1、 轴系零部件轴系零部件一、轴一、轴二、轴承二、轴承一、轴一、轴二、轴承二、轴承课题一课题一 轴轴学习目标：学习目标：1.1.了解了解轴的分类轴的分类、选材选材的类型和选用。的类型和选用。2.2.了解轴的强度计算。了解轴的强度计算。3.3.掌握掌握轴的结构设计轴的结构设计。轴轴是组成机器的重要零件之一。轴的是组成机器的重要零件之一。轴的主要主要功用功用是支承旋转零件（例如齿轮、蜗是支承旋转零件（例如齿轮、蜗轮等）、传递运动和动力。轮等）、传递运动和动力。轴的分类：轴的分类：按轴承受的载荷不同按轴承受的载荷不同,可将轴分为可将轴分为转转轴，心轴和轴，心轴和传动轴传动轴三种。三种。一、轴的分类及材料
2、一、轴的分类及材料 轴端轴头轴颈轴头轴肩轴轴1.1.传动轴：传动轴：只传递转矩而不承受弯矩，如只传递转矩而不承受弯矩，如汽车中联接变速箱与后桥之间的轴汽车中联接变速箱与后桥之间的轴 。2.2.转轴：转轴：工作时既承受弯矩又承受转矩工作时既承受弯矩又承受转矩的轴。如减速器中的轴。的轴。如减速器中的轴。3.3.心轴心轴:工作时仅承受弯矩而不传递转矩。工作时仅承受弯矩而不传递转矩。心轴按是否转动又可以分为转动心轴（火心轴按是否转动又可以分为转动心轴（火车轮轴）和固定心轴（自行车前轮轴）。车轮轴）和固定心轴（自行车前轮轴）。此外，按轴线几何形状不同，轴还此外，按轴线几何形状不同，轴还可以分为可以分为直
3、轴、曲轴和软轴。直轴、曲轴和软轴。直轴根据外形不同直轴根据外形不同,可分为可分为光轴和阶梯轴。光轴和阶梯轴。曲轴曲轴是内燃机、曲柄压力机等机器中是内燃机、曲柄压力机等机器中用于往复运动和旋转运动相互转换的用于往复运动和旋转运动相互转换的专用零件。专用零件。软轴：软轴：挠性好，可以把回转运动灵活地传到挠性好，可以把回转运动灵活地传到任何空间位置。任何空间位置。2 2、轴的材料、轴的材料轴的主要失效形式：轴的主要失效形式：疲劳破坏疲劳破坏轴的材料要求：较高的轴的材料要求：较高的强度、刚度和一定强度、刚度和一定的耐磨性的耐磨性。轴的毛坯一般多为轧制圆钢和锻件。轴的毛坯一般多为轧制圆钢和锻件。轴的常用
4、材料：主要是轴的常用材料：主要是碳素钢和合金钢碳素钢和合金钢。碳素钢碳素钢具有足够的强度，比合金具有足够的强度，比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，钢价廉，对应力集中的敏感性较低，并且可通过正火或调质处理获得较好并且可通过正火或调质处理获得较好的综合机械性能，故应用广泛，其中的综合机械性能，故应用广泛，其中以以4545号钢经调质处理最为常用。号钢经调质处理最为常用。合金钢合金钢具有较高的机械性能，但具有较高的机械性能，但价格较贵，常用于制造有特殊要求的价格较贵，常用于制造有特殊要求的轴。如轴。如高速重载轴；受力大而又要求高速重载轴；受力大而又要求尺寸小、重量轻的轴；处于高温、低尺寸小、重量轻
5、的轴；处于高温、低温或腐蚀性介质中的轴等。温或腐蚀性介质中的轴等。值得注意的是：值得注意的是：在一般工作温度下，碳在一般工作温度下，碳钢和合金钢的钢和合金钢的弹性模量弹性模量相差不大，因此，相差不大，因此，欲选用高强度合金钢来提高轴的刚度并欲选用高强度合金钢来提高轴的刚度并无实效。另外，无实效。另外，合金钢对应力集中敏感合金钢对应力集中敏感性高性高，所以设计合金刚轴时，必须要有，所以设计合金刚轴时，必须要有合理的结构形状，尽量减少应力集中源，合理的结构形状，尽量减少应力集中源，并要求轴表面的粗糙度较低，并要求轴表面的粗糙度较低，否则，采否则，采用合金钢并无实际意义。用合金钢并无实际意义。轴的材
6、料除了碳素钢和合金钢外，轴的材料除了碳素钢和合金钢外，还有还有球墨铸铁和高强度铸铁球墨铸铁和高强度铸铁等。等。铸铁铸铁材料材料具有易于作成复杂的外形，且吸具有易于作成复杂的外形，且吸振性、耐磨性好，对应力集中敏感性振性、耐磨性好，对应力集中敏感性低、价格廉等优点，多用于制作低、价格廉等优点，多用于制作外形外形复杂的曲轴、凸轮轴复杂的曲轴、凸轮轴等。等。轴的常用材料及其主要机械性能见表轴的常用材料及其主要机械性能见表5-15-1。二二.轴的结构设计轴的结构设计 轴的结构设计轴的结构设计就是就是使轴的各部分具使轴的各部分具有有合理的形状和尺寸。合理的形状和尺寸。影响轴的结构形状的因素有：影响轴的结
7、构形状的因素有：轴上轴上零件的类型、数量和尺寸及其安装位置、零件的类型、数量和尺寸及其安装位置、定位方法；载荷的大小、方向和性质及定位方法；载荷的大小、方向和性质及分布情况；轴的制造工艺性等。分布情况；轴的制造工艺性等。进行结构设计时，进行结构设计时，必须满足如下要求必须满足如下要求：1 1）轴和轴上零件的准确定位与固定；）轴和轴上零件的准确定位与固定；2 2）轴的结构要有良好的工艺性；）轴的结构要有良好的工艺性；3 3）尽量减少应力集中；）尽量减少应力集中；4 4）轴各部分的尺寸要合理等。）轴各部分的尺寸要合理等。1 1、轴上零件的定位与固定轴上零件的定位与固定轴肩或轴环：轴肩或轴环：阶梯轴
8、上截面变化处阶梯轴上截面变化处，起轴向定位作，起轴向定位作用。用。（结构简单，能承受较大轴向力）结构简单，能承受较大轴向力）轴环轴肩 为了保证轴上零件紧靠定位面（轴为了保证轴上零件紧靠定位面（轴肩），轴肩的圆角半径肩），轴肩的圆角半径r r必须小于相配零必须小于相配零件的倒角件的倒角C C1 1或圆角半径或圆角半径R R，轴肩高，轴肩高h h必须必须大于大于C C1 1 或或R R。当两零件距离相距不大时，采用当两零件距离相距不大时，采用套筒套筒做轴向固定做轴向固定（不宜用于高转速轴）（不宜用于高转速轴）不宜采用套筒固定时，可用不宜采用套筒固定时，可用圆螺圆螺母做轴向固定。母做轴向固定。对于外
9、伸轴端上的零件固定轴向力较小对于外伸轴端上的零件固定轴向力较小时，零件在轴上的固定可采用时，零件在轴上的固定可采用弹性挡圈、弹性挡圈、紧定螺钉或销紧定螺钉或销。轴上零件的轴上零件的周向固定周向固定，大多采用，大多采用键、花键、花键或过盈配合等联接形式键或过盈配合等联接形式。2 2）为了减少应力集中，轴径变化尽可）为了减少应力集中，轴径变化尽可能小，阶梯轴相邻两轴段直径相差不应能小，阶梯轴相邻两轴段直径相差不应过大。过大。3 3）轴上截面尺寸变化的位置应有）轴上截面尺寸变化的位置应有倒角倒角或过渡圆角或过渡圆角，过渡圆角半径应尽可能大，过渡圆角半径应尽可能大些，当轴上有多处倒角或过渡圆角时，些，
10、当轴上有多处倒角或过渡圆角时，尽可能选同样的倒角或圆角半径，以减尽可能选同样的倒角或圆角半径，以减少刀具规格和换刀次数。少刀具规格和换刀次数。4 4）轴上有多个）轴上有多个键槽键槽时，为加工方便，时，为加工方便，各轴段的键槽应设计在同一加工直线上，各轴段的键槽应设计在同一加工直线上，并应尽可能采用同一规格的键槽截面尺并应尽可能采用同一规格的键槽截面尺寸，避免多次装夹和更换刀具。寸，避免多次装夹和更换刀具。键槽在同一加工直线上键槽在同一加工直线上5 5）轴上需切制螺纹或磨削时，要留）轴上需切制螺纹或磨削时，要留有有退刀槽和越程槽退刀槽和越程槽。3、提高轴的疲劳强度、提高轴的疲劳强度提高轴的疲劳强
11、度的主要措施：提高轴的疲劳强度的主要措施：减小应力集中减小应力集中提高轴的表面质量提高轴的表面质量 减少应力集中的方法有：减少应力集中的方法有：减少轴截面减少轴截面突变，阶梯轴相邻轴段直径差不能太突变，阶梯轴相邻轴段直径差不能太大，并以较大的圆角半径过渡，尽可大，并以较大的圆角半径过渡，尽可能避免在轴上开槽、孔及车制螺纹等，能避免在轴上开槽、孔及车制螺纹等，以免削以免削弱弱轴的强度和造成应力集中源。轴的强度和造成应力集中源。提高轴的表面质量方法：提高轴的表面质量方法：降低表面粗糙度降低表面粗糙度 表面强化处理：碾压、喷丸、渗氮、表面强化处理：碾压、喷丸、渗氮、渗碳或者高频淬火渗碳或者高频淬火三
12、、三、轴的强度校核轴的强度校核轴强度计算的目的：轴强度计算的目的：在于验算经结构设在于验算经结构设计初步得出的轴能否满足强度要求。计初步得出的轴能否满足强度要求。工程上常用的轴强度计算方法有两工程上常用的轴强度计算方法有两种种 按扭转强度计算和按弯扭组合按扭转强度计算和按弯扭组合强度计算。强度计算。1 1、按扭转强度计算、按扭转强度计算 这种方法适用于只承受转矩的这种方法适用于只承受转矩的传动轴的精确计算，也可用于既受弯传动轴的精确计算，也可用于既受弯矩又受扭矩的轴的近似计算。矩又受扭矩的轴的近似计算。对于只传递转矩的圆截面轴，对于只传递转矩的圆截面轴，其其强度条件强度条件为：为：(MPa)2
13、.01055.936ndPWTp 由上式求出的直径值，需圆整成由上式求出的直径值，需圆整成标准直径或标准直径或与相配合零件的孔径相吻合与相配合零件的孔径相吻合，并作为，并作为轴的最小直轴的最小直径。径。如轴上有一个键槽，可将值增大如轴上有一个键槽，可将值增大3%3%5%5%，如，如有两个键槽可增大有两个键槽可增大7%7%10%10%。对于转轴，可估算轴的直径对于转轴，可估算轴的直径2 2、按弯扭组合校核轴的强度（或计算危、按弯扭组合校核轴的强度（或计算危险截面轴径）险截面轴径）轴的强度校核公式为轴的强度校核公式为 )MPa()(122bzddWTMWM式中式中 ：根据转矩性质而定的折合系数。根
14、据转矩性质而定的折合系数。当为脉动循环时，当为脉动循环时，0.6 0.6；当转矩平稳不变时，当转矩平稳不变时，0.30.3；当转矩为对称循环时，当转矩为对称循环时，=1=1。dMd1b当量弯矩当量弯矩相当应力相当应力 对称循环状态下的许用应力对称循环状态下的许用应力课题二课题二 轴承轴承学习目标：学习目标：1.1.了解了解滑动轴承、滚动轴承滑动轴承、滚动轴承的类型和选的类型和选用。用。2.2.了解了解滚动轴承寿命的计算滚动轴承寿命的计算。3.3.掌握掌握滚动轴承的失效形式滚动轴承的失效形式。轴承轴承主要起两个作用：一是减少摩擦主要起两个作用：一是减少摩擦或磨损，从而提高传动效率；二是用来保或磨
15、损，从而提高传动效率；二是用来保证工作轴所需的回转精度。证工作轴所需的回转精度。轴承的类型：轴承的类型：根据摩擦性质，可将轴承分为根据摩擦性质，可将轴承分为滑动摩滑动摩擦轴承擦轴承（简称滑动轴承）和（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴滚动摩擦轴承承（简称滚动轴承）。（简称滚动轴承）。一、轴承的功用及类型一、轴承的功用及类型 按照轴承承受力方向的不同，轴按照轴承承受力方向的不同，轴承可分为承可分为3 3种形式：种形式：承受径向力的向承受径向力的向心轴承心轴承；承受轴向力的推力轴承承受轴向力的推力轴承；同时承受径向力和轴向力的同时承受径向力和轴向力的向心推向心推力滑动轴承和角接触滚动轴承力滑动轴承和角接触
16、滚动轴承。1.1.向心滑动轴承向心滑动轴承 这类轴承的结构形式有整体式、剖分式、调这类轴承的结构形式有整体式、剖分式、调心式和间隙可调式四种。心式和间隙可调式四种。二、滑动轴承二、滑动轴承 整体式滑动轴承整体式滑动轴承 剖分式滑动轴承剖分式滑动轴承 调心式滑动轴承调心式滑动轴承 间隙可调式滑动轴承间隙可调式滑动轴承 轴瓦是轴承与轴颈直接接触的零件，有整轴瓦是轴承与轴颈直接接触的零件，有整体式、剖分式和分块式三种。体式、剖分式和分块式三种。根据轴承的工作情况，要求轴瓦材料具备根据轴承的工作情况，要求轴瓦材料具备如下性能：一是摩擦系数小；二是导热性好；如下性能：一是摩擦系数小；二是导热性好；三是耐
17、磨、耐蚀、抗胶合能力强；四是要有三是耐磨、耐蚀、抗胶合能力强；四是要有足够的机械强度和可塑性。足够的机械强度和可塑性。2.2.推力滑动轴承推力滑动轴承 推力滑动轴承又称止推轴承，承受轴向载推力滑动轴承又称止推轴承，承受轴向载荷。推力滑动轴承的结构如图荷。推力滑动轴承的结构如图5-21所示，有所示，有轴承座轴承座1、轴套、轴套2、径向轴瓦、径向轴瓦3、推力轴瓦、推力轴瓦4和和销钉销钉5组成组成。二、滑动轴承二、滑动轴承 推力滑动轴承推力滑动轴承 3.3.滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑 滑动轴承润滑的目的是减少摩擦，降低磨滑动轴承润滑的目的是减少摩擦，降低磨损，同时还有散热冷却、缓冲吸振、密封和损，
18、同时还有散热冷却、缓冲吸振、密封和防锈等作用。防锈等作用。（1）润滑剂及其选用）润滑剂及其选用 润滑剂主要有固体润滑剂、润滑脂、液体润润滑剂主要有固体润滑剂、润滑脂、液体润滑剂和气体润滑剂四种，其中最常用的是液滑剂和气体润滑剂四种，其中最常用的是液体润滑剂（润滑油）和润滑脂。体润滑剂（润滑油）和润滑脂。二、滑动轴承二、滑动轴承（2）润滑方法和润滑装置）润滑方法和润滑装置 为保证轴承良好的润滑状态，除合理选择为保证轴承良好的润滑状态，除合理选择润滑剂外，合理选择润滑方法和润滑装置也润滑剂外，合理选择润滑方法和润滑装置也是十分重要的。是十分重要的。1）油润滑）油润滑 油润滑的润滑方法有间隙供油润滑
19、和连续油润滑的润滑方法有间隙供油润滑和连续供油润滑两种供油润滑两种。2）脂润滑）脂润滑 润滑脂只能间歇供给。常用脂润滑装置有润滑脂只能间歇供给。常用脂润滑装置有旋盖注油油杯和压注油杯。旋盖注油油杯和压注油杯。二、滑动轴承二、滑动轴承 1.1.结构结构 滚动轴承一般由外圈滚动轴承一般由外圈1、内圈、内圈2、滚动体、滚动体3和保和保持架持架4组成，如下图所示。一般内、外圈均设有组成，如下图所示。一般内、外圈均设有滚道，一方面可限制滚动体沿轴向移动，同时又滚道，一方面可限制滚动体沿轴向移动，同时又能降低滚动体与内、外圈之间的接触应力。保持能降低滚动体与内、外圈之间的接触应力。保持架把滚动体彼此隔开，
20、避免滚动体相互接触，以架把滚动体彼此隔开，避免滚动体相互接触，以减低摩擦和磨损。减低摩擦和磨损。三、滚动轴承三、滚动轴承 滚动轴承的基本结构滚动轴承的基本结构 2.2.滚动轴承的主要类型及其特点滚动轴承的主要类型及其特点 按滚动体的形状可分为球轴承和滚子轴承。球形按滚动体的形状可分为球轴承和滚子轴承。球形滚动体与内、外圈是点接触，滚子滚动体与内、外滚动体与内、外圈是点接触，滚子滚动体与内、外圈是线接触。圈是线接触。按轴承所承受载荷的方向或公称接触角不同，滚按轴承所承受载荷的方向或公称接触角不同，滚动轴承可分为向心轴承和推力轴承。轴承公称接触动轴承可分为向心轴承和推力轴承。轴承公称接触角是指滚动
21、轴承的滚动体与外圈滚道接触点的法线角是指滚动轴承的滚动体与外圈滚道接触点的法线和轴承径向平面的夹角。和轴承径向平面的夹角。3.3.滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择 （1）载荷大小、方向和性质）载荷大小、方向和性质 （2）轴承转速）轴承转速 （3）自动调心性能要求）自动调心性能要求三、滚动轴承三、滚动轴承 （4）轴承安装尺寸要求）轴承安装尺寸要求（5）经济性）经济性（6）特殊要求）特殊要求 4.4.滚动轴承的失效形式滚动轴承的失效形式 滚动轴承的失效形式主要有三种：疲劳点蚀、滚动轴承的失效形式主要有三种：疲劳点蚀、塑性变形和磨损。塑性变形和磨损。5.5.滚动轴承寿命计算滚动轴承寿命计算 基本
22、概念：基本概念：（1）寿命。滚动轴承的寿命是）寿命。滚动轴承的寿命是指轴承中任何一个滚动体或内、外圈滚道上指轴承中任何一个滚动体或内、外圈滚道上出现疲劳点蚀前轴承转过的总转数，或在一出现疲劳点蚀前轴承转过的总转数，或在一定转速下总的工作小时数。定转速下总的工作小时数。（2）基本额定寿命。）基本额定寿命。在国标规定中，以基在国标规定中，以基本额定寿命作为计算依据。基本额定寿命是本额定寿命作为计算依据。基本额定寿命是指一批相同的轴承，在同样条件下工作，其指一批相同的轴承，在同样条件下工作，其中中10%的轴承产生疲劳点蚀时转过的总转数，的轴承产生疲劳点蚀时转过的总转数，或在一定转速下总的工作小时数。
23、或在一定转速下总的工作小时数。（3）额定动载荷。）额定动载荷。基本额定寿命为基本额定寿命为106r时轴时轴承所能承受的载荷，称为额定动载荷，以承所能承受的载荷，称为额定动载荷，以“Cr”表示。轴承在额定动载荷作用下，不发表示。轴承在额定动载荷作用下，不发生疲劳点蚀的可靠度是生疲劳点蚀的可靠度是90%。（4）额定静载荷。）额定静载荷。轴承工作时，受载最大轴承工作时，受载最大的滚动体和内、外圈滚道接触处的接触应力的滚动体和内、外圈滚道接触处的接触应力达到一定值时的静载荷，称为额定静载荷，达到一定值时的静载荷，称为额定静载荷，用用“COr”表示。表示。（5）当量动载荷。）当量动载荷。实际上，轴承承受
24、的载实际上，轴承承受的载荷往往与上述条件不同。因此，必须将实际荷往往与上述条件不同。因此，必须将实际载荷等效为一个假想载荷。这个假想载荷称载荷等效为一个假想载荷。这个假想载荷称为当量动载荷，以为当量动载荷，以“P”表示。表示。在实际应用中，额定寿命常用给定转速下在实际应用中，额定寿命常用给定转速下运转的小时数表示。考虑到机器振动和冲击运转的小时数表示。考虑到机器振动和冲击的影响，引入了载荷；考虑到工作温度的影的影响，引入了载荷；考虑到工作温度的影响，引入了温度因数。响，引入了温度因数。实用的寿命计算公式为：实用的寿命计算公式为：若当量动载荷若当量动载荷P与转速与转速n均已知，预期寿命均已知，预
25、期寿命已选定，则可根据下式选择轴承型号。已选定，则可根据下式选择轴承型号。当量动载荷的计算当量动载荷的计算 当量动载荷的计算当量动载荷的计算 1.1.单个滚动轴承内、外圈的轴向固定单个滚动轴承内、外圈的轴向固定 与轴上其他零件一样，滚动轴承也必须进行与轴上其他零件一样，滚动轴承也必须进行轴向固定，尤其是受轴向力的滚动轴承，轴轴向固定，尤其是受轴向力的滚动轴承，轴向固定更应可靠。向固定更应可靠。2.2.轴系的固定轴系的固定 （1）两端单向固定）两端单向固定 两端的轴承都靠轴肩和轴承盖作单向固定，两端的轴承都靠轴肩和轴承盖作单向固定，两个轴承的联合作用就能限制轴的双向移动。两个轴承的联合作用就能限
26、制轴的双向移动。此固定方式结构简单、便于安装、调整容易此固定方式结构简单、便于安装、调整容易等。等。四、滚动轴承的组合设计四、滚动轴承的组合设计 （2）一端固定、一端游动）一端固定、一端游动 一端轴承的内、外圈均作双向固定，限制一端轴承的内、外圈均作双向固定，限制了轴的双向移动；另一端轴承外圈两侧都不了轴的双向移动；另一端轴承外圈两侧都不固定。固定。两端单向固定两端单向固定 一端固定、一端游动一端固定、一端游动 3.3.滚动轴承组合结构的调整滚动轴承组合结构的调整 滚动轴承组合结构的调整包括轴承间隙的滚动轴承组合结构的调整包括轴承间隙的调整和轴系轴向位置的调整。调整和轴系轴向位置的调整。4.4
27、.滚动轴承的配合滚动轴承的配合 由于滚动轴承是标准件，为了便于互换和由于滚动轴承是标准件，为了便于互换和适应大量生产，选择配合时就应以轴承为基适应大量生产，选择配合时就应以轴承为基准件，即准件，即轴承内圈与轴颈的配合采用基孔制轴承内圈与轴颈的配合采用基孔制，轴承外圈与座孔的配合采用基轴制轴承外圈与座孔的配合采用基轴制。1.1.滚动轴承的润滑滚动轴承的润滑 轴承润滑的主要目的是减少摩擦与磨损、轴承润滑的主要目的是减少摩擦与磨损、缓蚀、吸震和散热，一般采用缓蚀、吸震和散热，一般采用油润滑油润滑或者或者脂脂润滑润滑。油润滑的摩擦阻力小，润滑可靠，但。油润滑的摩擦阻力小，润滑可靠，但需要供油设备和较复
28、杂的密封装置。润滑脂需要供油设备和较复杂的密封装置。润滑脂黏性大，不易流失，便于密封和维护，且不黏性大，不易流失，便于密封和维护，且不需经常添加，但转速较高时，功率损失较大需经常添加，但转速较高时，功率损失较大。五、滚动轴承的润滑和密封五、滚动轴承的润滑和密封 2.2.滚动轴承的密封滚动轴承的密封 滚动轴承密封的目的是为了防止外部的灰滚动轴承密封的目的是为了防止外部的灰尘、水分及其他杂物进入轴承，并阻止轴承尘、水分及其他杂物进入轴承，并阻止轴承内润滑剂的流失。密封装置可直接设置在轴内润滑剂的流失。密封装置可直接设置在轴承上（成为密封轴承），大多数设置在轴承承上（成为密封轴承），大多数设置在轴承支撑部位。轴承密封分为支撑部位。轴承密封分为接触式密封接触式密封和和非接非接触式密封触式密封。
