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：
n
2=n
1
/i=970/4=242.5r/min
P
2=0.92*P
1
=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2
d
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 120~135o o 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。