第5章 軸系零部件

第5章軸系零部件軸承5.1軸

5.2連接

5.3【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解滾動(dòng)軸承的主要類(lèi)型、應(yīng)用特點(diǎn)、選型原則、失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2．掌握滾動(dòng)軸承代號(hào)的構(gòu)成和含義、壽命計(jì)算方法3．掌握滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)要點(diǎn)4．了解滑動(dòng)軸承類(lèi)型特點(diǎn)及應(yīng)用5．了解軸的類(lèi)型、常用材料和軸設(shè)計(jì)的基本要求和方法6．掌握軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求，能比較熟練地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和繪制結(jié)構(gòu)圖7．掌握轉(zhuǎn)軸承載能力的校核方法8．了解常用聯(lián)接方式的種類(lèi)、特點(diǎn)及應(yīng)用9．掌握普通平鍵聯(lián)接的選擇和計(jì)算方法10．了解聯(lián)軸器、離合器、制動(dòng)器及其他常用聯(lián)接的類(lèi)型和應(yīng)用特點(diǎn)5.1軸承5.1.1軸承的功用和類(lèi)型1．軸承的功用2．軸承的類(lèi)型3．滾動(dòng)軸承的組成、類(lèi)型及特點(diǎn)（1）滾動(dòng)軸承的組成圖5-1滾動(dòng)軸承的構(gòu)造

1—外圈2—內(nèi)圈3—滾動(dòng)體4—保持架圖5-2滾動(dòng)體形狀（2）滾動(dòng)軸承的類(lèi)型及特點(diǎn)①按滾動(dòng)體形狀分類(lèi)，滾動(dòng)軸承可分為球軸承和滾子軸承。球軸承。滾子軸承。②按承受載荷的方向分類(lèi)。徑向接觸軸承（

=

0°）。徑向接觸軸承主要承受徑向載荷，也可承受較小的軸向載荷，如深溝球軸承、調(diào)心軸承等。向心角接觸軸承（0°＜≤45°）。軸向接觸軸承（

=

90°）。推力角接觸軸承（45°＜＜90圖5-3滾動(dòng)軸承的接觸角類(lèi)型及代號(hào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及標(biāo)準(zhǔn)號(hào)載荷方向主要性能及應(yīng)用調(diào)心球軸承10000其外圈的內(nèi)表面是球面，內(nèi)、外圈軸線(xiàn)間允許角偏位為2°～3°，極限轉(zhuǎn)速低于深溝球軸承。該類(lèi)軸承可承受徑向載荷及較小的雙向軸向載荷，常用于軸變形較大及不能精確對(duì)中的支撐處調(diào)心滾子軸承20000其軸承外圈的內(nèi)表面是球面，主要承受徑向載荷及一定的雙向軸向載荷，但不能承受純軸向載荷，允許角偏位為0.5°～2°。該類(lèi)軸承常用在長(zhǎng)軸或受載荷作用后軸有較大的彎曲變形及多支點(diǎn)的軸上圓錐滾子軸承30000該類(lèi)軸承可同時(shí)承受較大的徑向及軸向載荷，承載能力大于“7”類(lèi)軸承。其外圈可分離，裝拆方便，一般成對(duì)使用表5-1 滾動(dòng)軸承的類(lèi)型、特性和應(yīng)用雙列深溝球軸承40000該類(lèi)軸承主要承受徑向載荷，也能承受一定的雙向軸向載荷。其承載能力較深溝球軸承高推力球軸承51000該類(lèi)軸承只能承受軸向載荷，而且載荷作用線(xiàn)必須與軸線(xiàn)相重合，不允許有角偏差，極限轉(zhuǎn)速低雙向推力球軸承52000該類(lèi)軸承能承受雙向軸向載荷，其余與推力軸承相同深溝球軸承60000該類(lèi)軸承可承受徑向載荷及一定的雙向軸向載荷，內(nèi)、外圈軸線(xiàn)間有小量的角偏差類(lèi)型及代號(hào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及標(biāo)準(zhǔn)號(hào)載荷方向主要性能及應(yīng)用續(xù)表角接觸球軸承70000該類(lèi)軸承可同時(shí)承受徑向及軸向載荷，也可用來(lái)承受純軸向載荷。其承受軸向載荷的能力由接觸角的大小決定。接觸角大，則其承受軸向載荷的能力高。由于存在接觸角，角接觸球軸承在承受純徑向載荷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部軸向力，使內(nèi)、外圈有分離的趨勢(shì)。因此，該類(lèi)軸承都是成對(duì)使用，可以分裝于兩個(gè)支點(diǎn)或同裝于一個(gè)支點(diǎn)上。另外，該類(lèi)軸承極限轉(zhuǎn)速較高推力滾子軸承80000該類(lèi)軸承能承受較大的單向軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速低滾針軸承NA0000該類(lèi)軸承不能承受軸向載荷，不允許有角度偏斜，極限轉(zhuǎn)速較低。滾針軸承結(jié)構(gòu)緊湊，在內(nèi)徑相同的條件下，與其他軸承比較，其外徑最小。該類(lèi)軸承適用于徑向尺寸受限制的部件中～圓柱滾子軸承N0000該類(lèi)軸承能承受較大的徑向載荷，不能承受軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速也較高，但允許的角偏位很小，約設(shè)計(jì)該類(lèi)軸承時(shí)，要求軸的剛度大，對(duì)中性好。類(lèi)型及代號(hào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及標(biāo)準(zhǔn)號(hào)載荷方向主要性能及應(yīng)用續(xù)表5.1.3滾動(dòng)軸承的選擇和計(jì)算1．滾動(dòng)軸承的類(lèi)型選擇2．滾動(dòng)軸承的失效形式3．滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算實(shí)用的壽命計(jì)算公式為（5-1）式中：—計(jì)算額定動(dòng)載荷，單位為kN；Cr

—額定動(dòng)載荷，單位為kN，可查附表；ε

—壽命指數(shù)。球軸承

=3，滾子軸承

=10/3。5.2軸1．軸的分類(lèi)（1）按受載情況分類(lèi)圖5-26心軸圖5-27傳動(dòng)軸

圖5-28轉(zhuǎn)軸鋼號(hào)熱

處

理毛坯直

徑/mm硬度HBS力學(xué)性能許用彎曲應(yīng)力應(yīng)用抗拉強(qiáng)度

b屈

服

點(diǎn)

s彎曲疲勞極限

?1扭轉(zhuǎn)疲勞極限

?1靜應(yīng)力[

+1]脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力［

0］對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力［

?1］MPa≥MPa20正火回火≤100＞100～300＞300～500103～1563903753652151951901709590851257040用于載荷不大，要求韌性較高的軸35正火回火≤100＞100～300149～1875104902652552401201151657545用于要求有一定強(qiáng)度和加工塑性的軸調(diào)質(zhì)≤100＞100～300156～207550530295275230130125175855045正火回火≤100＞100～300＞300～500170～217162～217156～2175905705402952852752552452301401351301959555應(yīng)用最廣泛調(diào)質(zhì)≤200217～25564035527515521510060表5-13 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能鋼號(hào)熱

處

理毛坯直

徑/mm硬度HBS力學(xué)性能許用彎曲應(yīng)力應(yīng)用抗拉強(qiáng)度

b屈

服

點(diǎn)

s彎曲疲勞極限

?1扭轉(zhuǎn)疲勞極限

?1靜應(yīng)力[

+1]脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力［

0］對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力［

?1］MPa≥MPa40Cr調(diào)質(zhì)≤100＞100～300＞300～500241～286229～26973568563054049043035533531020018516524512070用于載荷較大，而無(wú)很大沖擊的重要的軸40

MnB調(diào)質(zhì)≤200241～28673549034519524512070性能接

近40Cr，用于重

要的軸40

CrNi調(diào)質(zhì)≤100＞100～300270～300240～27090078573557043037026021028513075用于很重

要的軸38

SiMnMo調(diào)質(zhì)≤100＞100～300＞300～500229～286217～269196～24173568563059054048036534532021019517527512070性能接近35CrMo20Cr滲碳、淬火、回火≤100表面56～62HRC64039030516021510060用于要求強(qiáng)度和韌性均較高的軸續(xù)表

38

CrMoAIA調(diào)質(zhì)≤60＞60～100＞100～160293～321277～302241～27793083578578568559044041037528027022027512575用于要求高耐磨性、高強(qiáng)度且熱處理（氮化）變形小的軸3Cr13調(diào)質(zhì)≤100≥24183563539523027513075用于在腐蝕條件下工作的軸QT400?15——156～197400300145125100——用于制造形狀復(fù)雜的軸QT600?3——197～269600420215185150——鋼號(hào)熱

處

理毛坯直

徑/mm硬度HBS力學(xué)性能許用彎曲應(yīng)力應(yīng)用抗拉強(qiáng)度

b屈

服

點(diǎn)

s彎曲疲勞極限

?1扭轉(zhuǎn)疲勞極限

?1靜應(yīng)力[

+1]脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力［

0］對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力［

?1］MPa≥MPa續(xù)表

注：①表中疲勞極限數(shù)值，均按下列各式計(jì)算。碳鋼

?1≈0.43

b，合金鋼

?1≈0.2（

b+

a）+100，不銹鋼

?1≈0.27（

b+

s），各種鋼

1≈0.156(

b≈

s)，球墨鑄鐵

?1≈0.36

b，

?1≈0.31

b。②球墨鑄鐵的屈服點(diǎn)為

0.2。③其他性能，一般可取

s≈（0.55～0.62）

s，

0≈1.4

?1，

0≈1.5

?1。3．軸的設(shè)計(jì)要求和一般設(shè)計(jì)步驟①具有足夠的承載能力。②具有合理的結(jié)構(gòu)形狀軸的一般設(shè)計(jì)步驟如下。③按工作要求選擇材料和熱處理方法。④初步估算軸的基本直徑。⑤進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度等結(jié)構(gòu)尺寸。⑥進(jìn)行必要的承載能力驗(yàn)算。⑦繪制軸的零件工作圖。5.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1．軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求圖5-33軸各部分名稱(chēng)通常軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求有以下幾點(diǎn)。①軸和軸上零件必須定位準(zhǔn)確，固定可靠。②軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整。③軸應(yīng)具有良好的制造和裝配工藝性。④軸的受力合理，軸的結(jié)構(gòu)盡可能減少應(yīng)力集中、有利于節(jié)約材料和減輕重量等。2．軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法圖5-34軸的結(jié)構(gòu)分析1—軸端擋圈2—V帶輪3—軸承蓋4—滾動(dòng)軸承5—套筒6—平鍵7—齒輪5.2.3軸的承載能力校核1．軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算（5-4）（5-5）2．轉(zhuǎn)軸的最小直徑估算對(duì)于既受彎矩又傳遞轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)軸，式（5-5）可用來(lái)估算軸的最小直徑。即（5-6）當(dāng)最小直徑處開(kāi)有鍵槽時(shí)，考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱，應(yīng)將計(jì)算值增大并圓整。當(dāng)軸徑d＜100mm時(shí)，有一個(gè)鍵槽，軸徑增大3%～5%；有兩個(gè)鍵槽，軸徑增大7%～10%。3．轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度校核一般步驟如下。①作出軸的空間受力圖，將外載荷分解為水平面和垂直面的分力，并求出水平面支撐反力RH和垂直面的支撐反力RV。②作出水平面彎矩MH圖和垂直面彎矩MV圖。③計(jì)算合成彎矩：，并繪制合成彎矩圖。④作出轉(zhuǎn)矩T圖。⑤計(jì)算當(dāng)量彎矩。⑥計(jì)算危險(xiǎn)截面的軸徑。（5-7）5.3連接5.3.1螺紋聯(lián)接（1）螺紋的形成及分類(lèi)圖5-55螺紋的牙型圖5-56螺紋的旋向和線(xiàn)數(shù)（2）螺紋的主要參數(shù)程（S）和牙型角（）。圖5-57螺紋的主要參數(shù)（4）螺紋聯(lián)接的主要類(lèi)型及應(yīng)用類(lèi)型構(gòu)造特點(diǎn)及應(yīng)用主要尺寸關(guān)系螺栓聯(lián)接螺栓穿過(guò)被聯(lián)接件的通孔，與螺母組合使用，裝拆方便，成本低，不受被聯(lián)接件材料限制。廣泛用于傳遞軸向載荷且被聯(lián)接件厚度不大，能從兩邊進(jìn)行安裝的場(chǎng)合（1）螺紋余留長(zhǎng)度靜載荷l1≥（0.3～0.5）d變載荷l1≥0.75d沖擊、彎曲載荷l1≥d鉸制孔時(shí)l1

≈

d（2）螺紋伸出長(zhǎng)度l2

≈（0.2～0.3）d（3）旋入被聯(lián)接件中的長(zhǎng)度被聯(lián)接件的材料為鋼或青銅l3

≈

d鑄鐵l3

=（1.25～1.5）d鋁合金l3=（1.5～2.5）d（4）螺紋孔的深度l4

=

l3

+（2～0.5）P（5）鉆孔深度l5

=l3

＋（3～3.5）P（6）螺栓軸線(xiàn)到被聯(lián)接件邊緣的距離e

=

d

+

（3～6）mm（7）通孔直徑d0

≈

1.1d（8）緊定螺釘直徑d

=

（0.2～0.3）d軸螺栓穿過(guò)被聯(lián)接件的鉸制孔并與之過(guò)渡配合，與螺母組合使用，適用于傳遞橫向載荷或需要精確固定被聯(lián)接件的相互位置的場(chǎng)合表5-15 螺紋聯(lián)接的主要類(lèi)型類(lèi)型構(gòu)造特點(diǎn)及應(yīng)用主要尺寸關(guān)系雙頭螺柱聯(lián)接雙頭螺柱的一端旋入較厚被聯(lián)接件的螺紋孔中并固定，另一端穿過(guò)較薄被聯(lián)接件的通孔，與螺母組合使用，適用于被聯(lián)接件之一較厚、材料較軟且經(jīng)常裝拆，聯(lián)接緊固或緊密程度要求較高的場(chǎng)合