第四篇轴系零部件
轴系零部件——轴轴承联轴器轴
设计公式
d3
59.551
[T]n
06PA03
P n
轴上有键槽时：放大轴径：一个键槽：3~5% 二个键槽：7~10% 取标准植
二、按弯扭合成强度条件计算 条件：已知支点、扭距，弯矩 步骤： 1、作轴的空间受力简图
Fr
Ft
Fa
(a)
T
R' v1
A
B Rv1 RH1
C
L1
L2
L3
注意：①与标准零件相配合轴径应取标准植 ②同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。
2、各轴段长度 ①各轴段与其上相配合零件宽度相对应 ②转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。
四、轴的结构工艺性
1）轴肩圆角r
2）轴端倒角
1.6
3）砂轮越程槽
4）螺纹退刀槽
5）同一轴1上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同尺寸 2
偏转角： []
ey
c m
r
2、扭转刚度
TL
GIP
M
二、轴的振动稳定性及临界转速 弯曲振动（横向） 扭转振动 轴向振动（纵向）
n 临界转速 c ——轴引起共振时的转速
弯曲临界转速的计算 轴的临界角速度
C
k m
k= mg /y0
C g/ y0
nc1
260c
946
1 y0
刚性轴： n0.85nc1
①
②
③
④
I
II
III
I
II
III
轴系结构改错
四处错误
正确答案
三处错误
正确答案
两处错误
1.左侧键太长，套筒 无法装入
2.多个键应位于同一 母线上
汽车机械基础—轴系零部件
汽车机械根底—轴系零部件概述在汽车的动力传输系统中，轴系零部件扮演着重要的角色。
它们连接着发动机和驱动轮，并将动力传递给车轮，推动汽车前进。
轴系零部件主要包括传动轴、差速器、半轴等。
传动轴传动轴是汽车传动系统中最根底的零部件之一。
传动轴传递动力，将发动机的扭矩传输给驱动轮。
根据车辆的驱动方式不同，传动轴可以分为前驱轴、后驱轴和四驱轴。
•前驱轴：主要应用于前驱车型，将发动机的动力传送到前轮驱动。
前驱轴通常由两根半轴组成，通过万向节和轴承与发动机和驱动轮相连。
•后驱轴：主要应用于后驱车型，将发动机的动力传送到后轮驱动。
后驱轴通常由一根传动轴组成，其一端与发动机相连，另一端通过差速器与驱动轮相连。
•四驱轴：主要应用于四驱车型，将动力传输到所有四个轮子。
四驱轴通常由两根传动轴和一个差速器组成，其中一根传动轴与发动机相连，另一根传动轴与驱动轮相连，差速器负责将动力分配给前轮和后轮。
传动轴不仅要承受来自发动机的扭矩，还要适应不同的扭矩角度。
因此，传动轴通常由高强度合金钢制成，以确保其耐久性和可靠性。
差速器差速器是轴系零部件中的重要组成局部。
它主要作用是解决左右驱动轮的转速差异问题，并能在转弯时分配动力。
差速器通常由齿轮和行星齿轮组成。
在直线行驶时，差速器可以保持左右驱动轮的转速一致，使车辆保持稳定性。
而在转弯时，内侧车轮需要行进的路径更短，所以转速较快，而外侧车轮需要行进的路径更长，所以转速较慢。
差速器通过其独特的结构，使内外侧车轮能够自由转速差异，从而保证车辆的正常行驶。
差速器的性能直接影响着车辆的操控和行驶稳定性，因此，在不同的驾驶条件下，差速器需要具备不同的参数设置，以提供最正确的驱动性能。
半轴半轴位于车辆的驱动轴上，与传动轴和驱动轮相连，承受着发动机传递的动力。
在前驱车型中，半轴主要用于将动力传递到前轮，在后驱车型中，半轴主要用于将动力传递到后轮。
半轴通常由强度较高的合金钢制成，以满足对扭矩和强度的要求。
轴系零部件
作用：支承轴上零件、减少转轴和支承件的 摩擦和磨损。
2020年6月25日星期四
机械设计与表面科学研究室
10.3 轴承
轴承的分类 按结构特点分滚 滑动 动摩 摩擦 擦轴 轴承 承
向心轴承：承受径向载荷 按受力方式分推力轴承：承受轴向载荷
向心推力轴承：同时承受径向和轴向载荷
小于40
有一定的缓冲吸振能力和良好的可移性，结 构尺寸较大
机械设计与表面科学研究室
2）联轴器型号及尺寸的确定 联轴器类型选定以后，即可根据轴的直径、
转速及计算扭矩，从有关的标准系列中选择 所需的型号和尺寸。
T C kT
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机械设计与表面科学研究室
10.3 轴承
轴承用于支承作旋转运动的轴。它在支承轴的过程 中有二个作用：一为支承轴及轴上零件，并保持轴 的旋转精度；二为减少转轴与支承之间的摩擦与磨 损。轴上与轴承配合的部分，称为轴颈。
递大动力、高耐磨性、高低温及有腐蚀性的场 合。 高强度铸铁和球墨铸铁：易制复杂零件、价廉、 良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中敏感 性低。
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机械设计与表面科学研究室
10.1 传动轴
二、轴的结构设计 制造和安装上的考虑 轴上零件的固定方法 减少应力集中的措施
2020年6月25日星期四
类型
夹壳联轴器
固
定
凸缘联轴器
式
三分式联轴器
弹性块式联轴器
可 移 弹性套柱销联轴器 式
弹性柱销齿形联轴 器
2020年6月25日星期四
轴径 mm
30～ 110
10～ 180
30～ 110
30～ 110
轴系零部件
151轴系零部件轴是机械设备中的重要零件之一，它的主要功能是直接支承回转零件，如齿轮、车轮和带轮等，以实现回转运动并传递动力,轴要由轴承支承以承受作用在轴上的载荷。
这种起支持作用的零部件称为支承零部件。
而且有很多的轴上零件需要彼此联接，它们的性能互相影响，所以将轴及轴上零部件统称为轴系零部件。
如图12-1所示减速器的输出轴由轴1、轴承2、齿轮3、联轴器4、键5等组成。
第一节 滑动轴承一、概述轴承是支承轴的部件，根据轴承工作的摩擦性质，可分为滑动轴承和滚动轴承两大类。
一般情况下，滚动摩擦小于滑动摩擦，因此滚动轴承应用很广泛，但滑动轴承具有工作平稳、无噪声、耐冲击、回转精度高和承载能力大等优点，所以在汽轮机、精密机床和重型机械中被广泛地应用。
滑动轴承按摩擦状态可分为：(1)液体摩擦滑动轴承。
轴承工作时在轴颈和轴承的工作表面之间被一层润滑油膜完全隔开，因而金属工作表面之间无摩擦和磨损。
(2)非液体摩擦滑动轴承。
轴颈和轴承的工作表面之间未形成足够厚的油膜，局部金属直接接触，因而存在着摩擦和磨损。
二、滑动轴承的主要类型和结构按受载荷方向不同，滑动轴承可分为径向轴承和止推轴承。
(1)径向滑动轴承。
用于承受径向载荷，常用滑动轴承的结构形式及其尺寸已经标准化，应尽量选用标准形式。
图12-2所示为整体式滑动轴承。
还可在机架或箱体上直接制出轴承孔，如图12-2a)，再装上轴套成为无轴承座的整体式滑动轴承。
整体式滑动轴承结构简单，制造方便，但轴套磨损后轴承间隙无法调整；装拆时轴或轴承需轴向移动，图12-1减速器的输出轴图12-2整体式滑动轴承152故只适用于低速、轻载和间歇工作的场合。
如小型齿轮油泵、减速箱等。
图12-3所示为剖分式滑动轴承,由上轴瓦1、螺栓2、轴承盖3、轴承座4、下轴瓦5 等组成。
为了提高安装的对心精度，在剖分面上设置有阶梯形止口。
考虑到径向载荷方向的不同，剖分面可以制成水平式（图a ）和斜开式（图b ）两种。
机械基础课件：轴系零件
轴系零件
图12-11 曲轴
轴系零件
图12-12 (a) 光轴； (b) 阶台轴
轴系零件
曲轴是往复式机械， 如内燃机中的专用零件。 直轴按 其外形不同， 分为光轴和阶台轴两种, 如图12-12所示。 光轴 形状简单， 加工方便， 但轴上零件不易定位和装配； 阶台 轴各截面直径不等， 便于零件的安装和固定， 因此应用广 泛。
轴系零件
(4) 用圆螺母固定。 如图12-20所示， 该固定方式常用于 轴的中部或端部， 装拆方便、 固定可靠， 但需要在轴上切 制螺纹， 对轴的强度有一定影响。 为防止圆螺母松脱， 常 采用双螺母或一个螺母加止推垫圈进行防松。
轴系零件
图12-20 用圆螺母固定
轴系零件
议一议： 在使用圆螺母固定时， 一般都是在轴上切制 细牙螺纹，
(5) 用弹性挡圈固定。 如图12-21所示， 该方法主要应用 于需要承受轴向力较小的场合， 固定时需要在轴上切制沟槽， 安装时将弹性挡圈卡入槽内即可。
轴系零件
图12-21 用弹性挡圈固定
轴系零件
2) (1) 用键作周向固定。 键连接用作轴上零件的周向固定形式应用最广。 其中用 平键连接时， 对于同一轴上轴径相差不大的轴颈上的键槽， 应尽可能采用同一规格的键槽尺寸， 并使键槽位于相同的周 向位置上， 以方便加工。
轴系零件
(3) 用圆锥销和紧定螺钉作周向固定， 如图12-22和图1223所示， 该周向固定方式主要应用在传递转矩很小的场合， 在实现周向固定的同时还可实现一定的轴向固定。
轴系零件
图12-22 用圆锥销作周向固定
轴系零件
图12-23 用紧定螺钉作周向固定
轴系零件
3. (1) 阶台轴的直径应该是中间大、 两端小， 由中间向两 端依次减小， 便于轴上零件的装拆。 (2) 轴端、 轴颈与轴肩(或轴环)的过渡部位应有倒角和过 渡圆角， 以便于轴上零件的装配， 避免划伤配合表面， 减 少应力集中。 轴肩(或轴环)的过渡圆角半径应小于轴上安装 零件内孔的倒角高度或圆角半径， 以保证轴上零件端面可靠 贴合轴肩端面。
机械设计基础项目十四 轴系零部件
• 轴是机械设备中的重要零件之一，它的主 要功能是直接支承回转零件，如齿轮、车 轮和带轮等，以实现回转运动并传递动力。 轴由轴承支承以承受作用在轴上的载荷， 这种起支持作用的零部件称为支承零部件。 而且有很多的轴上零件需要彼此联接，它 们的性能互相影响，所以将轴及轴上零部 件统称为轴系零部件。如图14-1所示减速 器的输出轴由轴1、轴承2、齿轮3、联轴器 4、键5等组成。
• 2、半圆键联接 • 如图14-16所示，键的底面为半圆形。 • 3、楔键联接 • 如图14-17所示，楔键的上下面为工作面，分别与
轮毂和轴上键槽底面紧贴。
• 楔键分为普通楔键(图14-17a )和钩头楔键(图1417b )，前者又分为圆头(A型)和平头(B型)两种。
• 当轴径d＞100mm且传递较大转矩时，可采用由 一对楔键组成的切向键联接(图14-18a)。若要传 递双向转矩，则需用两对相隔120°～130°的切 向键(图14-18b)。
三、花键联接
• 花键联接是由在轴上加工出的外花键齿和 在轮毂孔加工出的内花键齿所构成的联接， 如图14-19所示。
• 其优点是：齿数多，承载能力强；且槽较 浅，应力集中小，对轴和毂的强度削弱较 小，对中性和导向性好，广泛应用于定心 精度要求高和载荷较大的场合。
• 花键已标准化，按齿形不同，常用的花键 分为矩形花键和渐开线花键。
挠性钢丝轴。
• 轴的失效多为疲劳破坏，所以轴的材料应 满足强度、刚度、耐磨性等方面的要求， 常用的材料有：
• 1)碳素钢
• 2)合金钢
• 3)球墨铸铁
二、轴的结构与设计
• 1、轴的结构 • 2、轴的结构设计 • 轴的结构设计应满足：①轴上零件定位准确，固定可靠；
②轴上零件便于装拆和调整；③具有良好的制造工艺性； ④尽量减少应力集中。
轴系零部件介绍
轴系零部件介绍1 概述在FA设备当中，传动不可避免会通过传动轴，用到的传动轴种类繁多，但其工作原理及设计又不径相同，良好的轴系零件的稳定性直接关系到生产。
2 原理介绍在此我们主要介绍N-Flow线体的传动主轴及轴上零部件，如图1。
图1 传动轴1．挡圈：内孔为6mm，与轴上螺纹用M5 螺丝连接，目的是防止4分链轮向左侧偏出。
2．4分链轮：主要带动4分链条运动，从而通过4分链条再次带动N-Flow轮运动，导致栈板能在线体上运行。
链轮上分别有90度方向M8自负螺丝两颗。
目的同样是防止链轮产生轴向偏移。
3．套管：使得链轮在主轴上无法做左右方向的移动。
线体机身：材料为铝型材。
4．带座轴承：作用是连接主轴，它固定在机台固定板上。
平时我们说的“培林”是英文“Bearing”的音译词，指的就是轴承，而不是包括轴承座在内的一整体。
大家要注意这一点，因为这与我们准备备品有关。
5．5分链轮：作用是通过5分链条传动马达动力，90度方向M8自负螺丝两颗，锁紧于主轴上，同样是用来防止链轮作轴向偏移。
6. 传动主轴：连接所有轴系零部件，材料为45号钢，表面调质发黑处理。
根据上面介绍的轴系零部件的名称和用途，我们可以看出安装在轴上的零部件要牢靠而可靠的相对固定（轴向固定或径向固定），结构应便于加工、应力集中相对减小，光轴的应力集中最小。
轴上的零部件要便于拆卸和安装。
其中，挡圈、套管、自负螺丝，均是为了防止轴上零部件产生轴向偏移，其结构简单，易加工，成本低，功能强。
轴系零件的平时要注意的主要是：螺丝固定件牢固度。
如果带座轴承的螺丝松，很容易造成轴的磨损。
其它的固定螺丝都要锁紧，防止轴横向发生偏移，很容易造成重大的生产事故。
另外，润滑也很重要，减少磨损。
当链轮磨损严重后，容易造成链轮与链条的啮合故障，跳齿等现象就是啮合不良造成的。
当链轮磨损严重后，需要更换链轮。
若要更换轴上的对象，有些机头需要拆除侧板，拆卸时需要注意，应对侧板的固定螺丝在拆卸前做好位置的表示，以免安装时出现大的偏差而浪费时间。
汽车机械基础—轴系零部件
2021/7/5
第四章 轴
30
机器的装配简图
2021/7/5
第四章 轴
31
轴的结构设计 —— 结构分析
轴颈
轴头
轴身
2021/7/5
第四章 轴
32
(一)轴上零件的布置
• 在进行结构设计时，首先应按传动简图上所给 出的各主要零件的相互位置关系拟订轴上零件 的装配方案；
第四章 轴
40
需要注意的问题：
• 5）轴上与零件相配合部分的轴段长度，应比轮毂 长度短2—3mm，以保证零件轴向定位可靠。
• 6）若在轴上装要滑移的零件，应该考虑零件的滑 移距离。
• 7）轴上各零件之间应该留有适当的间隙，以防止 运转时相碰。
2021/7/5
第四章 轴
41
(三)轴上零件的定位和固定
2021/7/5
第四章 轴
37
轴直径估算
空心轴直径估算公式为：见课本P?式4-2
几种常用轴材料的许用切应力[т]及A值
轴的材料
Q235A, 20钢
[т]/MPa 15~25
A
149~126
35钢
20~35 135~112
45钢
25~45 126~103
40Cr,35Si Mn,40Mn B,38SiMn Mo,20Cr MnTi
支点情况，无法确定轴的受力情况，只有待轴的 结构设计基本完成后，才能对轴进行受力分析及 强度计算；
➢ 一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转受力情况 对轴的直径进行估算；
➢ 按扭转强度计算：这种计算方法主要应用于传动 轴，也可以初步估算轴的最小直径，在此基础上 进行轴的结构设计。
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二. 磨 损
磨损量
磨损曲线
设计机器时要求： 缩短磨合期 延长稳定期 推迟剧烈磨损期的到来
时间
磨合阶段
稳定磨损阶段
机器的寿命
剧烈磨损 阶段
磨损的分类
磨粒磨损 粘附磨损 按磨损机理分 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 磨损类型
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
一组重要的调查数据
• 世界1/2总能源被一种或多种形式的摩擦所消耗； • 失效零件的80%是由于磨损造成的； • 20世纪80年代，我国在冶金、煤炭、农机等五个行业的调查表明：由 于磨粒磨损所消耗的备件用钢达到100万吨以上，如考虑停机等费用造
成的损失每年达到数亿元。
一、摩擦
磨损的机理：
磨粒磨损
粘附磨损 磨损类型：
疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
微动磨损—是指摩擦副在微幅运动时，由上述各磨损机理共同形成的 复合磨损。微幅运动可理解为不足以使磨粒脱离摩擦副的 相对运动。
应用实例：轴与孔的过盈配合面、滚动轴承套圈的配合面、旋合螺纹的工作 面、铆 钉的工作面等。
改善摩擦副耐磨性的措施：
•定义 •摩擦类型 内摩擦
（分子间）
干摩擦
（未经人为润滑f=0.4-0.8）
边界摩擦 滑动摩擦
（表面吸附能力决定摩擦性质 λ ≤1，f=0.1-0.4）
摩擦
动擦
（滑动进行中）
流体摩擦
滚动摩擦
（流体内部分子间粘性决定摩性质 1≤λ≤ 3,f=0.001-0.01）
外摩擦
（接触面间）
混合摩擦 静摩擦
（滑动趋势）
磨损的机理： 磨粒磨损 粘附磨损 磨损类型：
疲劳磨损
冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
潘存云教授研制
粘附磨损——也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处由于瞬时的温升和压 力发生“冷焊”后，在相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘附磨 损。严重的粘附磨损会造成运动副咬死。
磨损的机理：
磨粒磨损 粘附磨损 磨损类型： 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
疲劳磨损——也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在交变的摩擦力作用下，反复变形 所产生的材料疲劳所引起的机械磨损。
点蚀过程：产生初始疲劳裂纹→扩展→ 微粒脱落，形成点蚀坑。
磨损的机理：
磨粒磨损 粘附磨损 磨损类型： 疲劳磨损 冲蚀磨损
全损耗 系统用油 GB 443-89
L-AN32
L-AN46
28.8~32.2
41.4~50.6
-10
-10
170
180
普通机床的液压油。 用于一般滑动轴承、 齿轮、蜗轮的润滑
用于重型机床导轨、 矿山机械的润滑
用于汽轮机、发电机等 高速高负荷轴承和各种 小型液体润滑轴承
L-AN68
61.2~74.8
表4-2 常用润滑油的主要性质
名
称 代 号
L-AN7 L-AN10 L-AN15
40 ℃的粘度 凝点 闪点(开式) /(mm2/s) ≤ ℃ ≥ ℃ 6.12~7.48 9.0~11.0 13.5~16.5 -10 -10 -10 110 125 165
主要用途
用于高速低负荷机械、 精密机床、纺织纱锭的 润滑和冷却
•摩擦状态的判定：膜厚比λ
二.磨损
•定义：由于摩擦而造成物体表面材料的损失或转移； •影响：影响机器效率、降低可靠性，甚至促使机器提前报废。 •用途：精加工中的磨削及抛光，机器的“磨合”过程等
磨损过程大致有：
▲磨合阶段——包括摩擦表面轮廓峰的形状变化和表面材料被加工硬化两个过程 它是磨损的不稳定阶段，在整个寿命周期内时间很短。 ▲稳定磨损阶段——零件在平稳而缓慢的速度下磨损 它标志着磨擦条件相对稳定。
微动磨损 点蚀磨损
按磨损表面外观 可分为 胶合磨损 擦伤磨损
两种不同的称谓
磨损的机理
磨粒磨损 粘附磨损
磨损类型：
疲劳磨损 冲蚀磨损
潘存云教授研制
腐蚀磨损
微动磨损
磨粒磨损——也简称磨损，外部进入摩擦面间的游离硬颗粒（如空气 中的尘土或磨损造成的金属微粒）或硬的轮廓峰尖在软材料表面上犁 刨出很多沟纹时被移去的材料，一部分流动到沟纹两旁，一部分则形 成一连串的碎片脱落下来成为新的游离颗粒，这样的微粒切削过程就 叫磨粒磨损。
-10
0 -7
190
210 180
汽轮机油 GB 11120-89 L-TSA46 41.4~50.6
L-AN100 90~110 L-TSA32 28.8~35.2
条件粘度
指在一定条件下，利用某种规格的粘度计，通过测定润滑油穿过规定孔 道的时间来进行度量的粘度。
恩氏度（˚ Et） ——中国惯用
常用的有： 赛氏通用秒（SUS） ——美国惯用 雷氏秒 ——英国惯用 运动粘度与条件粘度之间的换算关系：
1.润滑油 用作润滑剂的油类可概括为三类：
有机油，通常是动植物油； 矿物油，只要是石油产品； 化学合成油
其中因矿物油来源充足，成本低廉，适用范围光，而且稳定好，故应用做多。
润滑油的性能指标：
（1）粘度
润滑油的粘度可定性的定义为它的流动阻力，它是润 滑油最重要的性能之一。 动力粘度 运动粘度 条件粘度
1、合理选择摩擦副材料 • 采用异种金属、多相金属、脆性材料利于提高抗粘着磨损的能力； • 采用硬度高韧性好的材料利于抵抗磨粒磨损、疲劳磨损和摩擦化学磨损；
• 提高表面光洁度，可以提高耐疲劳磨损能力。
2、合理选择润滑剂及添加剂 • 适当选用高粘度的润滑油、在润滑油中使用极压添加剂或采用固体润滑剂， 可以提高耐疲劳磨损的能力； • 在润滑剂中加入油性或极压添加剂可以有效地减少粘着磨损的发生。 3、注意控制摩擦副的工作条件 • 设计时尽量控制最大许用压强，因为一定硬度的金属，所受的压强大则磨损量大； • 另外还需限制摩擦表面的温升，以免温度过高使油膜破坏，发生粘着，加速化学 磨损。 4、润滑是减小摩擦、减小磨损的最有效的方法
腐蚀磨损
微动磨损
冲蚀磨损—流动的液体或气体中所夹带的硬质物体或硬质颗粒冲击
零件表面所引起的机械磨损。利用高压空气输送型砂或高压水输送 碎石时,道内壁所产生的机械磨损是实例之一。
磨损的机理： 磨粒磨损 粘附磨损 磨损类型： 疲劳磨损 冲蚀磨损
腐蚀磨损
微动磨损
腐蚀磨损——当摩擦表面材料在环境的化学或电化学作用下引起腐蚀， 在摩擦副相对运动时所产生的磨损即为腐蚀磨损。