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【分析与探究】
4.1.1轴作用
轴类零件是机械零件中的关键零件之一,在机器中起到支承传动零件传递运动或转矩的作用,并保证装在轴上的零件能实现自己的功能(图4-1、图4-2、图4-3、图4-4)。
图4-1自行车
图4-2减速器
图4-3电风扇图9-4汽车发动机
4.1.2轴的分类与应用特点
按照轴线形状的不同,可将轴分为曲轴(图4-5)、直轴(图4-6)和软轴(图4-7)。
曲轴常用于往式机械(如曲柄压力机、内燃机等,图4-8)。
软轴用于有特殊需要的场合(如在管道疏通机、电动工具中的应用,图4-7)。
直轴在各种机器上被广泛应用。
本节主要讨论常用的直轴。
图4-6曲轴图4-6直轴
图4-7安装在电动工具上的软轴图4-8内燃机气缸
直轴按其外形不同可分为光轴(图4-6a)和阶梯轴(图4-6b),在一般机械中阶梯轴的应用最为广泛。
直轴按其承载情况不同又可分为心轴、传动轴和转轴三种类型。
1、心轴
心轴指只承受弯矩的轴(仅起支承转动零件的作用,不传递动力),按其否转动又分为转动心轴(图4-9中)和固定心轴(图4-10中)。
图4-9火车车轮与轴图4-10自行车前轴
2、传动轴
传动轴指只是承受转矩轴(只传递运动和动力)。
例如将汽车前置变速器的运动和动力传至后桥从而使汽车轮子转动的轴就是传动轴(图4-11)。
3、转轴
转轴指既承受转矩轴(既支承转动零件又传递运动和动力)。
例如齿轮减速器的轴就是转轴(图4-12)。
图4-11传动轴图4-12转轴
4.1.3轴的材料与毛坯
轴的材料主要采用优质碳素结构钢和合金钢。
轴的材料应当满足强度、刚度、耐磨性和耐腐蚀性等的要求,采用何种轴材料取决于轴的工作性能及工作条件。
1)优质碳素结构钢对应力集中敏感性小,价格相对便宜,具有较好的机械强度,主要用于制造不重要的轴或受力较小的轴,应用最为广泛。
常用的优质碳素结构钢有35、40、45钢。
为了提高材料的力学性能和改善材料的可加工性,优质碳素结构钢要进行调质或正火热处理。
2)合金钢对应力集中敏感性强,价格较碳素钢贵,但机械强度较碳素钢高,热处理性能好,多用于高速、重载和耐磨、耐高温等特殊条件的场合。
常用的合金钢有40Cr、35SiMn、40MnB等。
轴的毛坯一般采用热轧圆钢和锻件。
对于直径相差不大的轴通常采用热轧圆钢,对于直径相差较大或力学性能要求高的轴采用锻件,于形状复杂的轴也可以采用铸钢或球墨铸铁。
轴的常用材料及力学性能见表9-1。
表9-1轴的常用材料及其主要力学性能
材料
牌号
热处理
方法
毛径直径
/mm
硬度
HBW
抗拉强度
屈服点
许用弯曲应力/MPa
不小于
Q235A
热轧或锻后空冷
≤100
>100~250
400~420
375~390
225
215
125
70
40
用于不重要的轴
35
正火
149~187
520
270
170
75
45
用于一般的轴
170~217
600
300
200
95
55
用于较重要的轴
调质
≤200
217~255
650
360
108
60
40Cr
241~286
750
550
120
用于载荷较大,但冲击不太大的重要轴
>100~300
700
500
35SiMn
229~286
800
130
用于中、小型轴,可代替40Cr
42SiMn
40MnB
245
用于小型轴,可代替
4.1.4轴的结构
轴的结构主要决定于载荷情况、轴上零件的布置、定位及固定方式、毛坯类型、加工和装配工艺、轴承类型和尺寸等条件。
.
在此重点讨论阶梯轴的结构。
图9-13所示为阶梯轴的典型结构。
1.轴的组成部分
1)轴头是轴上安装旋转零件的轴段;
用于支承传动零件,是传动零件的回转中心。
2)轴肩是轴两段不同直径之间形成的台阶端面;
用于确定轴承、齿轮等轴上零件的轴向位置。
3)轴颈是轴上安装轴承的轴段;
用于支承轴承.并通过轴承将轴和轴上零件固定于机身上。
4)轴身是连接轴头和轴颈部分的非配合轴段
5)轴环是直径大于其左右两个直径的轴段;
其作用与轴肩相同。
图4-13阶梯轴的典型结构
1、5-轴头2-轴肩3-轴身4、7-轴颈6-轴环8-轴承盖
9-滚动轴承10齿轮11-套筒12-带轮13-轴端挡圈
2.轴上零件的固定方法
1)轴上零件的周向定位与固定。
周向定位与固定是为了限制轴上零件与轴之间的相对转动和保证同心度.以准确地传递运动与转矩。
常用的周向定位与固定的方法有销、键、花键、过盈配合和紧定螺钉联接等.见表4-2。
2)轴上零件的轴向定位与固定。
轴向定位与固定是为了,使轴上零件准确地位于规定的位置上,以保证机器的正常运转。
常用的轴向定位与固定的方法有轴肩、轴环、套筒、圆螺母、止动垫圈、弹性挡圈、螺钉锁紧挡圈、轴端挡圈和圆锥面,见表4-3。
表4-2零件的周向固定方法
方式
结构图形
应用说明
过盈配合
轴向、周向同时固定,对中精度高。
一般用在传递转矩小,不便开键槽,或要求零件与轴心线对中性高的场合。
平键联接
加工容易,拆卸方便。
轴向不能限位,不承受轴向载荷。
适用于传递转矩较大、对中性要求一般的场合,使用最为广泛。
花键联接
适用于传递转矩大、对中性要求高或零件在轴上移时要求导向性良好的场合
销联接
轴向、周向都固定,不能承受较大载荷。
按极限载荷设计的圆柱销可以作为过载时被剪断以保护其他重要零件的安全装置
表4-3轴上零件的轴向固定方法
固定方式
轴肩或轴环
固定可靠,承受的轴向力大
套筒
固定可靠,承受轴向力大,多用于轴上相邻两零件相距不远的场合。
锥面
对中性好,常用于调整轴端零件位置或需经常拆卸的场合
圆螺母与止动垫圈
常用于零件与轴承之间距离较大,轴上允许车制螺纹的场合
双圆螺母
可以承受较大的轴向力,螺纹对轴的强受削弱较大,应力集中严重
轴用弹性挡圈
尺寸小,重量轻中,只能承受较小的轴向载荷
轴端挡圈
承受轴向力小或不承受轴向力的场合
紧定螺钉
只能承受非常小的载荷
【学习小结】
轴的作用是支承轴卜零件并传递运动与转矩
轴分为曲轴、直轴和软轴三大类.直轴义町分为光轴和阶梯轴,其中阶梯轴应用最多。
轴上零件可以采用多种方式进行轴向固定和周向固定。
轴使用的材料多为中碳钢或巾碳合金钢,都需要经过正火或调质处理。
4.2轴承的作用与分类
1)了解轴承的作用
2)了解轴承的分类与应用。
轴承的作用是支撑轴,保证轴的回转精度,避免同转轴与轴承座直接摩擦、磨损.
轴承按是否有滚动体分为滑动轴承和滚动轴承.
4.2.1滚动轴承
带滚动体的轴承足滚动轴承(图4-14)。
此类轴承摩擦阻力小,润滑方便,可长时间运转滚动轴承已标准化,应用范围非常广泛。
滚动轴承的制造成本较高,磨损后易产生较大的噪声和振动
4.2.2滑动轴承
没有滚动体的轴承是滑动轴承(图4-15)。
滑动轴承按其润滑状态的不同分为液体润滑滑动轴承和不完全液体润滑滑动轴承前者效率高、寿命长.能够满足高速、重载或旋转精度高等要求,常用在汽轮机、大型电机、内燃机、磨床的主轴上;
后者结构简单,便于制造,安装和维护,成本低,运转噪声小,可承受较大的冲击和振动,但磨损较快,多用在低速且带有冲击的机械(如水泥搅拌机、破碎机等)中和许多只有一般要求的场合。
4.3滚动轴承
1)了,解滚动轴承的作用。
2)理解滚动轴承的类型、代号、特点、应用。
3)了解滚动轴承的同定方法。
4)了解滚动轴承的装拆与调整以及轴系的调整
4.3.1滚动轴承的构造
滚动轴承的基本构造如图4-16所小。
它足由内圈、外圈、滚动体和保持架组成的。
内圈固定在轴颈上,外圈固定在机座或壳体的轴承座孔中,内、外圈工作表面有滚道,当内、外圈相对转动时,滚动体沿滚道滚动,保持架使滚动体均匀分布、互相不接触。
图4-16滚动轴承的组成
滚动体的形状分为球形、圆柱形、圆锥形、鼓形、滚针形等(图4-17)。
图4-17
a)球b)圆柱滚子c)滚针d)圆锥滚子e)球面滚子
4.3.2滚动轴承的类型及其特点
滚动轴承按其滚动体形状的不同.可分为球轴承和滚子轴承两大类。
滚子轴承的滚动体与内、外圈的接触是线接触,而球轴承的滚动体与内、外圈为点接触,故滚子轴承的承载能力比球轴承的大。
1.球轴承
常用的球轴承有以下几种:
1)深沟球轴承(图4-18)。
此种轴承主要承受径向载荷.也能承受部分轴向载荷,采用单列或双列设计,应用广泛,常用于机床主轴箱、小功率电动机等
2)调心球轴承(图4-19)。
这种轴承采用双列设计,具有自动调心的作用,既承受径向载荷,也能承受不大的轴向载荷.适用于长轴、多支点传动轴或刚度较小、难以对中的轴。
3)角接触球轴承(图4-20)。
此种轴承可承受径向载荷,也可承受轴向载荷。
单列角接触球轴承只能承受单方向的轴向载荷,双列角接触球轴承可承受烈方向的轴向载荷、其内部接触角有15°
、25°
、40°
之分为承受双方向轴向载荷,亦可成对使用单列角接触球轴承。
角接触球轴承常用往斜齿轮减速器、蜗杆减速器、小型工具钻的轴上。
图4-18图4-19
4)推力球轴承(图4-21)。
此种轴可承受轴向载荷,不能承受径向载荷。
单列推力球轴承只能承受单方向的轴向载荷,双列推力球轴承能承受双方向的轴向载荷。
图4-20图4-21
2.滚子轴乐
常用的滚子轴承有以几种:
1)圆柱滚子轴承(图9—22)。
此种轴承口r承受较大的径向载荷,承载能力比深沟球轴承大,适用于刚度较大、对中性好、高速运转的轴。
圆柱滚子轴承常用于大功率电机、人字齿轮减速器、车床或铣床的主轴。
2)圆锥滚子轴承(图9—23)。
此种轴承可同时承受较大径向载荷和轴向载荷。
单列圆锥滚子轴承只能承受单方向的轴向载荷
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