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1、第九章轴、轴承及联轴器9.1轴一、概述（一）、轴的用途与分类1、功用：1）支承回转零件；2）传递运动和动力2、分类：轴是直接支持传动零件和其它轴上零件以传递运动和动力的重要零件。设备的工作能力和工作质量在很大程度上与轴有关。按中心线形状不同分类(1)直轴：中心线为一直线的轴称为直轴。在轴的全长上直径都相等的直轴称为光轴,如图(a)所示;各段直径不等的直轴称为阶梯轴,如图(b)所示。(a)光轴;(b)阶梯轴;(c)空心轴由于阶梯轴上零件便于拆装和固定,又利于节省材料和减轻重量,因此在机械中应用最普遍
2、。在某些机器中也有采用空心轴的,以减轻轴的重量或利用空心轴孔输送润滑油、冷却液等。(2)曲轴：中心线为折线的轴称为曲轴,如图所示。它主要用在需要将回转运动与往复直线运动相互转换的机械中。直轴：阶梯轴光轴曲轴：实物轴按承载情况不同分类(1)转轴：工作中同时受弯矩和扭矩的轴称为转轴。转轴在各种机器中最常见,如减速箱中的齿轮轴。(2)传动轴:只受扭矩不受弯矩或所受弯矩很小的轴称为传动轴。如汽车传动轴。(3)心轴：只承受弯矩的轴称为心轴。心轴又分为转动心轴和固定心轴,前者如机车车轴(见图(a)),后者如自
3、行车的前轴(见图(b))。转轴传动轴心轴(a)机车车轴;(b)自行车前轴1.碳素钢碳素钢比合金钢价廉,对应力集中不敏感,并可用热处理的方法改善其力学性能。一般机械中常用35、45、50钢等优质碳素钢,并进行正火或调质处理,其中以45钢用得最为广泛。不重要的、受力较小的轴可采用Q235、Q275等碳素结构钢。二、轴的材料2.合金钢合金钢具有较高的力学性能和良好的热处理工艺性,但对应力集中比较敏感,且价格较贵,多用于高速、重载及有特殊要求的轴材料。对于耐磨性要求较高的轴,可选用20Cr、20CrMnT
4、i等低碳合金钢,进行渗碳淬火处理。对于在高温、高速和重载条件下工作的轴,可选用38CrMoAlA、40CrNi等合金结构钢。由于在一般工作温度下,碳素钢和合金钢的弹性模量相差无几,因此,不能用合金钢代替碳素钢来提高轴的刚度。轴的毛坯通常用锻件和热轧圆钢。对于某些结构外形复杂的轴可采用铸钢或球墨铸铁,后者具有吸震性、耐磨性好、价格低廉、对应力集中敏感性差等优点。下表列出了几种轴的常用材料及其力学性能。轴的常用材料及其主要力学性能三、轴及轴系的结构设计轴及轴系的结构设计主要要求是:(1)便于加工,具有
5、良好加工和装配的工艺性,轴上零件便于拆装和调整；(2)轴上零件布置合理,受力合理,利于提高轴的强度和刚度；(3)轴上零件的轴向定位、周向定位准确,固定可靠；(4)尽量减少应力集中,节约材料。（一）、零件在轴上的轴向固定零件在轴上的轴向固定方法很多,如图所示,选择时要综合考虑零件在轴上的位置、轴向力的大小、具体的安装条件等。轴上零件的轴向固定方法轴上零件的轴向固定方法轴上零件的轴向固定方法1.轴肩和轴环阶梯轴上常采用轴肩或轴环定位,如图所示。轴肩或轴环是阶梯轴上截面变化的部分,由定位面和过渡圆角组成
6、。轴肩结构简单,能承受较大的轴向力,应用较多。轴肩和轴环轴肩圆角半径2.套筒在轴的中部,当两个零件间距离较小时,常采用套筒作相对固定,如图所示。使用套筒可简化轴的结构,避免在轴上制出螺纹、环形槽等,能有效地提高轴的疲劳强度,但增加了一些重量,故套筒不应太长。且因套筒与轴的配合较松,所以也不宜用于高速轴。套筒的使用3.圆螺母圆螺母可承受较大的轴向力,但在螺纹处有应力集中,会降低轴的疲劳强度,故其多用于固定装在轴端的零件,一般采用细牙螺纹。为防止圆螺母松脱,可采用加止动垫圈或用双圆螺母。4.挡圈挡圈通
7、常与轴肩联合使用定位,常用的有螺钉锁紧挡圈、弹性挡圈和轴端挡圈三种(见图)。螺钉锁紧挡圈用紧定螺钉固定在轴上,若在轴上零件两侧各用一个锁紧挡圈时,可任意调整轴上零件的位置,装拆方便。但紧定螺钉不能承受大的轴向力,且钉端会引起轴应力集中。轴上零件作轴向固定也可使用弹性挡圈,这种固定方法简单,但承受轴向力小,且轴上需设沟槽,也会因应力集中而削弱轴的强度。弹性挡圈常用作滚动轴承的轴向固定。轴端挡圈(又称压板)常用于轴端零件的固定,如图中的联轴器就是利用轴端挡圈和螺母将零件压紧在轴肩上的。这种固定方法工作
8、可靠,应用颇广。5.锥形轴头轴和毂孔利用锥面配合,对中性好,轴上零件装拆方便,且可兼作周向固定,常用于转速较高的场合。当用于轴端零件的固定时,可与轴端挡圈配合使用,使零件得到双向定位和固定。在用套筒、圆螺母、轴端挡圈作轴向固定时,为确保轴上零件定位可靠,轴头的长度应比零件轮毂的宽度短2～3mm(见图)。轴段长度稍短（二）、零件在轴上的周向固定为了传递运动和转矩,防止轴上零件与轴作相对转动,必须有可靠的周向固定。转动零件与轴的周向固定所形成的联结,称为轴毂联结。轴毂联结的形式很多,常
