軸系零件與結(jié)構(gòu)設(shè)計

第十五章軸及其連接當前1頁，總共81頁。內(nèi)容第一節(jié)軸的分類、材料和結(jié)構(gòu)第二節(jié)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計第三節(jié)軸的強度設(shè)計第四節(jié)鍵與花鍵連接當前2頁，總共81頁。一、軸的用途及分類軸的功用：1）支承回轉(zhuǎn)件；2）傳遞運動和動力。按所受載荷的不同，分為：按軸線形狀的不同，軸可分：◆轉(zhuǎn)軸─同時承受彎矩和扭矩的軸，如減速器的軸?！粜妮S─只承受彎矩的軸，如火車車輪軸。◆傳動軸─只承受扭矩的軸，如汽車的傳動軸。可以隨意彎曲，把回轉(zhuǎn)運動靈活地傳到任意空間位置。曲軸直軸撓性軸（鋼絲軟軸）：光軸階梯軸實心軸空心軸:有特殊要求時，如航空發(fā)動機的主軸。轉(zhuǎn)動心軸固定心軸

第一節(jié)軸的分類、材料和結(jié)構(gòu)當前3頁，總共81頁。光軸階梯軸（按軸線形狀分：）當前4頁，總共81頁。

曲軸撓性軸當前5頁，總共81頁。

四.軸的結(jié)構(gòu)組成當前6頁，總共81頁。當前7頁，總共81頁。內(nèi)容第一節(jié)軸的分類、材料和結(jié)構(gòu)第二節(jié)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計第三節(jié)軸的強度設(shè)計第四節(jié)鍵與花鍵連接當前8頁，總共81頁。第二節(jié)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足的要求：①軸和軸上零件要有準確、牢固的工作位置。②軸上零件裝拆、調(diào)整方便。③軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。④盡量提高軸的疲勞強度。

（一）擬定軸上零件的裝配方案

原則：一是軸的結(jié)構(gòu)越簡單越合理；二是裝配越簡單、方便越合理。

（二）軸上零件的定位與固定軸向定位與固定周向定位與固定當前9頁，總共81頁。固定的作用是使軸上零件與軸結(jié)合成一體，作為一個構(gòu)件運轉(zhuǎn)。

定位是使零件在不需要采取任何測量手段的條件下一次安裝到位。定位和固定含義上有差別，但在結(jié)構(gòu)措施上卻可以相同。

1.零件的軸向定位與固定

常用的軸向定位和固定裝置有軸肩軸環(huán)、圓螺母、彈性擋圈、套筒、緊定螺釘?shù)?，在軸端也常使用圓錐面和軸端擋圈。當前10頁，總共81頁。要求r軸<R孔或r軸<C孔

錯誤正確1）軸肩和軸環(huán)當前11頁，總共81頁。錯誤正確1.要求軸肩高度<滾動軸承內(nèi)圈高度；2.軸頸寬<軸承寬當前12頁，總共81頁。2）套筒3）軸用圓螺母當前13頁，總共81頁。

當用軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母、軸端擋圈進行零件的軸向定位時，為保證軸向定位可靠，要求L軸<L轂4）軸端擋圈當前14頁，總共81頁。5）軸承端蓋6）彈性擋圈

軸承端蓋與機座間加墊片，以調(diào)整軸的位置。當前15頁，總共81頁。7）鎖緊擋圈、緊定螺釘或銷當前16頁，總共81頁。8）圓錐面（+擋圈、螺母）當前17頁，總共81頁。錯誤正確當前18頁，總共81頁。2.零件的周向定位與固定當前19頁，總共81頁。

（三）提高軸的疲勞強度2.改進表面質(zhì)量提高軸的疲勞強度。1.改進軸的結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中。當前20頁，總共81頁。3.合理布置軸上零件以減少軸的載荷。4.改進軸上零件的結(jié)構(gòu)，減小軸的載荷。當前21頁，總共81頁。（四）軸的結(jié)構(gòu)工藝性1）軸肩圓角r2）軸端倒角3）砂輪越程槽4）螺紋退刀槽5）同一軸上鍵槽位于圓柱同一母線上，且取相同尺寸。當前22頁，總共81頁。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計改錯四處錯誤正確答案三處錯誤正確答案當前23頁，總共81頁。三處錯誤1.左側(cè)鍵太長，套筒無法裝入。

2.齒輪鍵槽孔應(yīng)為通槽。

3.多個鍵應(yīng)位于同一母線上。當前24頁，總共81頁。當前25頁，總共81頁。

第三節(jié)軸的強度計算

軸在工作時不僅要有足夠的能力來承受載荷，而且還要能夠安裝零件。

設(shè)計軸的基本要求：①具有足夠的承載能力，也就是要求軸具有足夠的強度和剛度，以保證軸能正常工作；②具有合理的結(jié)構(gòu)，使軸的加工方便，降低生產(chǎn)成本，同時使軸上零件有可靠的固定方式，且便于裝拆。

軸的工作條件不同，其失效形式也各不相同。在一般情況下，大多由于軸的強度或剛度不足而導(dǎo)致失效。軸的設(shè)計準則是強度準則和剛度準則。當前26頁，總共81頁。第四節(jié)鍵與花鍵連接鍵和花鍵連接廣泛應(yīng)用于軸和輪轂零件之間的周向固定并且傳遞轉(zhuǎn)矩。其中，有的還能實現(xiàn)軸向固定以傳遞軸向力；有的則能實現(xiàn)軸向滑動連接。鍵是標準件，主要類型有平鍵、半圓鍵、楔鍵和切向鍵。鍵及鍵連接的類型、特點和應(yīng)用（P182表15-6）。當前27頁，總共81頁。普通平鍵又分成A型（雙圓頭）見圖a、B型（方頭）見圖b、C型（單圓頭）見圖c三種。A型鍵：軸上的鍵槽用圓柱銑刀加工，輪轂上的鍵槽用插削、拉削或線切割等方法加工。鍵在鍵槽中固定良好，但是鍵的工作長度小于它的總長度，所以圓頭部分并未被充分利用；再有軸上鍵槽端部產(chǎn)生應(yīng)力集中。B型鍵：軸上的鍵槽用圓盤銑刀加工，避免了A型鍵的缺點。必要時用螺釘緊固。C型鍵：常用于軸端與輪轂配合鍵連接，裝配時簡單方便。（a）A型鍵(b)B型鍵(c)C型鍵當前28頁，總共81頁。圖2滑鍵圖1導(dǎo)向平鍵圖3半圓鍵連接當前29頁，總共81頁?；ㄦI連接花鍵連接是由多個鍵齒與鍵槽在軸和輪轂孔的周向均布而成?；ㄦI齒側(cè)面為工作面，適用于動連接和靜連接。（a）外花鍵（b）內(nèi)花鍵

當前30頁，總共81頁。2、花鍵類型按齒形不同分為矩形花鍵、漸開線花鍵、三角花鍵（a）矩形花鍵（b）漸開線花鍵

當前31頁，總共81頁。國標規(guī)定，矩形花鍵采用小徑定心方式，即外花鍵和內(nèi)花鍵的小徑作為配合表面。其特點是定心精度高，定心的穩(wěn)定性好，可以利用磨削的方法消除熱處理產(chǎn)生的變形。（a）矩形花鍵作業(yè)：P187#6、7當前32頁，總共81頁。第十六章軸承當前33頁，總共81頁。

軸承是重要的支承零件，根據(jù)摩擦方式的不同，軸承可分為滾動軸承和滑動軸承兩大類。

滾動軸承是各類機械中普遍使用的重要支承零件，它是由專業(yè)廠大批量生產(chǎn)的一種標準件。由于滾動軸承的類型、尺寸及精度等級已有國家標準，滾動軸承在一般機器中廣泛應(yīng)用。

滑動軸承可用于高速、重載、高精度或較大沖擊載荷的機器，在需要剖分式結(jié)構(gòu)的場合，必須采用滑動軸承。當前34頁，總共81頁。第一節(jié)滑動軸承

滑動軸承的應(yīng)用場合

一、滑動軸承的類型推力滑動軸承向心滑動軸承非液體摩擦滑動軸承液體摩擦滑動軸承動壓靜壓根據(jù)摩擦狀態(tài)根據(jù)承載方向類型1.高轉(zhuǎn)速，4.剖分處，

2.重載荷，5.徑向尺寸小。

3.高精度，當前35頁，總共81頁。當前36頁，總共81頁。當前37頁，總共81頁。

摩擦狀態(tài)是指兩相對運動表面因潤滑膜存在的狀態(tài)不同而有的不同潤滑狀態(tài)。

滑動軸承的摩擦狀態(tài)1.干摩擦兩摩擦表面間不加任何潤滑劑而直接接觸的摩擦稱為干摩擦。干摩擦的摩擦功損耗大，磨損嚴重，溫升很高，會導(dǎo)致軸瓦燒毀。所以，在滑動軸承中不允許出現(xiàn)干摩擦。當前38頁，總共81頁。2.邊界摩擦兩摩擦表面間有潤滑油存在，由于潤滑油對金屬表面的吸附作用，在金屬表面上形成一層極薄的油膜（厚度＜1μm，即邊界油膜。由于邊界油膜的厚度很小，不能將兩金屬表面完全分隔開，所以相互運動時，金屬表面的微觀峰頂仍將相互搓削，摩擦、磨損現(xiàn)象仍然存在。邊界摩擦狀態(tài)雖不能完全消除但能有效地減輕磨損，這種摩擦狀態(tài)的摩擦因數(shù)f＝0.08～0.1。當前39頁，總共81頁。3.液體摩擦若兩摩擦表面間有充足的潤滑油，在一定的條件下，兩摩擦表面間能形成足夠厚的潤滑油膜，將兩金屬表面完全隔開。由于兩金屬表面不直接接觸，只存在液體內(nèi)部的摩擦，所以摩擦因數(shù)很小f＝0.001～0.01，這是一種理想的摩擦狀態(tài)。

4.混合摩擦若摩擦表面間的摩擦狀態(tài)介于邊界摩擦和液體摩擦之間時，稱為混合摩擦，或稱為非液體摩擦。當前40頁，總共81頁。

干摩擦狀態(tài)摩擦阻力大并有劇烈磨損，在滑動軸承中是不允許出現(xiàn)的。

邊界摩擦狀態(tài)摩擦阻力顯著降低并能有效地減輕磨損，是一般滑動軸承應(yīng)保持的最低摩擦狀態(tài)。

液體摩擦狀態(tài)摩擦阻力低、無磨損、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，是最好的潤滑狀態(tài)，但液體摩擦滑動軸承需要一定運轉(zhuǎn)條件，加工精度也較高。

混合摩擦狀態(tài)是在一般機器中大都存在的一種摩擦狀態(tài)。這種摩擦狀態(tài)能有效地降低摩擦，減輕磨損，所以，設(shè)計非液體摩擦軸承時，必須維持這種摩擦狀態(tài)。當前41頁，總共81頁。

二、滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式

徑向滑動軸承一般由殼體、軸承（軸瓦）和潤滑裝置組成?？煞譃檎w式和剖分式兩種結(jié)構(gòu)。

1.徑向滑動軸承

整體式徑向滑動軸承軸承座整體軸瓦油杯螺紋孔油溝油孔當前42頁，總共81頁。

剖分式徑向滑動軸承

特點：

1）結(jié)構(gòu)簡單、成本低

2）軸瓦磨損后，間隙無法調(diào)整

3）裝拆不便（只能從軸端裝拆）適于低速、輕載或間隙工作的機器。

特點：

1）安裝方便

2）間隙可調(diào)當前43頁，總共81頁。調(diào)心式滑動軸承當前44頁，總共81頁。調(diào)隙式徑向滑動軸承當前45頁，總共81頁。2.推力滑動軸承Fa實心型Fa空心型Fa單環(huán)型Fa多環(huán)型

普通推力滑動軸承由軸承座和軸頸組成。軸頸結(jié)構(gòu)形式有實心式、空心式、單環(huán)式和多環(huán)式等幾種，因而推力軸承的工作表面可以是軸的端面或軸的環(huán)形平面。

當前46頁，總共81頁。

三、軸瓦結(jié)構(gòu)

滑動軸承與軸頸表面直接接觸的部分是軸瓦。常用的軸瓦有整體式和剖分式兩種結(jié)構(gòu)。

整體式軸瓦分為光滑的和帶縱向油溝的兩種。

剖分式軸瓦由上、下軸瓦組合而成。其兩端的凸肩用以限制軸瓦的軸向竄動。為了調(diào)整軸承間隙，可在上、下瓦剖分面處去掉0.3～0.5mm，加上墊片。為了防止軸瓦隨軸轉(zhuǎn)動，可用定位銷釘或緊定螺釘將其固定在軸承座上。剖分式軸瓦用于對開式滑動軸承。

當前47頁，總共81頁。2.油孔和油溝的位置

油孔是潤滑油進入軸瓦摩擦表面的孔道。

油溝是加工在軸瓦工作表面上以使?jié)櫥土鞯奖砻娓鞑课坏臏喜邸?/p>

油孔和油溝的位置是否正確直接影響潤滑效果。

油孔和油溝的開設(shè)原則：

1.潤滑油應(yīng)從油膜壓力最小處輸入軸承。

2.油溝開在非承載區(qū)，否則會降低油膜的承載能力。

3.油溝軸向不能開通，以免油從油溝端部大量流失。

4.水平安裝的軸承油溝開半周，不要延伸到承載區(qū)，全周油溝應(yīng)開在靠近軸承端部處。當前48頁，總共81頁。當前49頁，總共81頁。

為了使?jié)櫥湍軌蚝芎玫胤植嫉捷S瓦的整個工作表面，在軸瓦的非承載區(qū)要開設(shè)油溝和油孔。常見的油溝形式有軸向的、周向的和斜向的三種。為了使油在整個接觸表面上均勻分布，油溝沿軸向應(yīng)有足夠的長度，通常取為軸瓦寬度的80%左右，但不能開通，以免油從軸瓦端部漏掉，起不到應(yīng)有的潤滑作用。

當前50頁，總共81頁。

第二節(jié)滾動軸承

與滑動軸承相比，滾動軸承的主要優(yōu)點：啟動靈活、摩擦阻力小、效率高、軸向結(jié)構(gòu)緊湊、潤滑簡便及易于互換等。所以應(yīng)用廣泛。滾動軸承的缺點是：抗沖擊能力差，高速時有噪聲，工作壽命不及液體摩擦的滑動軸承。

一、滾動軸承的特點

二、滾動軸承的結(jié)構(gòu)（組成）

滾動軸承由內(nèi)圈1、外圈2、滾動體3和保持架4四個基本元件組成。通常，內(nèi)圈裝在軸頸上隨軸一起轉(zhuǎn)動，外圈裝在軸承座孔內(nèi)不轉(zhuǎn)。滾動體在內(nèi)、外圈的滾道中滾動。保持架將滾動體均勻隔開，以減小滾動體的摩擦和磨損。當前51頁，總共81頁。推力軸承

向心軸承

當前52頁，總共81頁。

內(nèi)圈1、外圈2（組成環(huán)形滾邊）。當前53頁，總共81頁。

滾動體：球、圓柱滾子（短、長）、螺旋滾子、圓錐滾子、鼓形滾子、滾針。

保持架：將滾動體均勻隔開，避免直接接觸，引起摩擦、磨損。當前54頁，總共81頁。

三、滾動軸承的材料

四、滾動軸承的基本類型

滾動軸承的內(nèi)、外圈和滾動體均采用強度高、耐磨性好的含鉻軸承鋼制造，如GCr9、GCr15、GCr15SiMn等（G表示專用的滾動軸承鋼），經(jīng)淬火后表面硬度可達60～65HRC。保持架多用低碳鋼沖壓制成，也可以采用銅合金、鋁材或塑料等制造。

按國家標準，滾動軸承有十三種類型，每種類型的軸承都各自具有不同的結(jié)構(gòu)和性能，適用于不同負荷、轉(zhuǎn)速或其他工作要求。常用的滾動軸承有0、1、2、3、5、6、7、N等八類，它們的結(jié)構(gòu)特點和性能應(yīng)很好地掌握，以便能正確選用。同時還要了解它們的結(jié)構(gòu)圖及簡圖的畫法，以便能正確表達。

當前55頁，總共81頁。

（一）按承受載荷的方向分：向心軸承、推力軸承、向心推力軸承。

（二）按滾動體的形狀分：球軸承、滾子軸承。

（三）接觸角、游隙及調(diào)心性質(zhì)

1.接觸角：滾動體與外圈接觸點處的法線與徑向平面的夾角。越大，承受軸向載荷的能力越大。當前56頁，總共81頁。

（1）向心軸承向心軸承是主要用于承受徑向負荷的滾動軸承，其公稱接觸角為00～450。向心軸承按公稱接觸角的不同又可分為

徑向接觸軸承：公稱接觸角為00的向心軸承。

向心角接觸軸承：公稱接觸角為00<α≤450的向心軸承。（2）推力軸承推力軸承是主要用于承受軸向負荷的滾動軸承，其公稱接觸角為450～900

。推力軸承按公稱接觸角的不同，又可分為

軸向接觸軸承：公稱接觸角為900的推力軸承。

推力角接觸軸承：公稱接觸角為450<α<900的推力軸承。

當前57頁，總共81頁。

向心球軸承：未承受載荷時=0；受軸向載荷時增至向心滾子軸承：=0o向心推力軸承：較大向心推力球軸承：12o、26o、36o圓錐滾子軸承：=11o～16o、=25o～29o2.游隙：兩套圈間相對最大移動量：分為徑向游隙、軸向游隙。

標準中規(guī)定：基本游隙組及輔助游隙組。應(yīng)優(yōu)先選用基本游隙組的軸承。

向心推力軸承的游隙依靠安裝時調(diào)整套圈間的相對位置確定。當前58頁，總共81頁。當前59頁，總共81頁。3.調(diào)心性能：軸承適應(yīng)角偏斜，保持正常工作的性能。

調(diào)心性能好的軸承為：

調(diào)心軸承、自位軸承。當前60頁，總共81頁。

五、滾動軸承的代號

為使用時選擇方便，采用“軸承代號”來表示軸承的類型、特點及結(jié)構(gòu)尺寸、精度等級等。前置代號基本代號后置代號

例：6204、N2310、1322、7015C、30334、51224、7211AC/P53。1.前置代號：表示成套軸承的分部件，用字母表示，標準規(guī)定有L、K、R、NU、WS、GS

。例如，L表示可分離軸承的可分離內(nèi)圈或外圈；K表示滾子和保持架組件；WS表示推力圓柱滾子軸承軸圈。當前61頁，總共81頁。2.基本代號：內(nèi)徑代號：右起1、2位。直徑系列代號：右起3位。0或1234

特輕輕中重基本代號類型代號尺寸系列代號內(nèi)徑代號數(shù)字或字母×（或××）數(shù)字×寬度或高度系列代號×直徑系列代號數(shù)字當前62頁，總共81頁。

寬度系列代號：右起第4位，分特窄、窄、正常、寬、特寬。其代號分別為1、2、0、3、4。

正常寬度（0）不標，但對于調(diào)心滾子軸承和圓錐滾子軸承，寬度系列代號0應(yīng)標出。直徑系列的對比當前63頁，總共81頁。

1-調(diào)心球軸承

主要受徑向力和不大的軸向力，能調(diào)心，速度較高，不耐沖擊。FrFa

類型代號：右起第5位（或字母）

2-調(diào)心滾子軸承主要受徑向力和不大的軸向力，能調(diào)心，速度較低，耐沖擊。FrFa當前64頁，總共81頁。3-圓錐滾子軸承（成對使用）。能承受較大徑向力和單方向軸向力，速度較低，耐沖擊。FaFr

5-推力球軸承

不能承受徑向力僅能承受單方向軸向載荷，低速，不耐沖擊。Fa當前65頁，總共81頁。

6-深溝球軸承

可承受較大的徑向力和兩個方向不大的軸向力，速度較高，不耐沖擊。FaFr

7-角接觸球軸承（成對使用）。主要承受徑向力和單方向軸向力，速度較高，不耐沖擊。FrFa當前66頁，總共81頁。

N-圓柱滾子軸承

承受較大的徑向力，速度低，耐沖擊。

Fr3.后置代號：用字母和數(shù)字等表示軸的結(jié)構(gòu)、公差及材料的特殊要求等（無特殊要求不標）。

（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號

C、AC、B：角接觸球軸承的接觸角α=15O、25O、40O。

（2）密封、防塵與外部形狀變化代號當前67頁，總共81頁。

例7211AC/P53：7-角接觸球軸承，正常寬度，2-直徑系列為輕系列，11-內(nèi)徑為55mm，AC-公稱接觸角為20O

，P53-公差等級為5級，徑向游隙為3組。

7211C/P5：表示內(nèi)徑為55mm，輕系列角接觸球軸承，正常寬度，接觸角=15o，5級公差，0組游隙。

（3）軸承的公差等級分為2級、4級、5級、6級、6x級和0級，共6個組別，依次由高級到低級，其代號分別為/P2、/P4、/P5、/P6、/P6x和/P0。公差等級中，6x級僅適用于圓錐滾子軸承；0級為普通級，在軸承代號中不標出。（4）軸承的游隙代號游隙分為1組、2組、3組、4組、5組和0組（在軸承代號中不表示），其代號分別為/C1、/C2、/C3、/C4、/C5。

當公差等級代號與游隙代號同時表示時，可進行簡化，取公差等級代號加上游隙組號組合表示。（5）保持架代號包括保持架材料代號、保持架結(jié)構(gòu)型式及表面處理。當前68頁，總共81頁。

六、滾動軸承類型的選擇

工作載荷、轉(zhuǎn)速、支承剛性、安裝精度1.n高，載荷小，旋轉(zhuǎn)精度高→球軸承。n低，載荷大，或沖擊載荷→滾子軸承。

2.主要受Fr→向心軸承。