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1、第9章 轴系零件轴是机械中的重要零件，其功用是支承转动零件及传递运动和动力；而将轴和轴上零件进行周向固定并传递转矩的零件是键；轴承是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度和减少轴与支承间的摩擦和磨损；联轴器和离合器是联接不同机构中的两根轴，使它们一起回转并传递转矩。 9.1 键联接和销联接 9.2 轴 9.3 轴承 9.4 联轴器、离合器和制动器 9.5 键、销及其联接的应用 9.6 机械零部件的认识 9.1.1 键联接的类型及其特点 键主要用于轴和轴上的旋转零件或摆动零件之间的周向固定，并传递转矩；有时可作导向零件。因键的结构简单，工作可靠，装拆方便，因此应用较广。键是标准件，根据键在联接时的松
2、紧状态不同，可分为松键联接和紧键联接两类。1松键联接常用的松键联接有：平键、半圆键、花键联接。松键联接以键的两侧面为工作面，故键宽与键槽需紧密配合，而键的顶面与轴上零件之间有一定的间隙。因此松键联接时轴与轴上零件联接时的对中性好，特别在高速精密传动中应用更多。但松键联接不能承受轴向力，所以轴上零件需要轴向固定时，则需应用其他固定方法。(1)平键联接 平键分为普通平键、导向平键和滑键三种。普通平键 如图所示，这种键应用最广。根据端部结构不同，分为圆头(A型)、方头(B型)和单圆头(C型)三种。A型平键用于端铣刀加工的轴槽，常用于轴的中部。B型平键用于盘铣刀加工的轴槽，常用于轴端或轴的中部。C型平
3、键一般用于轴端的联接。普通平键联接9.1.1 键联接的类型及其特点 导向平键和滑键 当轴上零件在工作过程中需作轴向移动时，则需采用由导向平键或滑键组成的动联接。导向平键（图1a）用螺钉固定在轴上的键槽中，工作时键对轴上滑动零件起导向作用，其端部有圆头（A型）和平头（B型）两种。当零件滑移距离较大时，宜采用滑键（图1b），滑键是将键固定在轮毂上，并与轮毂一起在轴上的键槽中滑动。 (2)半圆键联接 如图2所示，半圆键呈半圆形，轴槽也是相应的半圆形，轮毂槽开通。半圆键能绕槽底圆弧摆动，这样能自动适应轮毂的装配。半圆键工作时靠其侧面来传递转矩。这种键联接的优点是工艺性较好，装配方便；缺点是轴上键槽较深
4、，对轴的强度削弱较大，主要用于轻载或辅助性联接中，尤其适用于锥形轴与轮毂的联接。半圆键的标准为GB109879、GB109979。图2 半圆键联接9.1.1 键联接的类型及其特点 (3)花键联接 如图1，花键联接是由带键齿的花键轴和带键齿的轮毂所组成。应用特点是：工作时依靠键齿的侧面来传递转矩，由于联接的键齿较多，因此能传递较大的载荷，且轴上零件与轴的对中性和沿轴向移动的导向性都较好。同时由于键槽较浅，故对轴的削弱较小。但其加工复杂、成本较高、多用于载荷较大和定心精度要求较高的场合或轮毂经常作轴向滑移的场合。 花键联接已经标准化。按其齿形不同，分为矩形花键、渐开线花键和三角形花键三种(图2)，
5、其中以矩形花键应用最广。 矩形花键 它的齿侧面为两平行平面，如图2a所示。 渐开线花键 它的齿形为压力角a=30（或45）的渐开线，如图2b所示。 三角形花键联接 内花键齿形为直线齿形，外花键齿形为压力角45的渐开线，如图2c所示。图1 外花键(花键轴)与内花键(花键孔)图2 花键联接9.1.1 键联接的类型及其特点 2.紧键联接紧键可分为楔键联接和切向键联接。楔键联接 能在轴上作轴向固定零件，可承受不大的单向轴向力，键的上下面为工作面，上表面制成1：100的斜度。楔键分为普通楔键及钩头楔键，如图1所示。普通楔键又有圆头（A型）及方头（B型）两种形式。楔键联接多用于承受单向轴向力，对精度要求不
6、高的低速机械上。 切向键联接 由两个单边楔键组成一个切向键，其上下面（窄面）为工作面。装配时，两个键分别从轮毂两端楔入。工作时靠工作面的挤压传递转矩。一个切向键只能传递单向转矩；传递双向转矩时，必须用两个切向键，两键应错开120135，如图2c所示。切向键联接用于载荷较大，对同心精度要求不高的重型机械上。 图1 楔键联接图2 切向键联接9.1.2 平键标准和选用 1平键的标准平键是标准零件，可以按照国标来选用，普通平键的类型、尺寸与配合公差可查表9.1 。平键的主要尺寸为键宽b、键高h和长度L。普通平键的标记可用这三个主要尺寸来表示。 2平键联接形式和选用根据平键与轴槽、轮毂槽宽度尺寸的公差配
7、合有三种联接形式，即较松键联接、一般键联接和较紧键联接。较松键联接主要应用在导向平键上；一般键联接应用于常用的机械装置；较紧键联接用于传递重载荷、冲击性载荷及双向传递转矩。平键联接采用基轴制，并对键的宽度b仅规定了h9一种公差，松紧不同是依靠改变轴槽和轮毂槽的公差带的位置来获得。 平键的选用先根据联接的结构特点和工作要求选择键的类型，再根据轴的直径d由标准中选定键的截面尺寸。键的长度一般可按轮毂的长度而定，即键长要略短于(或等于)轮毂的长度，所选定的键长还要符合标准系列。轮毂的长度一般可取(1.52)d，d为轴的直径。 3平键选用举例【例例9.29.2】选用如图9.8所示的减速器输出轴与齿轮的
8、平键联接。已知轴在轮毂处的直径d=100mm，齿轮和轴的材料为45钢，轮毂的长度B=150mm，试选用平键。 解：解：选用平键尺寸按轴的直径d=100mm和轮毂的长度B=150mm，查表9.1，选用bhL=2816140的A型普通平键。 平键尺寸的公差为：键宽 b=28h9 键高 h=16h11 键长 L=140h14标记为：键28140GB109679。减速器输出轴9.1.3 销联接的形式和应用 1销的几种基本形式销主要有圆柱形和圆锥形两种销，其他形式是由此演化而来的。普通圆柱销分A、B、C、D四种型号，适用于不常拆卸的零件定位；普通圆锥销分A、B两种型号，A型精度高，圆锥销适用于经常拆卸的
9、零件定位。在生产中常用销的类型、特点和应用见表9.2。 表9.2 常用销的类型、特点和应用 类 型图 形标 准特点和应用圆柱销普通圆柱销GB11986销孔需铰制，多次装拆后会降低定位精度和联接的紧固。只能传递不大的载荷。内螺纹圆柱销多用于盲孔，弹性圆柱销用于冲击、振动的场合内螺纹圆柱销GB12086弹性圆柱销GB87986圆锥销普通圆锥销GB11786 便于安装。定位精度比圆柱销高。在联接件受横向力时能自锁。销孔需铰制。螺纹供拆卸用内螺纹圆锥销GB11886螺尾圆锥销GB88186开 口 销GB9186工作可靠，拆卸方便，用于锁定其他紧固件9.1.3 销联接的形式和应用 2销联接的功用及示例销
10、联接的主要功用是：定位、传递运动和动力，以及作为安全装置中的过载剪断零件。(1)作定位零件 固定零件间的相互位置。起这种作用的圆柱销或圆锥销，通常称为定位销。图1所示为应用圆锥销实现定位的示例，因为圆锥销具有l：50的锥度，具有可靠的自锁性，可以在同一销孔中经多次装拆而不影响被联接零件的相互位置精度。定位销一般不承受载荷或只承受很小的载荷，直径可按结构要求来确定。使用的数目不得少于两个。销在每一联接件内的长度约为销直径的12倍。 定位销也可用圆柱销，圆柱销是靠过盈配合而固定在孔中的(常用m6、h8、hll和u8四种，以满足不同的要求)，所以如经过多次装拆，就会降低联接可靠性和定位精度。对于盲孔
11、的联接或者为了装拆方便，则可以使用内螺纹圆锥销(或内螺纹圆柱销)，如图1b所示。 (2)传递横向力和转矩 使用圆柱销或圆锥销可传递不大的横向力或转矩，如图2所示。圆柱孔需铰制，依靠过盈配合而联接紧固。 (3)作安全装置中的被切断零件 如图2所示在传递横向力或转矩过载时，销就会被剪断，从而保护了联接件，这种销称为安全销。安全销可用于传动装置的过载保护，如安全联轴器等过载时的被剪断零件。图1 用定位销定位图2 用圆柱销传递横向力和转矩 9.2.1 轴的分类和应用特点 1.轴的类型（1）根据轴的功用和承载情况分类 心轴 承受弯矩，不传递转矩的轴。如自行车前轮轴(图1)。心轴有固定心轴和转动心轴。 传
12、动轴 以传递转矩为主，不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴。如汽车变速箱与后桥之间的传动轴(图2)。 转轴 既传递转矩，又承受弯矩的轴。如齿轮减速器的输出轴（图3）。 （2）根据轴心线形状分类 直轴 用于一般机械中。按外形又可分为光轴和阶梯轴(图5)。 曲轴 往复式机械中的专用零件。可将旋转运动转换为往复直线运动或作相反的运动转换(图6)。 挠性轴 也叫软轴。可将回转运动和动力灵活地传送到不同的位置 (如图4)。 图1 自行车前轮轴 图2 汽车变速箱与后桥之间的传动轴 图3 齿轮减速器的输出轴 图4 挠性轴图5 光轴和阶梯轴图6 曲轴9.2.2 轴的材料 轴的材料应具有足够的强度，对应力集中敏感性低
13、；还要满足刚度、耐磨性、耐腐蚀性及必要的韧性和良好的工艺性。一般用碳素钢和合金钢，其次采用球墨铸铁和高强度铸铁。合金钢比碳素钢强度高，但应力集中较敏感，价格较高。故多采用碳素钢。9.2.3 轴径的估算轴的直径均需符合标准系列，如表9.4所示。支承转动零件的部位称为轴头，如图1所示，轴承支承的部位称为轴颈。轴径的尺寸还必须符合轴承内孔的直径标准。轴径的确定除按强度计算外，还可用经验公式来估算。在一般减速器中，高速输入轴的轴径，可按与其相连的电动机轴的直径来估算，经验公式为d=(0.81.2) d0。各级低速轴的轴径可按同级齿轮的中心距来估算，经验公式为d=(0.30.4)a，经估算后的轴径再圆整
14、到标准值即可。表9.4 标准直径 10 10.5 11 11.5 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 22 24 25 26 28 30 32 34 35 38 40 4245 48 50 52 55 58 60 65 70 75 80 85 9095 100 105 110 115 120 130图1 轴的结构9.2.4 常用轴的结构 机械中常用的轴大多为直轴，最简单是光轴，但在实际使用中，轴上总需安装零件，所以轴常做成阶梯形，即轴被加工成几段，相邻段的直径不同，中间轴段的直径比两端轴段的直径大。在考虑轴的结构时，应满足三方面的要求，即：(1) 轴的受力合理，以利于提高
15、轴的强度和刚度；（2）安装在轴上的零件，要能牢固而可靠的相对固定(轴向、周向固定)；(3)轴上结构应便于加工、便于装拆和调整，并尽量减少应力集中.1轴向固定目的是保证零件在轴上有确定的轴向位置，防止零件作轴向移动，并能承受轴向力。常见的轴向固定形式有：轴肩、轴环、弹性挡圈、螺母、套筒、轴端挡圈、圆锥面和紧定螺钉等可起到轴向固定，见表9.5。2周向定位和固定作用和目的是为了保证零件传递转矩和防止零件与轴产生相对转动。实际使用时，常采用键、花键、销、紧定螺钉、过盈配合、非圆轴等结构均可起到周向定位和固定的作用，见表9.6。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
16、面考虑：(1)形状应简单，以便于加工，轴的台阶尽量少，台阶越多，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。9.3 轴承轴承是支承机器转动或摆动零、部件的零件。其功用是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度和减少轴与支承间的摩擦和磨损。轴承按照工作时摩擦性质不同，可分为滑动轴承和滚动轴承(图19和图20)。滑动轴承适用于高速、高精度、重载和有较大冲击的场合，也应用于不重要的低速机器中。滚动轴承具有摩擦阻力小，易起动，适用范围广，轴向尺寸小，润滑和维修方便，应用广泛。 按照轴承受力方向的不同，轴承可分为三种形式：承受径向力的向心轴承(图9.19a、图9.20a)；承受轴向力的推力轴承(图9.19b、图9.20b)；同时承受径向力和轴向力的向心推力滑
