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轴和键联接的基本知识
轴及键联接基本知识
传动零件必须被支承起来才能进行工作,支承传动件的零件称为轴。
轴本身又必须被支承起来,轴上被支承的部分称为轴颈,支承轴颈的支座称为轴承。
轴与零件之间的联接称为键联接。
1概述
轴是组成机器的重要零件之一,轴的主要功用是支承旋转零件、传递转矩和运动。
一、轴的分类(心轴、传动轴、转轴)
1.心轴:
用来支承转动零件,只承受弯矩而不传递转矩。
例:
自行车的前轮轴(固定心轴)、铁路机车轮轴(旋转心轴)。
自行车的前轮轴
铁路机车的轮轴
2.传动轴:
主要用于传递转矩而不承受弯矩,或所承受的弯矩很小的轴。
例:
汽车中联接变速箱与后桥之间的轴。
3.转轴:
机器中最常见的轴,通常简称为轴。
工作时既承受弯矩又承受转矩。
减速器轴
根据轴线的形状的不同,轴又可分为直轴、曲轴和挠性钢丝轴。
曲轴
挠性钢丝轴
2轴的结构设计
拆装
轴上各段的名称
轴的结构和形状取决于下面几个因素:
(1)轴的毛坯种类:
(2)轴上作用力的大小及其分布情况;(3)轴上零件的位置、配合性质及其联接固定的方法;(4)轴承的类型、尺寸和位置;(5)轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求。
2.1零件在轴上的固定
1.周向固定(键、花键、销和过盈配合等)
2.轴向固定(轴肩、轴环、螺母、套筒及轴端挡圈定位等)
轴肩定位
圆螺母定位弹性挡圈固定
止动垫圈固定紧定螺钉固定
轴端压板
2.2轴的加工和装配工艺性
3轴的材料及选择
轴的材料种类很多,选择时应主要考虑如下因素:
1.轴的强度、刚度及耐磨性要求;
2.轴的热处理方法及机加工工艺性的要求;
3.轴的材料来源和经济性等。
轴的常用材料是碳钢和合金钢。
碳钢比合金钢价格低廉,对应力集中的敏感性低,可通过热处理改善其综合性能,加工工艺性好,故应用最广,一般用途的轴,多用含碳量为0.25~0.5%的中碳钢。
尤其是45号钢,对于不重要或受力较小的轴也可用Q235A等普通碳素钢。
合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能,但对应力集中比较敏感,且价格较贵,多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。
如20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢,经渗碳处理后可提高耐磨性;20CrMoV、38CrMoAl等合金钢,有良好的高温机械性能,常用于在高温、高速和重载条件下工作的轴。
值得注意的是:
由于常温下合金钢与碳素钢的弹性模量相差不多,因此当其他条件相同时,如想通过选用合金钢来提高轴的刚度是难以实现的。
低碳钢和低碳合金钢经渗碳淬火,可提高其耐磨性,常用于韧性要求较高或转速较高的轴。
球墨铸铁和高强度铸铁因其具有良好的工艺性,不需要锻压设备,吸振性好,对应力集中的敏感性低,近年来被广泛应用于制造结构形状复杂的曲轴等。
只是铸件质量难于控制。
轴的毛坯多用轧制的圆钢或锻钢。
锻钢内部组织均匀,强度较好,因此,重要的大尺寸的轴,常用锻造毛坯。
轴的常用材料机械性能见表。
5轴的计算
例1图示为一电动机通过一级直齿圆柱齿轮减速器带动带传动的简图。
已知电动机功率为30KW,转速n=970r/min,减速器效率为p=0.92,传动比i=4,单向传动。
试求输出轴的转速与输出功率。
单级齿轮减速器简图
解:
n2=n1/i=970/4=242.5r/min
P2=0.92*P1=0.92*30=27.6KW
6键联接
常见的键联接有键联接、花键联接等。
键联接主要是用来实现轴和轮毂(如齿轮、带轮、蜗轮、凸轮等)之间的周向固定并用来传递运动和转矩。
键联接是一种应用很广泛的可拆联接,主要用于轴与轴上零件的周向相对固定,以传递运动或转矩。
6.1键联接
1.平键联接
(1)普通平键联接
普通平键联接是平键中最主要的形式。
普通平键可分为A型、B型和C型三种。
(2)导向平键联接
导键:
工作原理:
导键引导传动零件;类型:
A、B型(由螺钉固定于轴上);
应用:
轴向位移较小处。
(3)滑键联接
滑键:
工作原理:
导槽引导传动零件和键;
类型:
如图13.3(由各种方式固定于轮毂上);
应用:
轴向位移较大处。
2.半圆键联接
工作原理:
靠侧面受挤压,传递载荷;
工作面:
两侧面;
非工作面:
上下表面(起自位作用);
应用:
锥形轴端与轮毂的联接两键布置成一条直线
松键联接的特点:
优点:
制作简易,装拆方便,定心性好,用于高精度处
缺点:
不能实现轴上零件轴向固定。
3.斜键联接
楔键键联接和切向键
(1)楔键
工作原理:
靠上下面压紧产生承受载荷(联接处的偏压也承受载荷)
工作面:
上下表面;
非工作面:
两侧面;
结构:
上面有1:
100斜面,下面平行轴线;
应用:
两键时1200布置(合力小,偏心小)。
(2)切向键
工作原理:
挤压力沿轴切向方向
产生的力矩承受载荷(也可承受不大的单向轴向力);
结构:
两键配合面各有1:
100斜度,成对组装,组合后上下表面为工作面;
应用:
只承受单向转矩;正反转矩都承受,相隔
布置两对切向键。
斜键联接的特点:
优点:
简单、方便;
缺点:
定心精度低,在冲击、振动、变载下易松动。
6.2花键联接
如果使用一个平键,不能满足轴所传递的扭矩的要求时,可在同一键联接处均匀布置两个或三个平键。
而且由于载荷分布不均的影响,在同一键联接处均匀布置2(3)个平键时,只相当于1.5
(2)个平键所能传递的扭矩。
显然,键槽愈多,对轴的削弱就愈大。
如果把键和轴作成一体就可以避免上述缺点。
多个键与轴作成一体就形成了花键。
花键
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