工业设计机械基础第九章新

1、第第9 9章章 轴、轴承、联轴器轴、轴承、联轴器轴系零件轴系零件轴系零件轴系零件轴的用途轴的用途 功用：功用： 支承回转零件 传递运动和动力 轴的分类轴的分类 按承载情况分：按承载情况分： 转轴扭矩和弯矩 心轴只受弯矩 传动轴只承受扭矩 按轴线形状分：按轴线形状分： 直轴 光轴 阶梯轴 曲轴 钢丝软轴轴的分类轴的分类 曲轴曲轴轴的分类轴的分类 钢丝软轴钢丝软轴 由多组钢丝分层卷绕而成，具有良好挠性，可将回转运动灵活地传到不开敞的空间位置。 轴的分类轴的分类轴的设计轴的设计 设计要求（教材设计要求（教材p187p187） 足够的承载能力 合理的结构 设计步骤设计步骤 按工作要求选择材料 估算轴的

2、直径 轴的结构设计 强度校核 刚度、稳定性检验轴的设计内容轴的设计内容 轴的设计包括结构设计和工作能力验算两方面的内容。 根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。 轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。轴的设计内容轴的设计内容轴的设计流程轴的设计流程轴的材料及其选择轴的材料及其选择 碳素钢常用45#，正火调质 合金钢对应力集中较敏感 采用合金钢并不能提高轴的刚度。 轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度 球墨铸铁 轴的常用材料及其主要力学特性轴设计的主要内容轴设计的主要内容 结构设计结构设计 轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位

3、置 轴上零件装拆、调整方便 轴应具有良好的制造工艺性等 尽量避免应力集中 轴上零件的装配要求轴上零件的装配要求 轴的结构简单合理 装配简单、方便合理轴结构设计的步骤轴结构设计的步骤1、拟定轴上零件的装配方案。就是预定出主要零、拟定轴上零件的装配方案。就是预定出主要零件的装配方向、顺序和相互关系。件的装配方向、顺序和相互关系。2、初步确定轴的最小直径和各段长度。、初步确定轴的最小直径和各段长度。3、轴上零件的轴向定位和固定。、轴上零件的轴向定位和固定。4、轴上零件的周向固定。、轴上零件的周向固定。5、轴的结构工艺性。考虑加工、装配等工艺要求。、轴的结构工艺性。考虑加工、装配等工艺要求。轴的组成轴

4、的组成 轴的组成轴的组成 轴颈 轴头 轴身 轴肩 轴环轴与零件的固定轴与零件的固定 轴上零件的定位轴上零件的定位 轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈和圆螺母等来保证的。 轴上零件的周向定位是通过键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合来实现的。轴与零件的固定轴与零件的固定 轴向固定的目的：轴向固定的目的： 防止轴在轴向载荷作用下产生轴向位移 常用的固定方法：常用的固定方法： 轴肩、轴环和套筒 轴环和轴肩的高度问题 轴头的长度问题 轴端挡圈和圆螺母 分析图9-6和 9-7，为什么螺纹大径要比套装齿轮的轴径小？ 圆锥销、弹性挡圈和紧定螺钉 特点：只能承受较小的轴向力轴向固定方法轴向固定方法轴向固

5、定方法轴向固定方法轴向固定方法轴向固定方法轴向固定方法轴向固定方法周向固定周向固定 轴上零件除了需要轴向定位和固定，还必须有可轴上零件除了需要轴向定位和固定，还必须有可靠的周向固定。靠的周向固定。以传递动力为目的时，可以使用键联接。以传递动力为目的时，可以使用键联接。以传递精确运动为目的时，可以使用圆锥面或者以传递精确运动为目的时，可以使用圆锥面或者过盈配合。过盈配合。 使用轴肩和轴环定位使用轴肩和轴环定位轴上零件的定位轴上零件的定位 使用轴肩和轴环定位使用轴肩和轴环定位轴上零件的定位轴上零件的定位要求r轴R毂或r轴C毂 使用套筒和圆螺母使用套筒和圆螺母 当用轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈

6、进行零件的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，要求L轴头L毂使用套筒和圆螺母使用套筒和圆螺母使用套筒和圆螺母使用套筒和圆螺母错误 正确轴上零件的定位轴上零件的定位 合理布置轴上零件的位置 便于装拆轴的工艺性轴的工艺性 装配工艺性装配工艺性 阶梯轴中间轴径大，保证零件顺利安装 轴端面导角 加工工艺性加工工艺性 砂轮越程槽 螺尾退刀槽等 键槽尽量在同一母线上 中心孔定位 轴的直径选择的原则p187 轴的加工处理方法： 降低应力集中的方法； 提高轴表面质量的方法； 空心轴的应用轴的工艺性轴的工艺性轴径的计算轴径的计算 传动轴轴径的计算传动轴轴径的计算( (教材教材p188p188） 心轴轴径的计算心轴轴

7、径的计算 转轴轴径的计算转轴轴径的计算 基本内容：基本内容： 轴的分类 轴的组成 轴的设计要求和步骤 轴向定位方法 周向定位方法 轴径的设计小小 结结 难点：难点： 轴向定位方法 周向定位方法 轴径的设计轴轴 承承轴承的分类轴承的分类 轴承能够减少轴与支撑零件之间的的摩擦和磨损，保持轴的旋转精度。 分类：分类： 滚动轴承 滑动轴承滑动轴承的应用场合滑动轴承的应用场合1、工作转速特高的轴承。2、要求对轴的支承位置特别精确的轴承。3、特重型的轴承。4、承受巨大的冲击和振动载荷的轴承。5、根据装配要求必须做成剖分式的轴承（如曲轴的轴承）。6、在特殊的工作条件下（如在水中或腐蚀性的介质中）工作的轴承。

8、7、在安装轴承的径向空间尺寸受到限制时，也常采用滑动轴承。滑动轴承的类型滑动轴承的类型 根据承受载荷方向分为：根据承受载荷方向分为： 向心滑动轴承 推力滑动轴承 组合滑动轴承滑动轴承的类型滑动轴承的类型 向心滑动轴承：向心滑动轴承：只能承受径向载荷，轴承上只能承受径向载荷，轴承上的反作用力与轴的中心线垂直。的反作用力与轴的中心线垂直。滑动轴承的类型滑动轴承的类型 推力滑动轴承：推力滑动轴承：只能承受轴向载荷，轴承只能承受轴向载荷，轴承上的反作用力与轴的中心线方向一致。上的反作用力与轴的中心线方向一致。摩擦种类摩擦种类滑动轴承的结构滑动轴承的结构 向心滑动轴承的组成向心滑动轴承的组成 壳体 轴承

9、（轴瓦或轴套） 润滑装置向心滑动轴承的类型向心滑动轴承的类型 两种类型：两种类型： 整体式 剖分式 自动调心轴承自动调心轴承滑动轴承的工作原理滑动轴承的工作原理 滑动轴承的工作原理滑动轴承的工作原理 动压原理 静压原理 压力的分布 轴套和轴瓦的结构轴套和轴瓦的结构 组成形式： （教材p196） 单层材料结构 多层复合材料结构 轴承衬 瓦背 油孔、油沟和油室（教材196图6-39） 油孔、油沟的位置和形状注意事项轴承材料轴承材料 对轴承材料的要求对轴承材料的要求 足够的抗冲击强度、抗压强度、抗疲劳强度 良好的减摩性和耐磨性 良好的顺应性和嵌藏性 良好的磨合性 与润滑剂有良好的亲和能力 良好的导热

10、性能 良好的抗胶合能力 良好的抗腐蚀能力和加工性能等常用材料类型常用材料类型 常用材料常用材料 金属材料金属材料 轴承合金 巴氏合金 铜基轴承合金 黄铜 铝合金 灰铸铁 粉末冶金材料粉末冶金材料 非金属材料非金属材料非液体润滑轴承的设计非液体润滑轴承的设计 滑动轴承的失效形式滑动轴承的失效形式- 磨损、胶合，有时也会有疲劳损伤，刮伤等。 非液体摩擦的主要失效形式：非液体摩擦的主要失效形式： 磨粒磨损 黏着磨损磨粒磨损磨粒磨损 非金属外部颗粒磨损结果 （200：1）胶合胶合 当轴承温升过高，载荷过大，油膜破裂时，在润滑油供应不足条件下，轴颈和轴的相对运动表面材料发生粘附和迁移，从而造成轴承损坏。

11、胶合有时甚至可能导致相对运动中止。 疲劳剥落疲劳剥落 在载荷反复作用下，轴承表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂纹，当裂纹向轴承衬与衬背结合面扩展后，造成轴承衬材料的剥落。它与轴承衬和衬背因结合不良或结合力不足造成轴承衬的剥离有些相似，但疲劳剥落周边不规则，结合不良造成的剥离则周边比较光滑。 腐腐 蚀蚀 润滑剂在使用中不断氧化，所生成的酸性物质对轴承材料有腐蚀性，特别是对铸造铜铅合金中的铅，易受腐蚀而形成点状的脱落。氧对锡基巴氏合金的腐蚀，会使轴承表面形成一层由SnO2和SnO混合组成的黑色硬质覆盖层，它能擦伤轴颈表面，并使轴承间隙变小。此外，硫对含银或含铜的轴承材料的腐蚀，润滑油中水分对铜铅合金的

12、腐蚀，都应予以注意。 滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑 滑动轴承润滑的目的在于减轻工作表面的摩擦和磨损，提高效率和使用寿命。同时还起到冷却、吸振、防锈的作用。轴承能否正常工作，与润滑情况密切相关。滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑 润滑剂的种类- 润滑油、润滑脂、固体润滑剂、气体润滑剂和添加剂等几类滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑 选择润滑剂时可参考下面几个原则： (1)类型选择 (2)工作条件 (3)结构特点及环境条件滚动轴承滚动轴承各类滚动轴承各类滚动轴承本节主要学习内容本节主要学习内容 滚动轴承的类型和代号（认识轴承）； 滚动轴承的选用包括类型选择尺寸选择 滚动轴承的装置设计。滚动轴承的结构滚动轴承的

13、结构 四个基本零件组成四个基本零件组成 内圈、外圈、滚动体、保持架滚动体滚动体滚动体滚动体滚动轴承的特点滚动轴承的特点 摩擦阻力小 轴向尺寸小 径向间隙小 润滑简单，耗油量小 滚动轴承是标准件 缺点：径向尺寸大，承受冲击载荷能力不高，高速运转时噪音大，工作寿命不长。滚动轴承材料与加工工艺滚动轴承材料与加工工艺 内外圈和滚动体内外圈和滚动体 选用材料： 铬锰合金钢 加工处理 热处理、磨削、抛光 保持架材料保持架材料 选用材料：低碳钢、有色金属、塑料 加工处理方法：铆接、焊接滚动轴承的失效形式滚动轴承的失效形式 疲劳点蚀疲劳点蚀 塑性变形塑性变形 磨损磨损疲劳点蚀疲劳点蚀 内圈深度点蚀 内圈点蚀塑

14、性变形塑性变形 转速很低或作间歇摆动磨磨 损损 润滑不良、密封不严、多尘条件 类型和特点类型和特点 按公称接触角分：按公称接触角分： 向心轴承 径向接触轴承 向心角接触轴承 推力轴承 轴向接触轴承 推力角接触轴承 按滚动体的形状分：按滚动体的形状分： 球轴承 滚子轴承向心轴承向心轴承 = 0径向接触轴承 径向力 0 4 5向心角接触轴承 径向力（主）和轴向力 推力轴承推力轴承4 5 9 0 = 9 0轴向力 推力角接触轴承 径向力和轴向力 （主）轴向接触轴承 各类滚动轴承的特点各类滚动轴承的特点 各类滚动轴承的特点深沟球轴承圆柱滚子轴承推力球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承调心球轴承教材教材p19

15、9p199表表6-96-9 各种类型滚动轴承的演示（教材P199）滚动轴承的代号滚动轴承的代号 代号用于表征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等，由GB/T272-1993规定。 基本代号表示轴承的类型与尺寸等主要特征后置代号表示轴承的精度与材料的特征前置代号表示轴承的分部件。前置代号 基本代号 后置代号 轴承的分部件代号内部结构代号密封与防尘结构代号保持架及其材料代号特殊轴承材料代号公差等级代号游隙代号多轴承配置代号其它代号五四三二一类型代号尺寸系列代号内径代号宽度系列代号直径系列代号基本代号基本代号内径代号内径代号基本代号基本代号尺寸系列代号尺寸系列代号向心轴承与推力轴承常用的尺寸系列代号向

16、心轴承与推力轴承常用的尺寸系列代号基本代号基本代号- -类型代号类型代号类型代号 13567N深沟球轴承圆锥滚子轴承角接触球轴承调心球轴承圆柱滚子轴承推力球轴承基本代号右起五位，基本代号右起五位，用数字或字母表示。用数字或字母表示。后置代号后置代号前置代号前置代号滚动轴承代号示例滚动轴承代号示例6308：6深沟球轴承，3中系列，08 内径d=40mm， 公差等级为0级，游隙组为0组； N105/P5：7214AC/P4：7角接触球轴承，2轻系列，14内径d=70mm，公差等级为4级，游隙组为0组，公称接触角=25；30213： 3圆锥滚子轴承，2轻系列，13内径d=65mm，0正常宽度(0不可

17、省略)，公差等级为0级，游隙组为0组；6103：6深沟球轴承，1特轻系列，03内径d=17mm，公差等级为0级，游隙组为0组； N圆柱滚子轴承，1特轻系列，05内径d=25mm，公差等级为5级，游隙组为0组；滚动轴承的选择滚动轴承的选择 负荷条件 转速条件 调心能力 安装、调整性 经济性要求滚动轴承的选择滚动轴承的选择滚动轴承与滑动轴承对比滚动轴承与滑动轴承对比滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计轴承的配置轴承的配置 转轴一般采用双支承结构 每个支撑由1-2个轴承组成 支撑结构应满足的基本要求： 轴承与轴在机器上有确定的位置 防止工作中轴承与轴做过量的轴向窜动 轴在工作中的热胀冷缩不影响正常工

18、作轴承的配置轴承的配置 根据负荷的不同分为： 纯径向负荷的情况 受径向和轴向负荷的情况 正安装：两滚动轴承外圈窄端面相对 反安装：两滚动轴承外圈窄端面相背 一般机器都采用正安装，因为轴承间隙靠外圈调节，而且正安装的装拆、调整比较方便。支承的轴系结构支承的轴系结构 双支点单向固定支承 单支点双向固定支承 双支点游动支承双支点单向固定支承双支点单向固定支承单支点双向固定支承单支点双向固定支承双支点游动支承双支点游动支承 当两支点均设计为游动支承时，轴系部件的位置必需靠其它措施定位。 滚动轴承的固定滚动轴承的固定 周向固定 轴向固定滚动轴承的固定滚动轴承的固定支承的调整支承的调整 调整垫片：调整垫片

19、：增减轴承端盖与机座结合面之间的垫片厚度进行调整。 调节压盖：调节压盖：用螺钉调节可调压盖的轴向位置。 调整环：调整环：增减轴承端面和压盖间的调整环的厚度进行调整。滚动轴承的游隙滚动轴承的游隙 轴承的游隙轴承的游隙 径向游隙 轴向游隙滚动轴承的预紧滚动轴承的预紧 预紧是指在安装轴承时采取一定的措施，使滚动轴承内保持一个相当的轴向力，以消除轴承游隙，并使滚动体和内外套圈之间产生预变形。 预紧的主要方法预紧的主要方法 定位预紧 定压预紧滚动轴承的润滑滚动轴承的润滑 润滑可以降低滚动轴承内部的摩擦，减少磨损和发热量； 轴承的摩擦发热使轴承升温，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

20、寿命； 良好的润滑状态，可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； 轴承零件表面覆盖一层润滑剂，可以防止表面氧化生锈。滚动轴承的润滑滚动轴承的润滑 润滑剂分为润滑油和润滑脂两类： 润滑油：润滑效果优于润滑脂，润滑阻力小，功率消耗小； 润滑脂：密封简单，加脂一次可以运行较长时间，维护保养方便，具有很好的防尘、防水性能。 润滑注意事项（教材P203）滚动轴承的密封滚动轴承的密封接触式密封接触式密封非接触式密封非接触式密封阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承，防止润滑剂流失。阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承，防止润滑剂流失。轴承的装拆轴承的装拆 安装安装 压力法 温差法 拆

21、卸拆卸 压力机或专用拆卸器轴承的装拆轴承的装拆 滚动轴承装拆是指将滚动轴承装到轴上或外壳孔内，或从轴上和外壳孔内拆下。滚动轴承的装拆应确保不对轴承的套圈和滚动体造成损伤。因此，装拆轴承时，不能让装拆轴承的力传递到滚动体与套圈之间。 正确的装拆应使用专门的工具。轴承的装拆轴承的装拆从轴上拆轴承 联轴器联轴器 离合器离合器概概 述述 联轴器与离合器是机械传动联接件，用于传递轴的转动。有时作为安全保险装置使用。 联轴器与离合器的区别： 联轴器：联接的两根轴只能在非工作状态下可以拆卸、分离 离合器：联接的两根轴在工作状态下可以分离和联接概概 述述 联轴器联轴器 用来把两轴联接在一起，机器运转时两轴不能

22、分离；只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。 离合器离合器 在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的一种装置。它可用来操纵机器传动系统的断续，以便进行变速及换向等。 安全联轴器及安全离合器安全联轴器及安全离合器 机器工作时，如果转矩超过规定值，这种联轴器及离合器即可自行断开或打滑，以保证机器中的主要零件不至因过载而损坏。 特殊功用的联轴器及离合器特殊功用的联轴器及离合器 用于某些有特殊要求处，例如在一定的回转方向或达到一定的转速时，联轴器或离合器即可自动接合或分离等。 联轴器的类型联轴器的类型 刚性联轴器 挠性联轴器联轴器所联两轴的相对位移联轴器所联两轴的相对位移 刚性联轴器刚性联轴器

23、 刚性固定式包括：刚性固定式包括： 凸缘联轴器（圆盘式联轴器） 套筒式联轴器 刚性可移式联轴器刚性可移式联轴器: 滑块联轴器 齿式联轴器 万向联轴器 滚子联轴器凸缘联轴器凸缘联轴器套筒式联轴器套筒式联轴器套筒式联轴器的优点是结构简单紧凑，组成零件少。缺点是装拆不方便，装拆时需要做较大的轴向移动。这种连轴器适用于载荷不大，工作平稳，两轴能严格对中的场合滑块联轴器滑块联轴器 十字滑块联轴器由两个在端面上开有凹槽的半联轴器1、3，和一个两面带有凸牙的中间盘2所组成。凹凸牙可在凹槽中滑动，故可补偿安装及运转时两轴间的相对位移。132万向联轴器万向联轴器万向联轴器万向联轴器 安装时必须保证轴、 轴与中间轴之间的夹角相等，并且中间轴的两端的叉形接头应在同一平面内。齿式联轴器齿式联轴器 齿式联轴器由两个带有内齿及凸缘的外套筒3和两个带有外齿的内套筒1所组成。两个内套筒1分别用键与两轴联接，两个外套简3用螺栓5联成一体，依靠内外齿相啮合以传递转矩。由于外齿的齿顶制成椭球面，且保证与内齿啮合后具有适当的顶隙和侧隙，故在传动时，套筒1可有轴向和径向位移以及角位移。滚子联轴器滚子联轴器 滚子链联轴器。这种联轴器是利用一条公用的双排链条2同时与两个齿数相同的并列链轮啮合来实现两半