机械设计基础与项目实践 课件 周琦 模块7-12 轴的设计-减速器箱体及其附件的结构设计

工作任务任务1选择轴的材料任务2估算轴的最小直径任务3设计轴的结构任务4校核轴的强度学习目标熟悉轴的分类和材料掌握轴的最小直径估算方法掌握轴的结构设计、轴上零件的轴向和周向定位掌握轴的强度计算方法第七模块

轴的设计轴是机器中普遍使用的重要零件之一，也是机械传动机构中的核心零件。机器上所安装的旋转零件，例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须用轴来支承，并依靠轴传递运动和动力，才能正常工作。轴是一种非标准零件，它的结构和尺寸由轴承和被支承零件的结构和尺寸决定的。同时，轴上零件必须以一定的方式进行定位和固定，才能完成运动和动力的正常传递。图7-1轴冲床传动系统中的轴比较常见且具有一定的典型性，本模块通过对工程项目带式输送机减速器中的低速轴分析及设计，讲授轴的基本知识、轴的结构设计和强度计算的基本理论和方法以及轴上零件的轴向和周向定位方法。本模块中，我们要设计冲床传动系统中的轴。轴设计的原始条件为——各传动轴的传递功率、圆周速度等。轴的设计内容包括——选择轴的材料及热处理方法、按扭转强度估算轴的最小直径、设计轴的结构、按弯扭组合进行强度校核。在设计过程中除要满足传动的运动关系，几何关系外，还要考虑设计准则的要求，并保证轴的制造和安装，便于使用和维护，并提高传动性能。7.0预备知识7.0.1轴的功用7.0.2轴的分类7.0.1轴的功用轴的主要功用是支承旋转零件，传递运动和动力。根据所受的载荷不同，分为心轴、传动轴和转轴三种。7.0.2带传动的类型1、心轴

心轴只承受弯矩而不承受扭矩，主要用于支承旋转零件，按其是否转动，又分为转动心轴（图7-2a）和固定心轴（图7-2b）。(a)(b)图7-2心轴(a)火车车轮轴（转动心轴）(b)自行车前轴（固定心轴）2、传动轴

传动轴主要承受扭矩，不承受弯矩或承受很小的弯矩，主要用于传递扭矩，如图7-3所示汽车变速箱与后桥间的传动轴。图7-3汽车传动轴图7-4减速器中的低速轴（转轴）3、转轴

转轴既承受弯矩又承受扭矩，图7-4是减速器中的低速轴，它就属于转轴，转轴在各类机械中最为常见。本模块以转轴为例，介绍轴的设计过程。按轴线形状不同，轴可分为直轴、曲轴（图7-5）和挠性轴（图7-6）。曲轴常用于往复式机械中，挠性轴能把扭矩和回转运动灵活地传到任何位置，常用于振捣器等移动设备中。图7-5曲轴图7-6挠性轴1、3-连接头2-软轴直轴中，按外形不同又可分为光轴和阶梯轴，光轴主要用作传动轴（图7-3）。阶梯轴便于轴上零件定位和安装，在机器中应用最为广泛（图7-4）。直轴一般都制成实心的，当结构需要或为了减轻重量时，可制成空心轴，如机床主轴。7.1任务1——选择轴的材料

冲床传动系统中的齿轮传动，位于传动系统的低速级，齿轮传动轴是机械设备中最为主要和非常关键的零件之一，轴质量的好坏直接影响和决定着机器的精度和寿命。因此轴材料的合理选择是设计、生产和维修中的一个主要环节，同一个轴如果采用不同材料制造，则轴的尺寸、结构、加工方法、工艺要求都会有所不同。本任务就是根据轴的工作要求，完成轴材料的选择。具体内容包括：1）轴的分类；2）常用轴的材料及选择；7.1.1常用轴的材料及选择

轴的材料是决定轴的承载能力的重要因素，选择轴的材料应考虑工作条件对它提出的强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性方面的要求，还应考虑制造的工艺性能和经济性，以便提高轴的寿命和生产率，减少消耗，从而降低成本。

轴的材料主要有以下几种：1、碳素钢碳素钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性小，便于进行各种热处理及机械加工，价格低、供应充足，故应用最广。常用的有30、35、40、45和50等优质碳素钢，其中一般用途的轴最常用的是45钢。用优质碳素钢制造的轴，一般均进行正火或调质处理，以改善材料的力学性能；耐磨性要求高的轴段，可进行表面淬火及低温回火处理。对于不重要或受力较小的轴，也可用Q235A等普通碳素钢，一般不进行热处理。2、合金钢合金钢比碳钢强度高，热处理性能好，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对高速、重载及要求耐磨、耐高温等特殊条件的场合。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳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。另外，在一般工作温度下，合金钢和碳钢的弹性模量十分接近，因此在结构相同的情况下，用合金钢代替碳素钢并不能提高轴的刚度，此时应通过增大轴径等方式来解决。3、铸钢或球墨铸铁球墨铸铁和高强度铸铁具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，且对应力集中敏感性低等特点，常用于制造形状复杂的轴等。但质量不易控制，可靠性差。轴的毛坯可用轧制圆钢、锻件、铸件等，对要求不高的轴或较长的轴，毛坯直径小于150mm时，可用轧制圆钢；受力大，生产批量大的重要轴的毛坯应用锻造毛坯；生产批量大、外形复杂、尺寸较大的轴，可用铸造毛坯。轴的常用材料机械性能见表7-1。材料牌号热处理方法毛坯直径/mm硬度/HBW抗拉强度/MPa屈服强度/MPa许用弯曲应力/MPa备注不小于Q235-A热轧或锻后空冷≤100>100~250

400~420375~3902252151257040用于不重要的轴35正火≤100149~1875202701707545用于一般轴45正火≤100170~2176003002009555用于较重要的轴调质≤200217~2556503602151086040Cr调质≤100241~28675055024512070用于载荷较大，但冲击不太大的重要轴调质>100~30070050035SiMn调质≤100229~28680052027013075用于中、小型轴，可代替40Cr42SiMn调质40MnB调质≤200241~28675050024512070用于小型轴，可代替40Cr表7-1轴的常用材料及其主要力学性能7.1.2选择冲床传动系统中轴的材料设计步骤如下：设计项目计算及说明结果1、选择轴的材料Ⅰ轴：45＃钢

2、确定热处理方式正火处理，由表7-1查得。=55MPaⅡ轴、Ⅲ轴的选择与Ⅰ轴的一致，这里不再重复。传动系统中共三根轴，都为齿轮轴。7.2任务2——估算轴的最小直径

在传动系统中，各轴的转速及传递的功率已确定。这时，就能按扭转强度初步估算轴的直径，作为轴受扭部分的最小直径，一般是轴端直径。本任务就是根据各轴的材料、转速及传递的功率估算轴的最小直径。具体内容包括：1）按扭转强度估算轴的最小直径；2）C值的选择及计算结果的处理。式中：——轴的最小直径，计算结果应圆整常标准值，（mm）；[]——轴的材料的许用扭转切应力，（MPa）；P——轴传递的功率，（kW）；n——轴的转速，（r/min）；C——由轴的材料和承载情况确定的系数，见表7-2。

对于传动轴，因只受转矩，可只按转矩计算轴的直径；对于转轴，先用此法估算轴的最小直径，然后进行轴的结构设计，并用弯扭合成强度校核。实心圆轴的最小轴径估算公式为7.2.1按扭转强度估算轴的最小直径表7-2

轴常用几种材料的[]和C值

由式（7-1）计算出的直径为轴受扭段的最小直径，一般为输入或输出轴外伸端处直径。若该处有键槽时，应将轴径适当放大，当有一个键槽时，增大4%～5%，当有两个键槽时，增大7%～10%，然后圆整为标准直径。轴的材料Q235A354540Cr，35SiMn，2Cr13，20CrMnTi[]/（MPa）15～2520～3525～4535～55C149～126135～112126～103112～977.2.2

计算冲床传动系统中轴的最小直径Ⅰ轴：＝3.96kW，＝720r/minⅡ轴：＝3.76kW，＝189.47r/minⅢ轴:＝3.57kW，＝69.91r/min按扭转强度的计算公式就能估算各轴的最小轴径。设计步骤如下：设计项目计算及说明结果按扭转强度估算最小轴径1)

计算公式

2)有关参数和系数C：由查表7-2得C=126～103，取C=110

3)最小直径的估算=19.42=25mm

=29.78=40mm

=40.81=45mm

（mm）7.3任务3——设计轴的结构

在确定了各轴的最小直径后，要使轴上零件正确安装，确保工作性能，就要正确设计轴的结构。本任务中，根据轴上零件安装位置设计轴的结构。具体内容包括：1）轴的结构设计的基本要求；2）轴的结构设计中的几个问题。

轴的结构设计主要是确定轴的外形和尺寸。影响轴结构的因素很多，如轴上零件的布局及其在轴上的固定方法；轴上载荷的大小及其分布情况；轴承的类型、尺寸和布置情况；轴的加工和装配工艺性等。故轴的结构没有标准形式。轴的结构设计的基本要求：1）轴和轴上零件要有准确的工作位置；2）各零件要可靠地相互联接；3）轴应便于加工，轴上零件要易于装拆；4）尽量减小应力集中；5）轴各部分的直径和长度尺寸要合理。7.3.1轴结构设计的基本要求7.3.2轴结构设计中的几个问题1.拟定轴上零件的装配方案图7-7所示为阶梯轴的典型结构。轴主要由轴颈、轴头、轴身三部分组成，轴上安装轴承的轴段称为轴颈，如③⑦；安装旋转零件的轴段称为轴头，如①④；联接轴颈和轴头的非配合轴段称为轴身，如②⑤⑥。轴的结构形式取决于轴上零件的装配方案，因而在进行轴的结构设计时，必须先拟定几种不同的装配方案，以便进行比较与选择，如图7-7所示两种不同的装配方案。图7-7装配方案比较1-轴端挡圈2-带轮3-轴承端盖4-套筒5-齿轮6-滚动轴承

2.轴上零件的定位和固定1）轴上零件的轴向定位和固定轴向固定的目的是为了保证轴上零件有确定的轴向位置，防止零件沿轴向移动并传递轴向力。常用的轴向固定方法见表7-3。表7-3

轴上零件的轴向定位固定方法定位方法结构简图应用说明轴肩或轴环—轴肩高度，—轴上圆角半径R—轮毂上的圆角半径，C—孔倒角高度阶梯轴上截面变化处叫轴肩。其结构简单，轴向定位方便可靠，能承受较大的轴向载荷，应用较多。定位轴肩高度，取≈（0.07~0.1）（为配合处的轴径）。轴环宽度一般取=1.4。为了使零件端面与轴肩贴合，＜R或＜C，＞R或＞C。安装滚动轴承的定位轴肩的高度应查表，按安装尺寸来定。注：非定位轴肩高度，一般取≈1~2mm，也可根据需要调整。套筒固定可靠，承受轴向力大，多用于轴上相邻两个零件间距离较小的场合。套筒孔径略大，与轴无需配合，为了使轴上零件轴向固定可靠，应使安装轴上零件的轴段长度小于轮毂的宽度。圆螺母

固定可靠，可承受大的轴向力，主要用于固定轴端的零件。但轴上的螺纹段会削弱轴的强度。双圆螺母圆螺母与止动垫圈弹性挡圈结构简单紧凑，装拆方便，适用于轴向力小或不承受轴向力的场合，常用于滚动轴承的轴向固定。紧定螺钉结构简单，可兼作周向固定。用于作用力小的零件。锁紧挡圈结构简单，装拆方便，不能承受大的轴向力。轴端挡圈用于轴端零件的固定，可承受较大的轴向力。锥面常用于轴端零件，与轴端挡圈联用实现轴向固定，圆锥面联接适用于零件与轴的同轴度要求较高，或受冲击载荷的轴。装拆容易，但配合表面加工较困难。2）轴上零件的周向定位和固定周向固定的目的是为了限制轴上零件相对于轴转动和保证同心度，以可靠地传递运动和转矩。周向定位和固定的方式很多，常用的有键、花键、销、型面、弹性环、过盈配合等。3.轴的结构工艺性轴的结构形状和尺寸应便于加工和装拆，在满足使用要求的情况下，轴的结构应力求简单。轴的结构工艺性方面应满足以下要求：1）同一轴上有两个以上键槽时，键槽应开在同一母线上，且键槽尺寸也应尽量一致。2）同一轴上的圆角应尽可能取相同半径。3）当轴需切制螺纹或磨削时，应设退刀槽（见图7-8）或砂轮越程槽（见图7-9），且尽可能采用相同的标准值。图7-8螺纹退刀槽图7-9砂轮越程槽4）为便于轴上零件装拆，轴应设计成阶梯形。轴端应有45°倒角，如图7-4所示，5）对于采用过盈配合联接的轴段，压入端常加工出导向锥面，如图7-10所示，或在同一轴段的两个部位上采用不同的尺寸公差，如图7-11所示。图7-10轴的装配锥度图7-11采用不同的尺寸公差4.减少应力集中、提高轴的疲劳强度轴一般在变应力状态下工作，进行结构设计时，应尽量减少应力集中，以提高其疲劳强度。应满足以下要求：1）对阶梯轴相邻轴段直径不宜相差太大，在轴径变化处的过渡圆角半径不宜过小（见图7-12a）。当所装零件的倒角C（或倒圆R）很小，轴肩圆角半径r增大受限时，可采用间隔环（见图7-12b）或沉割槽（见图7-12c）将圆弧延伸到轴肩中去的办法来扩大过渡圆角半径，降低应力集中。图7-12减少轴上应力集中的结构(a)圆角半径(b)间隔环(c)沉割槽(a)(b)(c)

2）尽量避免在轴上特别是应力大的部位开横孔、切口或凹槽。3）轴上过盈配合处有较大的应力集中，采用如图7-13所示结构，可缓减轴毂挤压、协调轴毂刚度，达到减小应力集中，提高轴的疲劳强度的目的。图7-13减少轴毂配合处应力集中的结构(a)轴上开减载槽(b)增大配合处直径(c)毂端开减载槽(a)(b)(c)4）提高轴的表面质量，减低表面粗糙度，采用辗压、喷丸、渗碳淬火、氮化、高频淬火等表面强化方法，可以显著提高轴的疲劳强度。5）合理分布轴上零件，减轻轴所受载荷，减小轴向尺寸，以提高强度。5.轴各段直径和长度的确定轴的结构设计中，根据轴上零件的拆装顺序、轴向定位和固定方法等确定轴上零件的布置和相关零件间的相互位置，从而定出各轴段的基本直径和长度。1）直径尺寸的确定通常根据扭转强度估算出的直径，经圆整成标准值，作为整根轴的最小直径，再根据装配方案和结构要求，确定各轴肩高度，从而得到各轴段直径。与标准件配合处的直径，必须符合标准件的标准尺寸系列。2）长度尺寸的确定轴的各段长度与该段所装零件的宽度及相关零件的轴向间距有关。为使轴上零件可靠地轴向固定，应使配合轴段的长度稍小于轮毂宽度2~3mm。7.3.3设计冲床传动系统中轴的结构在轴的结构之前，要进行数据的准备及标准件的预选。1、数据的准备

中心距齿顶圆直径齿宽高速级=137.5=62.5，=222.5=64，=58低速级=172.5=99，=258=99，=932、预选轴承的类型：深沟球轴承；联轴器的类型：弹性柱销联轴器；确定滚动轴承的润滑方式：脂润滑确定密封形式：轴承靠箱体内侧：使用封油环轴伸出端：使用毛毡圈3、有关箱体的结构尺寸见12.1.4设计步骤如下：（以Ⅲ轴为例）设计项目计算及说明同时获得的内容1、确定轴的形状根据轴上零件的轴向安装位置，见附图2取：=10，=15，=5，=15轴承座的宽度L=+C1+C2+(3~8)=56

2、确定轴的尺寸直径长度

轴段①该轴段安装联轴器，直径应大于等于轴的最小直径，并符合联轴器的标准内孔直径=45小于联轴器的长度2mm（联轴器宽度B=112）=110联轴器的型号：LX3平键代号：键14×100轴段②考虑联轴器的轴向定位=55保证联轴器不与端盖相碰=端盖总厚+45=84轴承端盖的尺寸（略）毡圈55轴段③安装轴承，为便于拆装应取>，并符合轴承内径标准系列值=60等于轴承宽度（B=22）=22轴承代号6212轴段④考虑左端轴承的定位，并在内圈上留有拆卸高度，根据代号6212查安装尺寸=69为保证轴承含在箱体轴承孔中，并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁距离5mm，+=+（高速级）+3++=15+58+3+15+5=96=84

轴段⑤轴环，考虑齿轮的轴向定位=75=12

轴段⑥安装齿轮，取>，符合标准系列值=65安装齿轮的轴段长度应小于齿轮的宽度2mm（=93）=91低速级大齿轮孔径=65平键代号：键18×80轴段⑦安装滚动轴承，==60=22+++3+2=22+5+15+3+2=47=47

3、画出轴的零件图Ⅲ轴的零件图见附图37.4任务4——校核轴的强度

轴的结构设计完成后，轴上零件的位置也确定下来，外加载荷和支反力作用点也相应确定，可以画出轴的受力简图，就可以校核轴的强度。本任务主要依据弯扭合成强度进行转轴的校核，具体内容包括：1）按弯扭合成应力校核轴的强度；2）判断危险截面，强度计算公式的应用。7.4.1弯扭合成强度的计算对于常用的钢制轴可按第三强度理论计算，其强度条件为：≤式中：——轴危险截面的当量应力，MPa；[]——许用弯曲应力，MPa；对于一般转轴而言，弯曲应力的都为对称变化，见表7-1。——轴危险截面的当量弯矩，，Nmm；——轴危险截面的合成弯矩，Nmm；——水平面上的弯矩；

——垂直面上的弯矩；——轴受扭部分的扭矩；——轴危险截面的抗弯截面系数，对圆截面轴，，mm2；——考虑由扭矩产生发的扭转剪应力和由弯矩产生的弯曲应力循环特性不同，根据扭矩性质而定的折算系数。对于不变的扭矩，=0.3；对于脉动变化的扭矩时，=0.6；对于对称变化的扭矩，=1。设计时，当转矩变化规律不同或即使转矩大小不变，但考虑到起动、停车等因素，一般按脉动循环变化处理。式（7-2）亦可写成设计公式7.4.2校核轴强度的步骤按弯扭合成强度校核轴的强度，转轴的校核步骤如下：1）绘制轴的受力简图，按作用力所在空间位置标出作用力的大小、方向和作用点，并标出轴的支点的位置及距离。2）计算轴在水平面内的支反力和弯矩，画出水平面的弯矩图3）计算轴在垂直面内的支反力和弯矩，画出垂直面的弯矩图；4）计算合成弯矩，画出合成弯矩图；5）计算扭矩，绘出扭矩图；6）确定危险截面，计算危险截面的当量弯矩，7）校核危险截面的强度。7.4.3校核冲床传动系统中轴的强度以Ⅲ轴为例，有关设计要求为：1、低速级齿轮传动：==1.89×105Nmm，=93mm2、Ⅲ轴的转矩：=4.88×105Nmm3、计算齿轮所受的力1)圆周力==4.06×103N2)径向力=4.06×103×tan20=1.48×103N设计步骤如下：（以Ⅲ轴为例）设计项目计算及说明受力图和弯扭矩图1、绘制轴的受力简图，如图(a)=4.06×103N=1.48×103N=80.5mm=153.5mm2、求水平面支反力及弯矩，画出水平面的弯矩图，如图(b)1)支反力=2.66×103N

=1.40×103N2)截面C处的弯矩

=2.14×105Nmm3、求垂直面支反力及弯矩，画出垂直面的弯矩图，如图(c)1)支反力=9.71×102

N

=5.09×102

N2)截面C处的弯矩

=7.81×104Nmm4、求合成弯矩，画出合成弯矩图，如图(d)

=2.27×105

Nmm5、计算扭矩，绘出扭矩图，如图(e)

为Ⅲ轴转矩：==4.88×105

Nmm6、确定危险截面，计算危险截面的当量弯矩，画出当量弯矩图，如图(f)截面C为危险截面，取=0.6

=3.71×105Nmm设计项目计算及说明受力图和弯扭矩图7、校核危险截面的强度查表7-1可得，45钢正火

=55MPa危险截面直径：=65mm=13.51MPa≤

该轴强度足够。Ⅰ轴、Ⅱ轴的强度校核过程与Ⅲ轴相同，经校核，Ⅰ轴、Ⅱ轴的强度也满足要求。

7.5模块小结

本模块详细介绍了轴的设计方法与步骤，结合冲床传动系统中轴的设计，重点阐述了轴设计的六个阶段，即选择轴的材料及热处理方法、计算轴的最小直径、设计轴的结构、校核轴的强度。与之相关的知识点主要有：根据轴的受载情况来分：转轴、心轴、和传动轴的承载特点对轴的材料的基本要求，轴的常用材料和选用原则；轴的两种强度计算：（1）按扭转剪应力估算轴的最小直径的方法；（2）按弯扭合成当量弯矩法校核轴的强度的方法；轴的结构特点，轴上零件的定位和固定的方法，确定轴的形状和尺寸。任务1选择滚动轴承的类型任务2计算滚动轴承的寿命任务3设计滚动轴承的支承结构工作任务学习目标熟悉常见型号滚动轴承各自的特点与应用场合掌握滚动轴承代号一般的标注方法掌握依据滚动轴承的寿命计算选择轴承型号掌握滚动轴承支承结构的设计方法第八模块

滚动轴承的设计滚动轴承图8-1滚动轴承8.0

预备知识8.0.1滚动轴承的功用8.0.2滚动轴承的构造8.0.3滚动轴承的材料8.0.1滚动轴承的功用

轴承的功用是支承轴和轴上零件，使其回转并保持一定的旋转精度，减少相对回转零件间的摩擦和磨损8.0.2滚动轴承的构造

滚动轴承的基本构造如图所示，它由内圈、外圈、滚动体、保持架四种基本元件组成。

内圈装在轴颈上，外圈和轴承座孔配合。内外圈工作表面均有滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体沿滚道滚动。保持架使滚动体均匀分开，互不接触，以避免滚动体间的碰撞与磨损。一般情况下，当轴转动时，内圈与轴一起转动，而外圈不动。1—内圈2—外圈3—滚动体4—保持架图8-2滚动轴承的基本构造8.0.3滚动轴承的材料

动轴承内、外圈及滚动体采用耐磨性好、接触疲劳强度高的滚动轴承钢（如GCr9、GCr15、GCr15SiMn等）制造，经热处理后，硬度可达到61~65HRC，工作表面需磨削、抛光。保持架一般用低碳钢冲压后经铆接或焊接而成，也有用有色金属或塑料。

8.1任务1

选择滚动轴承的类型8.1.1滚动轴承的类型8.1.2滚动轴承的代号8.1.3选择滚动轴承类型的依据8.1.4选择冲床传动系统中滚动轴承的类型8.1.1滚动轴承的类型

滚动轴承按滚动体形状的不同，可分为球轴承和滚子轴承，如图8-3所示。滚子形状有圆柱、圆锥、球面和滚针等。

(a)球(b)圆柱滚子(c)圆锥滚子(d)球面滚子(e)滚针图8-3常用的滚动体表8-1轴承按接触角分类表按能否调心，可分为调心轴承和非调心轴承。调心轴承的外圈滚道是球面形的，能适应两滚道轴线间的角偏差。标准中，不同类型的轴承用不同的数字或字母表示，表8-2列出了工程中常见的滚动轴承的名称、代号及特性，便于对轴承的选用和使用。表8-2常用滚动轴承的类型、代号及特性8.1.2滚动轴承的代号GB/T272-1993规定了滚动轴承代号以表示各类轴承的结构、尺寸、公差等级和技术性能等特征，并将代号打印在轴承端面，以便于组织生产和设计时的选用。

滚动轴承的代号由前置代号、基本代号和后置代号三部分构成，其意义如表8-3所示。表8-3滚动轴承的代号其中，前置、后置代号是轴承在结构形式、尺寸、公差、技术要求等有改变时，在其基本代号前后添加的补充代号。所以，常用的轴承用基本代号就能清楚地反映出它的结构、尺寸、公差等级等要求。1.基本代号基本代号是核心部分，共五位，由类型代号、尺寸系列代号、内径代号所组成。（1）内径代号

右起第1、2位数字是内径代号，它表示轴承的内径尺寸。如表8-4所示。（2）尺寸系列代号

由直径系列代号和宽（高）度系列代号组成，见表8-5所示。右起第3位是直径系列代号，表示同一内径而不同的外径尺寸系列。右起第4位数字是宽（高）度系列代号。表示同一内径和外径而宽（高）度不同的尺寸系列。当轴承的宽度系列代号是“0”时，往往可以省略不写。直径系列向心轴承推力轴承宽度系列代号高度系列代号801234567912宽度尺寸以此递增高度尺寸以此递增尺寸系列代号外径尺寸依次递增7——17—37———————8—08182838485868————9—09192939495969————0—00102030405060709010—1—01112131415161719111—282021222324252627292122238303132333———739313234—04—24————749414245—————————95——表8-5滚动轴承的尺寸系列代号（3）类型代号

右起第5位数字表示轴承的类型，见表8-2所示。2.前置代号

前置代号用于表示轴承的分部件，用字母表示。如用L表示可分离轴承的套圈；K表示滚动体与保持架组件等等。例如LN207中的L表示可分离轴承的内圈或外圈。3.后置代号后置代号是轴承在结构形状、尺寸公差、技术要求等方面有改变时，在基本代号后面的补充代号，用字母和数字表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等内容，常用的后置代号如下：（1）内部结构代号

是表示同一类型轴承的不同内部结构，用字母紧跟着基本代号表示。如：对于角接触球轴承，用C，AC和B分别表示接触角为15°，25°和40°。（2）公差等级代号

滚动轴承公差共分六个精度等级，为/P2、/P4、/P5、/P6X、/P6、和/P0，依次由高到低，6X级仅适用于圆锥滚子轴承，0级为普通级，在轴承代号中不标出。（3）游隙代号

轴承内、外圈之间的位移量称为游隙。游隙按大小分组，有小到大以此有/C1、/C2、/C0、/C3、/C4、/C5，共6个组别。/C0是常用游隙组，在轴承代号中可不标出。公差等级代号和游隙代号同时标注时，可省去后者字母，如/P6，/C3，应标注为/P63。例：7214C/P47——角接触球轴承；2——直径系列；14——内径为70mm；

C——公称接触角α=15°；/P4——公差等级为4级。8.1.3选择滚动轴承类型的依据选择滚动轴承时先选择类型，再选择尺寸。正确选择滚动轴承类型时应考虑的主要因素有：1.载荷条件轴承所受的载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型的主要依据。1）载荷方向承受纯径向载荷时，可选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承；承受纯轴向载荷时，可选用推力轴承；同时承受径向和轴向载荷时，选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。特殊地，当轴向载荷不大时，也可选用深沟球轴承；当径向和轴向载荷都较大时，选用向心轴承和推力轴承的组合。2）载荷的大小中小载荷及载荷波动较小时，采用球轴承；承受较大载荷时，采用滚子轴承。3）载荷的性质有冲击载荷时宜选用滚子轴承。2．转速条件转速较高，宜选用球轴承；转速较低，宜选用滚子轴承。3．调心性能当轴的中心线与轴承座中心线不重合而有角度误差时，或因轴受力弯曲或倾斜时，会造成轴承的内、外圈轴线发生偏斜。这时，应采用有一定调心性能的调心球轴承或调心滚子轴承。对于支点跨距大、轴的弯曲变形大或多支点轴，也可考虑选用调心轴承。4．安装调试性能当轴承座没有剖分面而必须沿轴向安装和拆卸轴承部件时，应优先选用内外圈可分离的轴承（如圆柱滚子轴承，滚针轴承、圆锥滚子轴承等）。当轴承在长轴上安装时，为了便于装拆，可以选用其内圈孔为1:12的圆锥孔的轴承。5．经济性要求一般滚子轴承比球轴承价格高，深沟球轴承价格最低，常被应优先选用。轴承精度愈高，则价格愈高，若无特殊要求，一般选用0级。8.1.4选择冲床传动系统中滚动轴承的类型在冲床传动系统中齿轮减速箱的承受载荷平稳，所设计的轴上零件均为渐开线标准直齿圆柱齿轮，只受径向载荷的作用。8.2任务2

计算滚动轴承的寿命8.2.1滚动轴承寿命计算的依据8.2.2滚动轴承寿命计算中的几个基本概念8.2.3滚动轴承的寿命计算8.2.4计算冲床传动系统中滚动轴承的寿命8.2.1滚动轴承寿命计算的依据1.滚动轴承的工作情况分析

图8-4滚动体的载荷分布2.滚动轴承的的失效形式滚动轴承的主要失效形式有以下几种：1）疲劳点蚀

轴承工作时，滚动体和套圈的接触处受循环变化的脉动接触应力。工作一段时间后，接触表面就会产生疲劳点蚀。点蚀使轴承产生振动、噪音，运转精度降低。2）塑性变形

低速轴承（n＜10r/min）或间歇摆动的轴承，在过大的冲击或静载荷作用下，滚道和滚动体出现永久的塑性变形，当变形量超过一定界限便不能正常工作。3）磨损

在密封、润滑不良条件下工作，会使轴承过度磨损而失效。3.滚动轴承的设计准则在选择轴承时，应针对这几种失效形式进行适当计算：1）一般工作条件的回转滚动轴承，其主要失效形式是疲劳点蚀，应进行轴承寿命计算，即按基本额定动载荷进行计算。2）低速和摆动轴承或受冲击载荷、重载的轴承，其主要失效形式是塑性变形，进行静强度计算，即按基本额定静载荷进行计算。3）对于高速轴承，其主要失效形式是磨损、烧伤等，除了需要进行寿命计算外，还应验算极限转速。8.2.2滚动轴承寿命计算中的几个基本概念

表8-5径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y8.2.3滚动轴承寿命计算通过大量实验证明，滚动轴承载荷与寿命的关系曲线如图8-5所示。图8-5轴承的载荷—寿命曲线

8.2.4计算冲床传动系统中滚动轴承的寿命

设计步骤如下：8.3任务3

设计滚动轴承的支承结构8.3.1常用滚动轴承的支承结构8.3.2设计滚动轴承支承结构时应考虑的几个问题8.3.3设计冲床传动系统中滚动轴承的支承结构8.3.1常用滚动轴承的支承结构1.滚动轴承内圈的定位和固定图8-6为轴承内圈轴向固定的常用方法。轴承内圈的一端常用定位轴肩来固定，另一端的固定可根据轴向力的大小，选用轴用弹性挡圈（图a）、轴端挡圈（图b）、圆螺母（图c）等固定形式。(a)轴用弹性挡圈(b)轴端挡圈(c)圆螺母(a)

(b)

(c)图8-6轴承内圈的轴向固定2.滚动轴承外圈的定位和固定轴承外圈轴向位置的固定可以是单向固定，也可以是双向固定。常采用轴承端盖（图a）、孔用弹性挡圈、座孔凸肩（图b）、止动环（图c）等结构措施。(a)

(b)

(c)(a)轴承端盖(b)孔用弹性挡圈、座孔凸肩(c)止动环图8-8轴承外圈的轴向固定3.常用滚动轴承支承结构型式及其选择通常一根轴需要两个支点，每个支点由一个或两个轴承组成。滚动轴承的支承结构应考虑轴在机器中的正确位置，防止轴向窜动及轴受热伸长后将轴卡死等因素。滚动轴承的支承结构主要分为以下两类。1）两端固定两端固定的结构型式中，每个支点的轴承限制轴的单向移动，合起来就限制了轴的双向移动,如图8-9所示。这种支承结构简单、安装调整方便，它适合于工作温度变化不大的短轴（跨距L≤400mm）。图8-9两端固定2）一端固定、一端游动一端固定、一端游动的结构型式中，一个支点处的轴承双向固定，另一个轴承可以轴向游动。图8-10所示。这种固定方式适用于轴的工作温度变化较大和跨距较大（L＞350mm）的场合。图8-10一端固定、一端游动a）b）3）两端游动两个支承都采用外圈无挡边的圆柱滚子轴承，轴承的内、外圈各边都要求固定，以保证轴能在轴承外圈的内表面作轴向游动，如图8-11所示。如支承人字齿轮的轴系部件就采用两端游动的结构型式。图8-11两端游动8.3.2设计滚动轴承支承结构时应考虑的几个问题1.滚动轴承支承的调整（1）轴承的轴向间隙的调整

通常采用调整垫片组，在装配的时候，在轴承端盖与机座之间安装调整垫片，通过增减垫片的厚度来调整轴承的轴向间隙。图8-9所示。（2）轴系的轴向位置的调整

某些传动零件在安装时要求处于准确的轴向工作位置，才能保证正确啮合。图8-12所示为小锥齿轮轴，为便于齿轮轴向位置的调整，采用了套杯结构。左图中轴承正装，有两组调整垫片。套杯与轴承座之间的垫片用来调整锥齿轮的轴向位置，而轴承盖与套杯之间的垫片是用来调整轴承的游隙。右图中轴承反装，齿轮轴向位置的调整方法与左图相同，轴承的游隙靠圆螺母调整，而轴承盖与套杯之间的垫片只起密封作用。2.滚动轴承的装拆1）滚动轴承的配合滚动轴承是标准件，其内圈与轴颈的配合采用基孔制，常选的公差代号为n6、m6、k6、js6；轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制，常选的公差代号为G7、H7、J7、M7。标注轴承配合时，只需标注轴颈直径及轴承孔直径的公差符号，如图8-13所示。2）滚动轴承的装拆由于滚动轴承的配合通常较紧，为便于装配，防止损坏轴承，应采取合理的装配方法保证装配质量，组合设计时也应采取相应措施。安装轴承时，大轴承可采用压力机在内圈上施加压力将轴承压套在轴颈上，如图8-14a）所示，对于中小型轴承可采用手锤轻而均匀地敲击配合套圈装入，如图8-14b）所示，尺寸大且配合紧的轴承可将孔件加热膨胀后再进行装配。需注意的是，力应施加在被装配的套圈上，否则会损伤轴承。拆卸轴承时，可采用专用的拆卸工具，如图8-15所示。图8-14轴承的装配

图8-15轴承的拆卸3.滚动轴承的润滑滚动轴承润滑的目的除了减少轴承摩擦、磨损外，同时也有冷却、吸震、防锈和减少噪声的作用。滚动轴承常用的润滑方式有润滑脂润滑和润滑油润滑两类，通常根据速度因数dn值来选择，见表8-7。（d为轴承内径，mm；n为轴承的工作转速）表8-7滚动轴承润滑方式的选择1）润滑脂润滑脂润滑的特点是润滑脂不易流失、便于密封和维护、一次填充可运转较长时间且油膜强度高、承载能力强；缺点是摩擦系数大，散热效果差。因此装填润滑脂时一般不超过轴承空隙的1/3~1/2，以免因润滑脂过多而引起轴承发热，影响轴承正常工作。2）润滑油润滑

在高速和温度较高场合工作的滚动轴承，应优先选用油润滑。油润滑的优点是摩擦系数小、润滑可靠，且具有冷却、散热和清洗的作用；缺点是对密封和供油的要求较高。为防止轴承中的油泄出和防止外部油的冲击或轴承侵入轴承，在轴承的一侧往往装有挡油盘或挡油环，如图8-16所示。挡油盘或挡油环随轴一起转动，转速越高密封效果越好。为了起到良好的挡油效果，挡油盘做成齿状（图8-16a）。图8-16挡油盘与挡油环润滑油润滑方式常用油浴润滑和飞溅润滑。油浴润滑是轴承局部浸入润滑油中，油面不得高于最下方滚动体的中心。这种方法简单易行，适用于中、低速轴承的润滑。采用飞溅润滑时，应在箱体凸缘的上表面开设导油沟。导油沟的长度较大，一直通到轴承端盖处，相应地在箱盖内壁的下方铸造出一个斜面。如图8-17所示。图8-17箱体上的导油沟4.滚动轴承的密封滚动轴承密封的目的是为了保持良好的润滑效果及工作坏境，阻止轴承内的润滑剂泄漏，防止灰尘、水分及其他杂物侵人轴承。图8-18为毛毡圈密封，密封元件为毛毡圈，其内径略小于轴的直径。图8-18毛毡圈密封

图8-19间隙密封a）b）8.3.3设计冲床传动系统中滚动轴承的支承结构设计步骤如下：8.4

模块小结滚动轴承的种类、代号、特点和应用；轴承的载荷分析、失效形式、额定动载荷和当量动载荷的计算；轴承类型的选择及支承结构设计。本模块主要介绍的的知识点有：滚动轴承的设计属于标准件，因此学习中要求能合理选择，并设计支承结构。任务1选择普通平键的类型

任务2在标准中选取键的尺寸

任务3校核普通平键的强度

任务4确定普通平键联接的配合公差工作任务学习目标掌握普通平键的类型掌握选取键的尺寸的方法掌握普通平键的强度校核的方法掌握普通平键联接的配合公差的确定第九模块

键联接的设计

冲床传动系统9.0预备知识9.0.1传动方案确定时应满足的要求9.0.2平键联接9.0.1键联接的类型

根据工作原理的不同，键联接分为两类：松键联接和紧键联接。

松键联接包括平键联接、半圆键联接、花键联接；紧键联接包括楔键联接和切向键联接。

键联接主要是实现轴和轴上零件之间的周向固定，以传递转矩和运动。有的还能实现轴上零件的轴向固定和轴向滑动。9.0.2平键联接平键联接包括：普通平键、导向平键和滑键。1.普通平键

普通平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂键槽的底部之间留有间隙。工作时，靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩。

优点是结构简单，对中性好，装拆、维护方便。缺点是不能承受轴向力。普通平键联接的工作原理2.导向平键

导向平键是一种较长的键，键与轮毂上的键槽采用间隙配合，导向平键用于轮毂沿轴向移动距离较小的场合。导向平键3.滑键

滑键是将键固定在轮毂上，随轮毂一起沿轴槽移动。滑键用于轮毂沿轴向移动距离较大的场合。滑键9.1任务1——选择普通平键的类型9.1.1键联接的类型9.1.2选择传动类型9.1.3确定传动顺序9.1.4拟定冲床传动系统的传动方案9.1.1普通平键的类型

普通平键是标准件，根据其端部形状，可以分为圆头（A型）、方头（B型）、和单圆头（C型）三种型式。A型键：轴上的键槽用立铣刀加工，轮毂上的键槽用插削、拉削或线切割

等方法加工。键在键槽中固定良好。B型键：轴上的键槽用盘铣刀加工，克服了A型键槽的缺点，但不利于键的固定。

C型键：常用于轴端与轮毂的联接，装配时简单方便。A型

B型

C型9.1.2选择普通平键类型的依据1、需考虑传递转矩大小；2、轴上零件沿轴向是否有移动及移动距离大小；3、对中性要求和键在轴上的位置等因素。9.1.3选择冲床传动系统中普通平键的类型设计步骤如下：设计项目计算及说明结果选择普通平键的类型

齿轮和轴之间的联接属于没有轴向移动的静联接，且联接位于轴的中部，对中性好A型。9.2任务2——在标准中选取键的尺寸9.2.1普通平键的尺寸及标记9.2.2选择普通平键尺寸的依据9.2.3选择冲床传动系统中普通平键的尺寸9.2.1普通平键的尺寸及标记

普通平键的尺寸包括：键的截面尺寸（键宽b和键高h）和键的长度L

。

标记示例：圆头普通平键(A型)，b=16、h=10、L=100的标记为：

键16×100GB/T1096-2003方头普通平键(B型)，b=16、h=10、L=100的标记为：

键B16×100GB/T1096-2003单圆头普通平键(C型)，b=16、h=10、L=100的标记为：

键C16×100GB/T1096-20031、键的截面尺寸（键宽b和键高h）

依据是键所在的轴径

d，在标准中选出键的截面尺寸（键宽b和键高h

）。2、键的长度L

根据轮毂的长度确定，可取键长略短于轮毂的宽度，可取

，并符合标准规定的长度系列。9.2.2选择普通平键尺寸的依据轴键键槽db×h宽度b1=b深度倒角极限偏差轴t毂t1松联接正常联接紧密联接轴H9毂D10轴N9毂Js9轴和毂P9基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差最大最小6～82×2+0.0250+0.060+0.020-0.001-0.029±0.0125-0.006-0.0311.20-0.11+0.100.160.258～103×31.81.410～124×4+0.0300+0.078+0.0300-0.030±0.015-0.012-0.0422.51.812～175×53.02.30.250.4017～226×63.52.822～308×7+0.0360+0.098+0.0400-0.036±0.018-0.015-0.0514.00-0.23.3+0.2030～3810×85.03.30.400.6038～4412×8+0.0430+0.120+0.0500-0.043±0.0215-0.018-0.0615.03.344～5014×95.53.850～5816×106.04.358～6518×117.04.465～7520×12+0.0520+0.149+0.0650-0.052±0.026-0.022-0.0747.54.90.600.8075～8522×149.05.485～9525×149.05.495～11028×1610.06.4L系列6，8，10，12，14，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，160，180，200，250，280，320，360，400，450，500普通平键和键槽的尺寸（摘自GB/T1096-2003）9.2.3选择冲床传动系统中普通平键的尺寸在冲床的传动系统中，共需4个普通平键。安装处尺寸如下：轴轴的直径d轮毂宽度BⅠ轴2550Ⅱ轴4558Ⅲ轴65459360设计步骤如下：设计项目结果（键的标记）Ⅰ轴键C8×45GB/T1096-2003Ⅱ轴键14×50GB/T1096-2003Ⅲ轴键18×90GB/T1096-2003

键C14×50GB/T1096-20039.3任务3——校核普通平键的强度9.3.1普通平键的材料9.3.2普通平键联接的失效形式9.3.3普通平键联接的强度计算9.3.4校核冲床传动系统中普通平键的强度9.3.1普通平键的材料

常用45号钢，国家标准规定，键的材料采用抗拉强度≥600MPa的中碳钢制造。如果轮毂材料为非金属材料或有色金属时，也可用20号钢或Q235钢。9.3.2普通平键联接的失效形式

普通平键联接传递转矩时的受力分析，如图所示。键的工作面和键槽的工作面相互挤压。

普通平键联接的主要失效形式是键、轴和轮毂中强度较弱的工作表面被压溃。受力分析9.3.3普通平键联接的强度计算对于普通平键只需进行挤压强度计算，普通平键挤压强度条件为：式中：——许用挤压应力

Mpa——扭矩N·mm；——轴径mm；——键与轮毂键槽的接触高度，近似取——键的工作长度，A型键：

B型键：

C型键：

9.3.4校核冲床传动系统中普通平键的强度采用A型的普通平键，键18×90GB/T1096-2003；Ⅲ轴上扭矩为=4.88×105

N.mm，轴径

=65mm。则：键与轮毂键槽的接触高度,键的工作长度以Ⅲ轴上齿轮处的平键为例：设计步骤如下：设计项目计算及说明结果1、计算挤压应力

2、查许用挤压应力零件材料为钢，载荷性质为冲击，查表9-2可得3、比较

强度足够9.4任务4——校核普通平键的强度9.4.1配合类型及应用9.4.2公差值的确定及标注9.4.3确定冲床传动系统中普通平键联接的配合公差9.4.1配合类型及应用

配合分三类：松联接、正常联接和紧密联接。由于键是标准件，故配合采用基轴制。配合种类尺寸b的公差配合性质及应用键轴槽轮毂槽松联接h8H9D10轮毂可在轴上移动，主要用于动联接正常联接N9JS9键在轴上及轮毂中均固定，用于载荷不大的场合紧密联接P9P9键在轴上及轮毂中牢固地固定，用于传递重载荷、冲击载荷或双向传递转矩键联接的配合类型及应用表国家标准中对键和键槽的形位公差有以下规定：1）键槽（轴槽与轮毂槽）对轴和轮毂轴线的对称度公差一般按7~9级选取；2）键槽配合表面的粗糙度推荐值一般为，非配合表面

。9.4.2公差值的确定及标注轴和轮毂上的键槽的表达方法及尺寸如图所示。平键联接中，键和键槽的公差值可直接查表。轴键槽尺寸标注轮毂键槽尺寸标注9.4.3确定冲床传动系统中普通平键联接的配合公差配合种类为采用正常联接，查表可得键槽的极限偏差。设计步骤如下：（以Ⅲ轴上安装齿轮处的普通平键为例）设计项目计算及说明结果1、轴槽轴槽深=65-7=580-0.2轴槽宽=180-0.043=580-0.2=180-0.0432、轮毂轮毂槽深=65+4.4=69.4+0.20轮毂槽宽

b=18±0.0215=69.4+0.20b=18±0.02153、标注键槽的截面尺寸极限偏差9.6知识拓展9.6.1配合类型及应用9.6.2公差值的确定及标注9.6.3确定冲床传动系统中普通平键联接的配合公差9.6.1松键联接的类型及应用

松键联接：平键联接、半圆键联接、花键联接

1.半圆键联接半圆键的工作面是两侧面，用于静连接。半圆键连接的优点是结构简单，制造和装拆方便，但由于轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大，故一般多用于轻载，尤其是锥形轴端与轮毂的联接中。半圆键

2.花键联接花键连接是由多个键齿与键槽在轴和轮毂孔的周向均布而成，见图，花键齿侧面为工作面，适用于动连接和静连接。1）花键联接的特点花键联接的优点：花键齿较多、工作面积大、承载能力较高；键均匀分布，各键齿受力较均匀；强度高且对轴的强度削弱减少；轴上零件对中性好；导向性较好；制造成本高。花键联接主要用于定心精度高、载荷大或经常滑移的连接。花键连接的齿数、尺寸、配合等均应按标准选取。2）花键类型（1）矩形花键按齿高不同分成两个系列，即轻系列和中系列。轻系列的承载能力较低，多用于静联接，而中系列多用于中等载荷的联接。矩形花键连接广泛应用于飞机、汽车、拖拉机、机床等领域。

矩形花键联接

（2）渐开线花键渐开线花键的齿廓是渐开线，分度圆压力角有30º及45º两种。齿高分别为0.5m和0.4m，这里m为模数。d为渐开线花键的分度圆直径。

渐开线花键的特点是渐开线花键的制造工艺与齿轮完全相同，多用于轻载、小直径和薄壁零件的静连接。9.6.2紧键联接的类型及应用

1.楔键联接分：普通楔键和钩头楔键两种。普通楔键容易制造，钩头楔键装拆方便。楔键的工作面是上下面，键的上表面和轮毂键槽底面制成1:100的斜面，键楔入键槽靠摩擦传递转矩，并可承受较小的轴向力。仅用于对旋转精度要求不高、载荷平稳和低速转动的场合。为安全起见，楔键联接应加防护罩。普通楔键联接

钩头楔键联接

2.切向键联接切向键由两个斜度为1:100的普通楔键组成，如图。其工作原理与楔键相同，依靠其与轴和轮毂的摩擦传递转矩。

一个切向键只能传递单向转矩，若要传递双向转矩，必须用两个切向键，并互成120º～135º反向安装。主要用于对中性和运动精度要求不高、低速、重载、轴径大于100mm的场合。

切向键联接

冲床的结构第十模块

联轴器的设计在冲床的传动系统中，传动路线为电动机——带传动——齿轮减速器——执行机构，减速器的输出轴Ⅲ与曲柄轴w之间用联轴器相联，并传递运动和转矩，如图10-1所示。图10-1减速器与曲柄轴用联轴器相联1—电动机2—带传动3—齿轮减速器4—联轴器5—曲柄轴6—执行机构常用联轴器大多已标准化和系列化，设计时一般不需重新设计结构，只需直接在标准中选用即可。本模块的具体内容包括：正确选择联轴器的类型、确定联轴器的型号。任务1选择联轴器的类型任务2选择联轴器的型号工作任务学习目标掌握联轴器的类型及选择的方法掌握常用联轴器的结构及使用特点掌握选择联轴器的型号和选择的方法掌握联轴器的标记第十模块

联轴器的设计10.1任务1——选择联轴器的类型【任务描述与分析】如图10-1所示，联轴器用来联接减速器的输出轴与曲柄轴，减速器输出轴的扭矩为＝4.88×105Nmm，转速为=69.91r/min，现在要选择联轴器类型。根据冲床的工作情况可知该联轴器的工作条件是：1）使用时间10年（每年工作250天），两班制，连续单向运转；2）有冲击载荷，经常满载，空载启动。本任务要根据冲床的工作条件和使用要求，选择联轴器的类型，具体内容包括：1）联轴器的类型；2）选择联轴器类型时应考虑的因素。10.1任务1——选择联轴器的类型【相关知识与技能】

联轴器是用来联接两轴使其一同回转并传递运动和转矩的一种机械装置，用联轴器联接轴时只有在机器停止运转，经过拆卸后才能使两轴分离。用联轴器联接的两轴，由于制造及安装误差、受载后的变形以及温度变化等因素的影响，往往不能保证严格的对中，两轴间会产生一定程度的相对位移与偏斜，如图10-2所示。10.1任务1——选择联轴器的类型【相关知识与技能】

图10-2两轴间相对偏移的形式10.1任务1——选择联轴器的类型【相关知识与技能】

联轴器除了能传递所需的转矩外，还应在一定程度上具有补偿两轴间偏移的性能，以避免轴、轴承和联轴器在工作中引起附加动载荷和强烈的振动而破坏机器的正常工作。同时为了减少机械传动系统的振动，还应具有一定的缓冲减震性能，有时还能作为一种安全装置用来防止被连接件承受过大的载荷，起到过载保护作用。10.1任务1——选择联轴器的类型10.1.1联轴器的类型10.1.2选择联轴器类型时应考虑的因素10.1.3选择冲床传动系统中联轴器的类型10.1.1联轴器的类型

根据联轴器有无弹性元件、对各种相对位移有无补偿能力以及联轴器的用途等，联轴器可分为三大类：刚性联轴器，挠性联轴器和安全联轴器。刚性联轴器不具有补偿两轴间偏移的能力，使用时要求被联接两轴的中心线严格对中。挠性联轴器对两轴间的偏移具有一定的补偿能力。安全联轴器在其传递的转矩超过允许的极限值时，联轴器中的特定元件将发生折断，从而自动停止传动，以保护机器中的重要零件不致损坏。联轴器的种类很多，在此只介绍常用并具有代表性的几种联轴器。1.刚性联轴器刚性联轴器由刚性元件组成，因而不具有缓冲减振能力。刚性联轴器主要有凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等几种形式，其中凸缘联轴器的应用最为广泛。10.1.1联轴器的类型1）凸缘联轴器凸缘联轴器由两个带凸缘的半联轴器和联接螺栓组成，凸缘联轴器有两种对中方式：（1）如图10-3a）所示，采用凸肩和凹槽对中，利用两个半联轴器接合端面上的凸肩和凹槽相配合来对中，用普通螺栓联接两个半联轴器，靠接合面的摩擦力来传递转矩，对中精度高，但装拆时轴必须作轴向移动，多用于不常装拆的场合。（2）如图10-3b）所示，采用铰制孔用螺栓对中，靠螺栓杆承受挤压与剪切来传递转矩。其传递转矩的能力较大，装拆时轴不必作轴向移动，只需拆卸螺栓即可，可用于经常装拆的场合。10.1.1联轴器的类型1）凸缘联轴器图10-3凸缘联轴器(a)(b)(a)凸肩和凹槽对中(b)铰制孔用螺栓对中10.1.1联轴器的类型2）套筒联轴器如图10-4所示，套筒联轴器通过一个套筒并采用键、销或花键等联接零件使两轴相联接，结构简单，径向尺寸小，传递的转矩较小，装拆时轴需作轴向移动。常用于两轴间对中性良好、径向尺寸受限制、传递转矩不大、转速低（≤250r/min）的场合。图10-4套筒联轴器(a)键联接(b)销联接10.1.1联轴器的类型2.挠性联轴器挠性联轴器可分为无弹性元件的挠性联轴器和带有弹性元件的挠性联轴器两类，前一类只具有补偿两轴相对位移的能力，后一类还具有缓冲和减振的能力。1）无弹性元件挠性联轴器这类联轴器的组成零件间具有相对可移性，因而可以补偿两轴间的偏移，但因无弹性元件，故不能缓冲减振。常见的有以下几种：10.1.1联轴器的类型（1）十字滑块联轴器如图10-5所示，十字滑块联轴器是由两个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圆盘2组成。凸牙相互垂直布置，安装时凸牙分别嵌入两个半联轴器的凹槽中，工作中靠凹槽和凸牙的相互嵌合传递转矩，工作中凸牙可以在凹槽中滑动，故可以补偿安装及运转中两轴间的偏移。图10-5十字滑块联轴器1、3—半联轴器2—中间圆盘十字滑块联轴器的结构简单，径向尺寸小，一般用于转速较低（≤250r/min），轴的刚度较大，无剧烈冲击的场合。10.1.1联轴器的类型（1）十字滑块联轴器如图10-5所示，十字滑块联轴器是由两个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圆盘2组成。凸牙相互垂直布置，安装时凸牙分别嵌入两个半联轴器的凹槽中，工作中靠凹槽和凸牙的相互嵌合传递转矩，工作中凸牙可以在凹槽中滑动，故可以补偿安装及运转中两轴间的偏移。图10-5十字滑块联轴器1、3—半联轴器2—中间圆盘十字滑块联轴器的结构简单，径向尺寸小，一般用于转速较低（≤250r/min），轴的刚度较大，无剧烈冲击的场合。10.1.1联轴器的类型（2）齿式联轴器齿式联轴器利用内、外齿的相互啮合而实现两轴间的联接，它具有良好的对两轴间综合偏移的补偿能力，其中鼓形齿联轴器应用最广。鼓形齿联轴器如图10-6所示，由两个带有外齿的内套筒1、4和两个带有内齿及凸缘的外套筒2、3所组成，两个内套筒分别用键与两轴相联接，两个外套筒用螺栓联成一体。图10-6齿轮联轴器1.4—内套筒2.3—外套筒5—密封圈齿式联轴器能传递很大的转矩，使用转矩范围广，工作可靠，对安装精度要求不高，但结构复杂、质量大、制造成本高，主要用于在重型机器和起重设备中。10.1.1联轴器的类型（3）万向联轴器万向联轴器的种类很多，其中十字轴万向联轴器最为常用，如图10-7所示。十字轴万向联轴器由两个叉形的半联轴器1、2、一个十字轴3以及销钉、套筒、圆锥销等组成。销钉与圆柱销互相垂直配置，分别将两个半联轴器与十字轴联接起来，形成一个可动的连接。这种联轴器允许两轴间具有较大的偏角位移，最大夹角可达35°~45°，并且允许工作中两轴间夹角变化。图10-7万向联轴器1、2—叉形半联轴器3—十字轴该联轴器可适应两轴间较大的综合位移，结构紧凑且维护方便，因而在汽车、多轴钻床中得到广泛应用。10.1.1联轴器的类型

2）非金属弹性元件挠性联轴器该类联轴器因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振能力。下面介绍常用的两种。10.1.1联轴器的类型（1）弹性套柱销联轴器如图10-8所示，弹性套柱销联轴器的结构与凸缘联轴器相似，只是用套有弹性套1的柱销2代替了联接螺栓。半联轴器与轴配合的孔可做成圆柱形或圆锥形。弹性套柱销联轴器制造容易、拆装方便、成本较低。但弹性套易磨损、寿命较短，主要适用于起动频繁、需正反转的中小功率传动、转速较高的场合，工作环境温度应在-20°~+70°的范围内。图10-8弹性套柱销联轴器1—弹性套2—柱销10.1.1联轴器的类型（2）弹性柱销联轴器图10-9所示，弹性柱销联轴器的结构更简单，柱销1由尼龙制成。为了防止柱销滑出，在半联轴器的外侧设置有固定挡板2。该联轴器适用于轴向窜动量较大、起动频繁、经常正反转、转速较高的场合，工作环境温度应在-20°~+70°的范围内。图10-9弹性柱销联轴器1—柱销2—固定挡板10.1.1联轴器的类型（2）弹性柱销联轴器图10-9所示，弹性柱销联轴器的结构更简单，柱销1由尼龙制成。为了防止柱销滑出，在半联轴器的外侧设置有固定挡板2。该联轴器适用于轴向窜动量较大、起动频繁、经常正反转、转速较高的场合，工作环境温度应在-20°~+70°的范围内。