第九章+轴系.ppt

1、,第九章 轴 系,一、轴的用途与分类,1、功用,2、分类,支承回转零件,传递运动和动力,按承受载荷,按轴的形状,转轴-传递扭矩又承受弯矩,传动轴-只传递扭矩,心轴-只承受弯矩,直轴,光轴,阶梯轴,曲轴,挠性钢丝轴,1 轴,固定心轴,转动心轴,火车轮轴,特点：不转的心轴受静应力,特点：转动的心轴受变应力,转轴,发动机,后桥,传动轴,2）阶梯轴,1）光轴,特点：形状简单，加工容易，应力集中源较少但轴上零件不易装配和定位。,特点：加工复杂，应力集中源较多，易实现轴上零件装配和定位。,直 轴,曲轴是引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆上下（往复）运动变成循环（旋转）运动，主要应用于各种发动机。,

2、曲 轴,主要用于受连续振动场合，能不受限制地把回转运动传到空间任何位置，具有缓和冲击的作用。,钢丝软轴,二、轴的材料及其选择,1、碳素钢,碳素钢价格低廉，其强度、韧性等综合力学性能较好，故应用较广。,1）对于轻载或不重要的轴，可采用Q235、Q275 等普通碳素钢。轴不加热处理。,2）对于中载和一般要求轴，以45刚应用最广。常 经正火或调质处理。,注意： 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。,合金钢具有较高机械强度和优越淬火性能，但价格较贵，常多用在要求传递大功率、尺寸小、质量轻以及非常温条件下工作或有其他特殊要求的轴。,2、合金钢,轴主要由轴颈、轴头、轴身

3、三部分组成。轴上被支承的部分为轴颈，如图中、段；安装轮毂的部分称做轴头，如图中、段；联接轴颈和轴头的部分称做轴身，如图中、段。,三、轴的结构,轴结构分析即定出轴的合理外形及全部结构尺寸。,1）轴应便于制造，轴上零件要易于装拆（制造安装）,2）轴和轴上零件要有准确的工作位置（定位）,3）各零件要牢固而可靠地相对固定（固定）,4）改善应力状况，减小应力集中（受力分析）,基本要求：,1、轴的结构分析,2、制造安装要求,1）阶梯状：直径从轴端逐渐向中间增大，便于装拆。,2） 磨削砂轮越程槽，车制螺纹退切槽，便于 拆装倒角。,3）减小应力集中，轴上各键 槽应沿轴的同一母线布置。 减少加工装夹次数。,4）

4、为便于轴上零件的装配和去除毛刺， 轴及轴肩端部一般均应制出45倒 角。过盈配合轴段的装入端常加工出 半锥角为30导向锥面。,5）为便于加工，应使轴上直径相近处的圆角、 倒角、键槽、退刀槽和越程槽等尺寸一致。,3、轴上零件的定位和固定,零件的定位分为轴向定位和周向定位。,1）轴肩和轴环,零件轴向定位,2）套筒,结构简单，定位可靠，轴上不需开槽、钻孔和切制螺纹，不影响轴的疲劳强度。一般用于零件间距较小场合。轴的转速很高时不宜采用。,套筒是指套筒扳手的简称。,零件轴向固定,1）锁紧挡圈,2）弹性挡圈,4）轴端挡圈,3）圆螺母,1）键,2）花键,零件的周向定位,周向定位目的是限制轴上零件与轴发生相对转

5、动。,3）紧定螺钉、销,4）过盈配合,四、轴的工作能力分析,轴的工作能力主要取决于轴的强度和刚度。此外对于高速轴还应考虑其振动稳定性。,设计公式为：,由力学知识可知，轴受转矩的强度条件是,上式计算直径，一般作为轴上承担转矩轴段最小直径。,此外，可用经验公式来估算轴的直径。如在一般减速器中，高速输入轴的直径可按与其相连的电动机的直径D来估算，d=（0.8-1.2）D；各级低速轴的轴径可按同级齿轮中心距a来估算，即d=（0.3-0.4）a。,对于既传递扭转又传递弯矩的轴，可按上式初步估算轴的直径。,常用材料的值和C值,注: 当作用在轴上的弯矩比传递的转矩小或只传递转矩时，A取较小值; 否则取较大值

6、。,轴上有键槽时，键会削弱轴的强度，应将直径计算值加大。单键加大3-5，双键加大7-10。,注意：,2 轴承,轴工作时大多数是做旋转运动，故轴承是用来支承轴及轴上回转运动零件，使之能作旋转运动部件。,1）能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度；,2）具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活；,3）具有一定支承精度，保证被支承零件的回转精度。,1、轴承的功用,一、 轴承的功用和类型,2、轴承的分类,类型,按轴承受载荷方向,按轴承中摩擦性质,滑动轴承,滚动轴承,向心轴承,推力轴承,向心推力轴承,二、滑动轴承,工作时轴承和轴颈的支撑面间形成直接或间接活动摩擦的轴承，称为滑动轴承。,1、滑动轴承类型,径向轴

7、承（向心轴承）（受Fr） 止推轴承（推力轴承）（受Fa）,按承载：,按润滑：流体润滑轴承、非流体润滑轴承、 无润滑轴承,（1） 整体式径向滑动轴承,特点：结构简单，成本低廉。因磨损而造成的间隙无法调整，故从沿轴向装入或拆出。,应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。,2、滑动轴承的结构,滑动轴承一般由轴承座、轴瓦、润滑装置和密封装置等组成。,轴瓦,轴承座,（2） 部分式径向滑动轴承,特点：结构复杂、可调整磨损而造成的间隙且安装方便。,应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器中。,部分式轴承(整体轴套),对开式轴承(剖分轴套),3、滑动轴承的润滑,（1） 流体润滑轴承: 摩擦表面被流体膜分隔开，表面

8、的摩擦为流体分子间的内摩擦。 （2）非流体润滑轴承: 摩擦表面为边界润滑或混合润滑。,获得液体摩擦状态方法：,1）动压法： 利用油的一定粘性和轴颈的高速旋转，把润滑油带进轴承的楔形空间，形成一个压力油楔而把两摩擦表面分开。,2）静压法：来自油泵的压力油经节流器后进入轴承油腔，将两摩擦表面分开。,内圈装在轴径上，与轴一起转动。外圈装在机座轴承孔内，一般不转动。内外圈上有滚道，当内外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚道滚动。保持架使滚动体均匀分布在滚道上，减少滚动体之间的碰撞和磨损。,三、滚动轴承,1、 滚动轴承的构造,滚动轴承中，滚动体与外圈接触处的法线与轴承的径向平面之间的夹角称为接触角。值越大，

9、其轴向承载能力越强。,2、 滚动轴承的类型及特点,向心轴承,径向接触轴承,向心角接触轴承,推力轴承,推力角接触轴承,轴向接触轴承,1）按接触角的不同可分：,2）按滚动体的种类可分为球轴承和滚子轴承。,在外廓尺寸相同条件下，滚子轴承比球轴承的承载能力和耐冲击能力都好，但球轴承摩擦小、高速性能好。,球轴承,滚子轴承,3）按工作能否调心可分为调心轴承和非调心轴承。,4）按安装轴承时其内、外圈可否分别安装，分为 可分离轴承和不可分离轴承。,5）按公差等级可分为0、6、5、4、2级滚动轴承， 其中2级精度最高，0级为普通级。另外还只有 用于圆锥滚子轴承的6x公差等级。,6）按运动方式可分回转运动轴承和直

10、线运动轴承。,3、影响滚动轴承承载能力参数,1）游隙,内、外滚道与滚动体间隙称为游隙，即座圈固定时，另一座圈沿径向或间隙或轴向最大移动量。,游隙可影响轴承运动精度、寿命、承载能力等。,2）极限转速,在一定润滑条件下，允许的最高转速称为极限转速。转速过高会产生高温，润滑失效产生破坏。,3）偏位角,安装误差或轴的变形等都会引起指南称内外圈中心线法称相对倾斜，其倾斜角d称为偏位角。,4、滚动轴承的代号,滚动轴承代号构成：,1）基本代号,（1）轴承类型代号,数字 0 9,7 8 9 0 1 2 3 4 5,超轻 特轻 轻 中 重 特重,直径增加,（2）直径系列 代号,（3）内径尺寸代号,a) d=10

11、, 12, 15, 17mm 时,代号 00 01 02 03,b) d= 20 480mm 时,d=代号5(mm),c) d500mm，d=22，28，32mm,代号 = 内径尺寸,直径代号 / 内径代号,2）前置代号,L可分离轴承的可分离内圈或外圈如LN207 K轴承的滚动体与保持架组件K81107 R不带可分离内圈或外圈的轴承，如RNU207,NU表示内圈无档边的圆柱滚子轴承 WS、GS分别为推力圆柱滚子轴承的轴圈和座圈,3）后置代号,（1）内部结构代号,C、AC、B角接触球轴承的接触角,（2）密封、防尘与外部形状变化代号,（3）轴承的公差等级,精度高 低,代号 /P2、/P4、/P5、

12、 /P6X 、 /P6、/P0,公差等级 2 4 5 6X 6 0,普通级可省略,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,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;,7214C/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=15;,30213,滚动轴承代号举例说明,概述1,3 联轴器和离合器,相同点：,联接两轴、传递运动和转矩,不同点：,联轴器联接的两轴只有停车后经拆卸才能分离,离合器联接的两轴可在机器工作中

13、方便地实现分离与接合,一、联轴器与离合器的区别,二、联轴器的分类,联轴器,刚性联轴器,弹性联轴器,弹性套柱联轴器,弹性柱销联轴器,固定式,可移式,套筒联轴器,凸缘联轴器,十字滑块联轴器,万向联轴器,联轴器的种类和特性2,固定式联轴器,特点：结构简单紧凑（特别是径向尺寸），成本低廉，便于装卸与维护。可以一定程度上起安全保护作用。要求在两轴严格对中情况下使用。,套筒联轴器,凸缘联轴器,可移式联轴器,适用于小功率、转速较高而无剧烈冲击处,十字滑块联轴器,产生附加动载荷允许两轴间有较大的夹角,万向联轴器,有弹性件挠性联轴器,弹性套柱销联轴器,通过弹性套传递转矩，可缓冲和减震,有弹性件挠性联轴器,传递转

14、矩能力大，有一定缓冲和吸振能力，允许被联接两轴有一定轴向位移及少量径向、角位移，适用于轴向窜动较大，正反转变化较多和启动频繁的场合。,弹性柱销联轴器,三、离合器,1）使发动机与传动系逐渐结合，保证汽车平稳起步。 2）暂时切断发动机与传动系的联系，便于发动机的起动和变速器的换档。 3）限制所传递的扭矩，防止传动系过载。,1、离合器功用,离合器2,2、牙嵌离合器,借助牙的相互嵌合来传递运动和转矩,嵌入式离合器结构简单，尺寸较小，两轴间联接无相对运动，适用于低速接合，转矩不大场合。,3、摩擦离合器,由主从动盘接触面间产生摩擦力矩来传递转矩。,摩擦离合器可实现任何转速两轴的接合或分离，接合过程平稳，有过载保护作用。但尺寸较大，工作中有滑动摩擦，发热量大，磨损较大。,摩擦式离合器工作原理示意图,弹簧是常用的弹性零件，它在受载后产生较大的弹性变形，吸收并储存能量。,（4） 测量力和力矩。用于测力器、弹簧秤等。,（1） 减振和缓冲。如缓冲器，车辆的缓冲弹簧等