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,使它们起回转并传递转矩 9.1键联接和销联接 92轴 9.3轴承 9.4联轴器、烹合器和制动器 9.5键、销及其联接的应用 9.6机械零部件的认识
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 键是标准件,根据键在联接时的松紧状态不同,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酤合,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,特别在髙速精密传动中应用更多。 但松键联接不餘承受轴向力,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。 ①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(⑧型) 和单囻头(型)三种。A型平键用亍端铣刀加工的轴槽,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型平键-般用于轴端的联接 a (e)方头 (d)单圆头 普通平键联接
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。 ①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 ②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,并与轮毂起在铀上的键槽中滑动。 @ 國塑 a)导向平键嵌接 b)指键联接(键槽已盘短 图1导向平键和滑键接 图2半圆键联接 (2)半圆键联接如图2所示,半圆键呈半圆形,轴槽也是相应的半囻形,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,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GB1098-79、GB109979
9.1.1 键联接的类型及其特点 ②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，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GB1098—79、GB1099—79。 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 工作时依靠键达的面来待速转知,由于联的键达较多:因能烧速大的载荷,且轴上哪件 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。 恭Y (a)矩形花键 b音开绞花键 c)三角彩花键 图2花键联接 图1外花键(花键轴)与内花键(花键孔) 花键联接已经标准隹化。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(2) 其中以矩形花键应用最广 ①矩形花键它的齿侧面为两平行平面,姻图2a所示。 ②渐开线花键它的齿形为压力角a=30°(或45°)的渐开线,如图2b际示。 ③三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 小
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)， 其中以矩形花键应用最广。 ①矩形花键 它的齿侧面为两平行平面，如图2a所示。 ②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。 ③三角形花键联接 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。 .①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, 对精度要求不高的低速机械上 1年面 wY 1: toI 度1:100 1: a)通锲键A(b)菩通决键B分(c)头楔键 图2切向键联接 图1楔键联接 ②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 120°~135°,如图2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
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。 ①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， 对精度要求不高的低速机械上。 ②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 120°～135°，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
91.2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、键髙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合有三种联接形式,即较松鍵联接、一般键联接 和较紧键联接。较松键联接主要应用在导冋平键上;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,并对键的宬度b仅规定 了h9_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,即键长要略短于咸等于)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(15~2)d,d为轴的直径。 3.平键选用举例 【例9.2】选用如图9.8所示的减速器输岀轴与齿轮的平键联接。已知轴在轮毂处的直径 150 d=1用键和轴的材料为45钢,轮额的长度B15mm,试洗用 尺寸按轴的直径d=100mm和轮毂的长度B=150mm,查表9.1 选用 bxhxL=28×16×140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28×140GB109679。 减速器输出轴
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(1.5～2)d，d为轴的直径。 3．平键选用举例 【例9.2】选用如图9.8所示的减速器输出轴与齿轮的平键联接。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：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b×h×L=28×16×140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28×140GB1096—79。 减速器输出轴
91.3销联接的形式和应用 1.销的几种基本形式 销主要有圆柱形和囻锥形两科销,其他形式是由此演化而来的。普通囻柱销分AB、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 ●于经常拆卸的零件定位。在生产中常用销的类型、特点和应用见表92。 表92常用销的类型、特点和应用 类型 图形 标准 特点和应用 普通圆柱销 GB11986 销孔需铰制,多次装拆后会降低 圆 定位精度和联接的紧固。只能传 柱内螺纹圆柱销 七千 GB12086递不大的载荷。内螺纹圆柱销多 销 用于盲孔,弹性圆柱销用于冲击、 振动的场合 弹性圆柱销 GB879~86 普通圆锥销 GB117-86 圆 便于安装。定位精度比圆柱 锥内螺纹圆锥销 GB11886 销高。在联接件受横向力时能自 销 锁。销孔需铰制。螺纹供拆卸用 1:5 螺尾圆锥销 GB88186 开口销 GB91-86 工作可靠,拆卸方便,用于锁定
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 GB119—86 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 GB120—86 弹性圆柱销 GB879～86 圆 锥 销 普通圆锥销 GB117—86 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 GB118—86 螺尾圆锥销 GB881—86 开 口 销 GB91—86 工作可靠，拆卸方便，用于锁定 其他紧固件
91.3销联接的形式和应用 2.销联接的功用及示例 销联接的主要功用是: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1:50的锥度,具有可靠的自锁性, 可以在同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1~2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、h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。 图1用 (a) 图2用圆柱销传递横向力和转矩 (2)传递横向力和转矩使用圆柱销或囻锥销可传递不大的横向力或转矩,如图2所示。囻柱 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。安全诮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
9.1.3 销联接的形式和应用 2．销联接的功用及示例 销联接的主要功用是：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1～2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 ①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。 ②传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) ③转轴既传递转矩,又承受弯矩的轴。如齿轮减速器的输岀轴(图3)。 陨品“= 被驱动秋置 万向传动轴 前轮轮毂 图2汽车变速箱与后 图1自行车前轮轴 桥之间的传动轴 图3齿轮减速器的输出轴 图4挠性轴 (2)根据轴心线形状分类 ①直轴用于一般机械中。按外形又可分为光轴和阶梯轴(图5) ②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)。 ③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5光轴和阶梯轴 图6曲轴
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 ①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。 ②传动轴 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)。 ③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 ①直轴 用于一般机械中。按外形又可分为光轴和阶梯轴(图5)。 ②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)。 ③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;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系列,如表94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。轴径的确定除按強度 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=08~工.以)d。各级低速铀的轴径可按同级齿轮的中心距来 估算,经验公式为d=03~0.4归,经估算后的轴径再圆整到标准值即可。 表94标准直径 1010.51111.5121314151617181920 4548 555860657075808590 5100 105110 115120130 轴承座 减动轴承齿轮 轴承盖 联轴器 图 图轴 构 轴头 身轴
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；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=(0.8～1.2) 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=(0.3～0.4)a，经估算后的轴径再圆整到标准值即可。 表9.4 标准直径 10 10.5 11 11.5 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 24 25 26 28 30 32 34 35 38 40 42 45 48 50 52 55 58 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 130 图 1 轴 的 结 构