第十二章 轴系结构设计(1)

1、第十二章第十二章 轴系结构设计轴系结构设计轴轴身身轴轴头头轴轴头头轴轴颈颈轴轴颈颈各部分名称各部分名称12-1轴毂连接轴毂连接无预应力无预应力有预应力有预应力-过盈联接过盈联接材料性联接材料性联接-粘、焊粘、焊圆轴圆轴成型轴成型轴键键销销紧定螺钉紧定螺钉平键平键斜键斜键半圆键半圆键切向键切向键方轴方轴型轴型轴A型平键型平键B型平键型平键C型平键型平键一、一、功用：传递扭距；固定和定位。功用：传递扭距；固定和定位。轴轴毂毂连连接接 型面连接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与相同轮廓的毂孔配合以传递运动和转矩的可拆连接，它是无键连接的一种型式。在家用机械、办公机械等中，采用了大量的压铸、注塑零件。

2、要注塑出各种各样的非圆形孔是毫无困难的，故型面联接的应用获得了发展。应用较多的是带切口圆形和正六边形型面。 由于型面连接要用到非圆形孔，以前因其加工困难，限制了型面连接的应用。型面连接 二、键连接的类型和工作原理二、键连接的类型和工作原理（一）（一）平键连接平键连接功用：传递转矩；周向定位功用：传递转矩；周向定位-限制轴上零限制轴上零件的周向运动，一般不限制轴向运动件的周向运动，一般不限制轴向运动。键连接键连接1、普通平键连接、普通平键连接A型平键型平键B型平键型平键C型平键型平键2、导向平键、导向平键动连接。键和轴固联，轮毂（盘类）零动连接。键和轴固联，轮毂（盘类）零件在轴上作一定量的移动。

3、件在轴上作一定量的移动。3、滑键、滑键-动连接。毂和键固联并沿轴作大距离的动连接。毂和键固联并沿轴作大距离的移动。移动。滑键滑键导向键导向键二）半圆键二）半圆键多用于轴端锥面多用于轴端锥面 的辅助连接。传递较小的载荷。的辅助连接。传递较小的载荷。（三）斜键（三）斜键1：100的斜度。工作面为上下面。的斜度。工作面为上下面。工作面工作面1:1001:100普通斜键普通斜键钩头斜键钩头斜键（四）、切向键（四）、切向键两个斜度为两个斜度为1：100的楔键连接，上、下两面为工作的楔键连接，上、下两面为工作面（打入）布置在圆周的切向，传递载荷能力强。面（打入）布置在圆周的切向，传递载荷能力强。工作原理：

4、靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩 C45trtb120切向键联接.swf三、平键连接的强度计算三、平键连接的强度计算普通平键普通平键-压溃、压溃、(剪切剪切)导键和滑键导键和滑键- 磨损磨损 压溃压溃平键平键斜键斜键-压溃压溃 、磨损、磨损一）失效形式一）失效形式(二）平键连接的尺寸选择二）平键连接的尺寸选择尺寸选择原则：尺寸选择原则： 轴毂等强度。按照轴轴毂等强度。按照轴径径d选择键的结构尺寸。选择键的结构尺寸。尺寸：尺寸： bhL L=（1.51.8）d（不可过长或过短）（不可过长或过短） L=B毂毂-（510）标记：键标记：键bL GB109

5、6-1979(三）平键连接的强度计算三）平键连接的强度计算键连接键连接-为标准件连接方式。设计时，键不需画为标准件连接方式。设计时，键不需画零件图，只要会选择。零件图，只要会选择。 键选择的内容：键选择的内容： 1）选键的类型）选键的类型 2）定键的尺寸）定键的尺寸 3）强度校核）强度校核工作原理及特点工作原理及特点- （工作面为侧面工作面为侧面,对中性好）对中性好）例：例：有一轮毂宽有一轮毂宽B=80mm，轴径，轴径d=30mm，齿，齿轮为轮为8级精度，试选择此键连接。级精度，试选择此键连接。解：解：8级精度，级精度，试选试选A型平键型平键查手册，查手册，d=30mm的轴径，的轴径，b=8m

6、m；h=7mmL=80-（510）=7570；查手册取标准系列；查手册取标准系列L=70mm键键870 GB1096-1979平键连接的强度计算准则：平键连接的强度计算准则：几点假设：几点假设：1）集中载荷）集中载荷F;2）载荷）载荷F作用于挤压面作用于挤压面 的中点的中点;3）挤压面积）挤压面积lkl- -键的工作长度键的工作长度k-键与轮毂的接触高度键与轮毂的接触高度 （键受挤压高度）（键受挤压高度）k0.5h0.5h强度条件强度条件MPa 4MPa 2ppppdhlTdklT lA型键型键-l=L-bB型键型键-l=LC型键型键-l=L-b/21）静连接（普通平键连接）静连接（普通平键连

7、接）2）动连接（导键、滑键）动连接（导键、滑键） MPa 2PdklTp p、 p- 许用压强和许用挤压应力。选择许用压强和许用挤压应力。选择键、轴、毂三者中的弱者。见表键、轴、毂三者中的弱者。见表12-1分析：分析： 2PdklTp 2ppdklT 和1）键的强度只与）键的强度只与T有关（键只传递扭距）有关（键只传递扭距）2）键的尺寸）键的尺寸bh由轴径由轴径d确定，而轴的直径确定，而轴的直径与与T和和M有关有关。例：例： 有一有一9级精度的铸铁齿轮，轮毂宽度级精度的铸铁齿轮，轮毂宽度B=90mm，轴孔直径，轴孔直径d=55mm，传递扭距，传递扭距T=600N.m，载荷平稳，试选择此键连接。

8、，载荷平稳，试选择此键连接。 7518.686455510600223MPaMPadklTpp解：解： 9级精度，选平键，试选A型平键查手册，d=55mm的轴径，b=16mm；h=10mm（k0.5h）；L=90-（510）=8085；查手册取L=80mm；l=L-b=80-16=64mm查表12-1得： p= 75MPa键1680 GB1096-1979如果载荷有冲击则 p= 55MPa，该如何解决？算算例例四）双键连接：四）双键连接：5 . 12p 5 . 12pdklTdklTpp 平键双键平键双键1800布置布置斜键斜键1200布置布置五）键选择步骤五）键选择步骤1.根据工作要求定类型

9、根据工作要求定类型2.根据轴径根据轴径d定尺寸：定尺寸：b和和h（查手册）（查手册）3.根据轮毂宽根据轮毂宽B定键长定键长L4.强度校核强度校核四、半圆键四、半圆键连接连接强度计算强度计算只进行挤压强度计算，k值查标准，lL 五、斜键连接五、斜键连接强度强度计算计算六、花键连接六、花键连接 （一）、分类（一）、分类矩形花键300渐开线花键 450渐开线花键 花键的标记花键的标记INT -内花键内花键 EXT-外花键外花键例渐开线花键：例渐开线花键：INT/EXT Zm 齿根形式齿根形式 配合精度配合精度INT 24 Z2.5M 30P 5H GB/T3478.1-1995EXT 24 z2.5

10、m 30P 5h GB/T3478.1-1995c22dDh花键连接的强度计算花键连接的强度计算 2 2phlzdTphlzdTmpmpdm=（d+D）/2 C-花键的倒角花键的倒角-载荷分配不均系数载荷分配不均系数 Z-花键的齿数花键的齿数12-2 轴系结构设计轴系结构设计一、轴系结构设计基本原则一、轴系结构设计基本原则 1.强度足够强度足够 2.拆装方便拆装方便 3.标准化、系列化、通用化（键、轴标准化、系列化、通用化（键、轴承、联轴器、倒角、中心孔承、联轴器、倒角、中心孔等等）等等）强度强度 拆装拆装 标准化标准化4.直径系列化直径系列化- 轴头尺寸以轴头尺寸以2、5、8、0结尾，轴身（

11、非配合轴段）取整数，结尾，轴身（非配合轴段）取整数，5.轴颈处符合轴承要求。轴颈处符合轴承要求。6.定位和固定可靠定位和固定可靠7.良好的工艺良好的工艺8.利于提高强度和刚度。利于提高强度和刚度。1.轴肩或轴环轴肩或轴环2.套筒套筒3.圆螺母定位圆螺母定位4.弹性挡圈弹性挡圈5.紧定螺钉紧定螺钉6.轴端挡圈轴端挡圈7.锥形轴头锥形轴头二、轴上零件的轴向定位可固定二、轴上零件的轴向定位可固定轴上零件定位方法.swf1.轴肩或轴环轴肩或轴环 轴肩由定位面和内圆角组成DhCrdbDhrRd轴肩处RCr或定位轴肩：定位轴肩：h（0.070.1）d（13）mmC或或R非定位轴肩：非定位轴肩：h视情况而定

12、，无严格规定。视情况而定，无严格规定。2.套筒定位套筒定位 套筒定位可承受较大的轴向载荷，一般套筒定位可承受较大的轴向载荷，一般用于两个零件之间的定位，套筒不宜作的过长。用于两个零件之间的定位，套筒不宜作的过长。3.圆螺母定位圆螺母定位 可承受较大的轴向载荷，但螺纹会产可承受较大的轴向载荷，但螺纹会产生应力集中。生应力集中。4.弹性挡圈弹性挡圈 可传递较小的轴向载荷。可传递较小的轴向载荷。5.紧定螺钉紧定螺钉 传递较小的轴向载荷，但位置调节方便。传递较小的轴向载荷，但位置调节方便。6.轴端挡圈轴端挡圈 用于轴端零件的轴向定位。用于轴端零件的轴向定位。7.锥形轴头锥形轴头8.锁紧挡圈锁紧挡圈锁紧

13、挡圈锁紧挡圈紧定螺钉紧定螺钉三、轴上各段长度三、轴上各段长度 采用套筒、螺母、轴端挡圈等作轴向固定时，采用套筒、螺母、轴端挡圈等作轴向固定时，应把装零件的轴段长度做得比零件轮毂短应把装零件的轴段长度做得比零件轮毂短2 23mm3mm，以确保套筒、螺母或轴端挡圈能靠紧零件端面。以确保套筒、螺母或轴端挡圈能靠紧零件端面。L L轴轴bb轮毂宽轮毂宽错误错误正确正确四四、制造工艺制造工艺和结构和结构1.形状在满足使用要求的前提下尽量简单；形状在满足使用要求的前提下尽量简单；2.键槽键槽尽量布置在同一侧；尽量布置在同一侧；3.轴颈尺寸尽量一致；轴颈尺寸尽量一致；4.圆角半径尽量取同；圆角半径尽量取同；5

14、.合理的倒角。合理的倒角。三、轴的结构设计三、轴的结构设计结构设计和改错结构设计和改错结构改错结构改错轴的结构改错1.swf轴的结构改错2.swf12-3滚动轴承的组合结构设计滚动轴承的组合结构设计1. 两端单向固定两端单向固定一、一、 轴系的固定方式轴系的固定方式: 2. 一端固定一端游动一端固定一端游动2. 两端游动两端游动轴系相对箱体或机架的固定方式。轴系相对箱体或机架的固定方式。看录像滚动轴承的组合结构设计演示滚动轴承的组合结构设计演示L二、二、 滚动轴承的固定方法滚动轴承的固定方法:三、滚动轴承的调节三、滚动轴承的调节:1.滚动轴承游隙的调节滚动轴承游隙的调节垫片垫片2.锥顶距的调节

15、锥顶距的调节套杯套杯3.蜗杆传动的调节蜗杆传动的调节轴上零件调整.swf四、密封与润滑四、密封与润滑（一）密封（一）密封作用：阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承，防止润滑剂流失。密封装置可分为：接触式密封和非接触式密封1、接触式密封：在轴承盖内放置软材料与转动轴、接触式密封：在轴承盖内放置软材料与转动轴直接接触而起到密封作用。直接接触而起到密封作用。 1)毡圈密封：结构简单，但易磨损，常用于轴径毡圈密封：结构简单，但易磨损，常用于轴径的的V45m/s、滚动轴承采用脂润滑的情况。、滚动轴承采用脂润滑的情况。2）唇形密封圈密封：安装方便，易于更换。）唇形密封圈密封：安装方便，易于更换。V10m/

16、s(精车）精车）; V15m/s(磨），轴颈要淬硬，以增磨），轴颈要淬硬，以增加耐磨性。加耐磨性。注意注意：安装时密封唇应朝向密封部位。：安装时密封唇应朝向密封部位。密封唇向内密封唇向内防漏；向外防漏；向外防尘；两个相反方防尘；两个相反方向向既防尘又防漏。既防尘又防漏。3)密封环密封密封环密封各接触表面均需硬化处理并磨光。各接触表面均需硬化处理并磨光。密封环材料：含铬耐磨铸铁密封环材料：含铬耐磨铸铁 v100m/s；锡青铜；锡青铜 v60 80m/s2、非接触式密封、非接触式密封避免接触处产生滑动摩擦。避免接触处产生滑动摩擦。 1)缝隙密封：间隙为缝隙密封：间隙为0.1 0.3mm。用于脂润滑

17、；。用于脂润滑；缝隙密封缝隙密封油沟密封油沟密封2）曲路密封）曲路密封3)甩油密封甩油密封毡圈密封迷宫式密封轴向立轴综合密封径向密封圈密封油沟密封挡圈密封甩油密封轴承装置的设计4（二）滚动轴承的润滑1润滑的目的 润滑可以降低滚动轴承内部的摩擦，减少磨损和发热量；油润滑可以到起冷却作用，从而降低轴承的工作温度，延长使用寿命； 在滚动体与滚道间形成一层使两者隔开的油膜，可以使接触压力减小；防止表面氧化生锈。轴承装置的设计4润滑方式与轴承的速度有关。选择润滑方式时，可查阅各类润滑方式的dn值界限表。2润滑方式的选择轴承常用的润滑方式有油润滑和脂润滑两类。轴承装置的设计5五、滚动轴承的配合与装拆 滚动

18、轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与轴承座孔的配合。1滚动轴承的配合 1)轴承的内、外圈属于薄壁零件，容易变形。当它装入轴承座轴承座孔或装在轴上后，其内外圈的不圆度将受到外壳孔及轴颈形状的影响。 2)滚动轴承内孔滚动轴承内孔轴：轴：基孔制基孔制 滚动轴承外径滚动轴承外径轴承座孔：轴承座孔：基轴制基轴制轴承装置的设计53) 转动圈应比不动圈的配合紧些，且转速越高、转动圈应比不动圈的配合紧些，且转速越高、载荷越大、振动越强烈时，配合应越紧。载荷越大、振动越强烈时，配合应越紧。转动圈与旋转部分的配合：转动圈与旋转部分的配合：n6, m6, k6, js6不动圈与不动部分的配合：不动圈与不动部分的配合：J7, J6, H7, G74) 剖分式机壳、游动圈或经常拆卸的轴承应选剖分式机壳、游动圈或经常拆卸的轴承应选取较松的配合。取较松的配合。具体的配合公差、配合表面光洁度和几何形状具体的配合公差、配合表面光洁度和几何形状偏差可参考设计手册确定。偏差可参考设计手册确定。 轴承装置的设计5装拆滚动轴承时，不能通过滚动体来传力，以免使滚道或滚动体造成损伤。由于轴承的配合较紧，装拆时以使用专门的工具为宜。 2滚动轴承的安装与拆卸滚动轴承的安装与拆卸错误的施力正确的施力 轴承装置的设计6一根轴采用的两个支承座孔，必须尽可能地保持同心。尽量采用整体结构的外壳，并把两轴承孔一次镗出；正确