号前后添加的代号。其代号及含 义参见表16-2-4。 类型代号类型代号: 尺寸系列代号尺寸系列代号: 轴承尺寸系列代号由轴承的宽度系列代号和直径 系列代号组合而成。组合排列时，宽度系列在前， 直径系列在后，见表。 内径代号内径代号: 表示轴承的内径尺寸，见表。 基本代号一般由五个数字（或字母加四个数字）组成。 当宽度系列为0时可省略。如6200 02为尺寸系列代号。 3.3.滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计 组合设计是指轴承的轴向位置固定、轴承与 其它零件的配合、轴承的调整与装拆等。 滚动轴承支承结构类型滚动轴承支承结构类型 两端固定式 一端固定、一端游动式 滚动轴

21、承的轴向固定滚动轴承的轴向固定 内圈固定：内圈固定： 轴肩、轴端压板、圆螺母与止动垫圈等 外圈固定：外圈固定： 端盖固定、弹性挡圈、套筒等 参见教材P270图16-2-9和16-2-10。 3.3.滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计 滚动轴承的配合滚动轴承的配合 由于滚动轴承是标准件，因此内圈与轴采用基孔制。 n6、m6、k6、js6。 外圈与箱体座孔采用基轴制。 J7、J6、H7、G7。 3.3.滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计 滚动轴承的安装与拆卸滚动轴承的安装与拆卸 安装方法：安装方法：冷压法和热套法 压力机、手锤和套筒、润滑剂、加热器等 拆卸方法：拆卸方法：使用拆卸器 3.3.滚

22、动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计 试指出图中结构不合理的地方，并予以改正。 8-3 滑动轴承 1滑动轴承类型及结构 (1)整体式向心滑动轴承 整体式向心滑动轴承结构 如图9.21所示， 它是由轴承座1、轴瓦2和紧定螺钉3组成。这种轴 承已标准化。 整体式滑动轴承具有结构简单，成本低廉，刚度 大，但轴颈只能从端部装入，安装和检修不方便， 且工作表面磨损后无法调整轴承与轴颈的间隙，间 隙过大时，需更换轴瓦。通常只用于轻载、低速及 间歇性工作的机器设备中，如绞车、手动起重机等。 整体式轴瓦的结构 又称轴套，可分为内孔表 面光滑和纵向带油槽两种(图9.22)。轴瓦与轴承 采用过盈配合压紧，以实现永久

23、性或半永久性的 装配。 (2)剖分式向心滑动轴承 剖分式向心滑动轴承（又称对开式滑动轴承） 如图9.23所示，它由剖分轴瓦、轴承座、轴承盖、 拉紧螺栓等组成。轴承座与轴承盖的剖分面做成 阶梯形的配合止口，以便定位。可在剖分面间放 置几片很薄的调整垫片，以便安装时或磨损后调 整轴承的间隙，为保证垫片调整的有效性，径向 力方向最好不超过剖分面垂直线左右35的范围， 否则建议采用斜剖分式结构，图9.24所示。这种 轴承装拆方便，间隙调整容易，因此应用广泛。 剖分式轴瓦的结构 如图9.25所示，两端凸缘用来限制 轴瓦轴向窜动，轴瓦凸缘外径均匀为轴颈直径的1.25 1.7倍。为改善和提高轴瓦的承载性能，

24、节省贵重金属， 有时采用双金属轴瓦，即在轴瓦内表面浇铸(或轧制和烧 结)一层薄的轴承衬，为了使轴承衬更好地贴附在轴瓦上， 常在轴瓦内表面做一些沟槽，如图9.26所示。这种轴瓦在 汽车和拖拉机的发动机及其他内燃机中应用较广。 (3)调心式滑动轴承 当轴承的宽度B较大（宽径比 B/d1.51.75）时，受载后由于轴的变形或加工及装配 的误差，引起轴颈或轴承孔的倾斜，使轴瓦两端与轴颈局 部接触，如图9.28所示为轴颈倾斜，致使轴瓦两端急剧磨 损。这时可采用如图9.29所示的调心式滑动轴承。这种轴 承利用球面支承，自动调整轴瓦的位置，以适应轴的偏斜。 2滑动轴承的润滑 滑动轴承润滑的目的在于减小摩擦和

25、磨损，降 低功率消耗。润滑剂还可起到冷却、防锈和吸振的 作用。润滑剂的选择直接影响到上述效果。 (1)润滑剂种类 润滑剂分为：液体（润滑油）、 半固体（润滑脂）、固体。 (2)润滑方法和润滑装置 按供油方式不同可 分为间歇润滑和连续润滑。间歇润滑是利用油壶或 油枪，靠手工定时通过轴承油孔加油、油脂，为避 免加油时污物进入轴承，可在油孔上装压注油杯 (图9.30a、b)和旋盖式脂杯(图9.30c)。 表12-3 动压轴承常用的供油方式 1 7vm s 3 3mincm 8-4 键、销及连接键、销及连接 零件零件是组成机器的最小单元，可分为通用零件 和专用零件两类。部件部件是将若干个零件组合在一起

26、 的一套协同工作的零件组合体。 研究对象研究对象: : 通用机械零部件 主要内容主要内容: : 研究通用机械零部件的设计问题(工 作原理、类型选择、外形和尺寸确定、材料选择、 精度等级选择、表面质量及技术条件确定，以及基 本设计方法)。 一、一、 联联 接接 按是否可拆分为 联接：联接：将两个或两个以上的零件组合成一体的结构。 按被联接件之间是否可 以有相对运动可以分为 可拆联接：可拆联接： 不可拆联接：不可拆联接： 过盈配合联接：过盈配合联接： 动联接：动联接： 静联接：静联接： 本章主要研究普通平键联接和螺纹联接。 允许多次装拆，不会破坏或 损伤联接中的任何一个零件，如键联接、 螺纹联接和

27、销联接等。 若不破坏或损伤联接中 的零件就不能将联接拆开，如焊接、铆 接、粘接等。 界于可拆和不可拆联 接之间的一种联接。 铰链、轴和轴承等。 键联接、螺纹联接等。 8.4.1键联接键联接 1.1.键联接的类型和应用键联接的类型和应用 键是标准零件标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定 以传递转矩，还能实现轴上零件的轴向固定或轴向移动的导 向。键联接的主要类型主要类型有：平键联接、半圆键联接、楔键联 接和切向键联接。平键联接和半圆键联接为松键联接松键联接，楔键 联接和切向键联接为紧键联接紧键联接。 松键联接中，键的两侧面 是工作面，工作时，靠键与键 槽侧面的挤压来传递转矩。键 的上表面和

28、轮毂的键槽底面间 留有间隙。对中性好，装拆方 便。 紧键联接用于静联接，键上、下面是工作表面。 1.1.键联接的类型和应用键联接的类型和应用 平键联接平键联接 特点：特点：平键联接具有结构 简单、对中性好，装拆方 便等特点，因而得到广泛 应用。但平键联接不能承 受轴向力，因而对轴上的 零件不能起到轴向固定的 作用。 分类：分类：按用途不同，平键 可分为普通平键、导向平 键和滑键三种。普通平键 用于静联接，导向平键用 于移动距离较小的动联接， 滑键用于移动距离较大的 动联接。 普通平键种类 普通平键平键联接平键联接 普通平键和键槽尺寸 普通平键平键联接平键联接 普通平键平键联接平键联接 标记示例： 圆头平键轴上的键槽用端铣刀加工，键在槽 中固定良好，但轴上键槽端部的应力集中较大。 平头平键轴上的键槽用盘铣刀加工，应力集 中较小，但键在轴上的轴向固定不好。 单圆头平键常用于轴的端部联接，轴上键槽 常用端铣刀铣通。 普通平键平键联接平键联接 普通平键的加工： 导向平键 平键联接平键联接 当被联接的轮毂类零件在工作过程中须在轴上作 较小距离的轴向移动时，则采用导向平键。 导向平键较长，应 用螺钉固定在轴上的键 槽中,为了便于拆卸， 键上制有起键螺孔,以 便拧入螺钉使键退出键 槽。轴上的传动零件可 沿键作轴向滑移，如变 速箱中的滑移