第4章 轴及轴系零部件
4.1 轴
4.1.1 轴的功用和分类
（1）轴的功用
轴是组成机器的重要零件之一。一切做回转运动的零件（如齿轮、带轮、联轴器等）都必须安装在轴上才能实现回转运动。如图4.1所示为轴在减速器中的应用，电动机经联轴器带动齿轮减速器的输入轴，然后通过齿轮带动输出轴端的联轴器，而联轴器又带动带式运输机进行工作。由此可知，轴在机器中的主要功用有两点：一是支承轴上的零件，并使其具有确定的工作位置；二是传递力、转矩和运动。但在具体工作时，轴有时仅起第一种作用，或只起第二种作用，而一般情况是兼起上述两种作用。
图4.1 减速装置简图
（2）轴的分类
根据轴在机器中所起的作用及载荷性质不同，可分为转轴、心轴和传动轴3类。
①转轴：这类轴用来支承转动零件并传递力，即同时承受弯矩和转矩，如齿轮减速器中的轴（见图4.1）。
②心轴：只用来支承转动零件，承受弯矩而不传递转矩的轴。其中能随转动零件一起转动的轴称为转动心轴（见图4.2）；不随转动零件一起转动的轴称为固定心轴（见图4.3）。
③传动轴：主要传递扭矩而不承受或只承受很小弯矩的轴称为传动轴。如图4.4所示的汽车变速箱与后桥间的轴就是传动轴。
按轴的结构形式不同，可分为直轴（见图4.1～图4.4）、曲轴（见图4.5）和钢丝软轴。直轴应用最广，它又可分为阶梯轴和光轴；曲轴常用于往复式机械传动，如内燃机、压缩机等；钢丝软轴则常用于混凝土工程机械的传动中。
图4.2 转动心轴
图4.3 固定心轴
图4.4 汽车传动轴
图4.5 曲轴
4.1.2 轴的材料
轴的失效多为疲劳破坏，因此要求轴的材料应具有足够的疲劳强度、应力集中敏感性小和良好的工艺性及经济性。轴的常用材料为碳素钢和合金钢。钢制轴的毛坯多用轧制圆钢和锻钢。
碳素钢的价格比合金钢低，对应力集中的敏感性小，经热处理后，其综合性能可以得到全面改善，故应用最广。常用的碳素钢有30，40，45和50号钢，尤其是45号钢用得最多。对于不重要或受力较小的轴，可用A3，A4或A5等普通碳素钢。
合金钢具有较高的机械强度，可淬性较好，但对应力集中较敏感，故主要用在传递大功率并要求结构紧凑、质量轻以及耐磨性较好的重要轴，常用的合金钢有20Cr，40Cr，40MnB等。
对形状复杂的轴（如曲轴）也可以采用球墨铸铁，因为这种材料具有成本低、吸振性好、对应力集中的敏感性低、强度高等优点。
轴的常用材料及主要机械性能如表4.1所示。
表4.1 轴的常用材料及主要机械性能
续表
4.1.3 轴的结构
轴的结构一般由轴颈、轴头和轴身3部分组成。如图4.6所示为两支点的转轴结构简图。轴和轴承配合的部分称为轴颈；轴和传动零件配合的部分称为轴头；联接轴颈和轴头的部分称为轴身。不同直径的轴段之间的过渡部分称为轴肩，轴肩分为定位轴肩和自由轴肩。另外，根据轴的结构需要，可在轴上加工键槽、花键和螺纹等。
图4.6 轴的结构
轴的结构应具有合理的形状和尺寸。其基本要求是：保证轴具有足够的承载能力；轴上零件能可靠地在轴上定位和固定；便于加工制造、装拆及调整。
（1）轴上零件的固定
为了保证轴上零件的正常工作，其轴向和周向都必须固定。
1）轴向固定
轴上零件的轴向固定，既要保证定位准确、可靠，又要便于装拆和加工。常用的轴向固定方法如下：
图4.7 轴端挡圈和圆螺母固定
①轴肩、轴环和套筒：这种方法简单可靠，且能承受较大的轴向力。图4.6中的齿轮、轴承和联轴器就是分别利用轴环、套筒和轴肩作轴向固定。
②轴端挡圈或圆螺母：轴端挡圈又称压板，适用于轴端零件的固定（见图4.7）。当轴上零件距离较大时，多用螺母作轴向固定（见图4.7）。
③圆锥销、弹性挡圈或紧定螺钉：如图4.8、图4.9、图4.10所示为分别采用圆锥销、弹性挡圈与紧定螺钉使轴上零件作轴向固定。这几种轴向固定方法结构简单，但只能承受较小的轴向力。
图4.8 圆锥销固定
图4.9 弹性挡圈固定
图4.10 紧定螺钉固定
2）周向固定
为了防止轴与零件发生相对转动，可采用键联接及轴与被联接零件的过盈配合等。键联接详见4.2节键与销联接。
（2）轴的加工工艺
①对阶梯轴的阶梯应保证轴上零件能顺利装拆。
②轴上需要磨削的轴段，在轴颈或轴头与轴肩过渡处应留有砂轮越程槽（见图4.11）。需要车制螺纹的轴段应留有退刀槽（见图4.12）。其尺寸可查有关手册。
图4.11 砂轮越程槽
图4.12 螺纹退刀槽
③同一轴上的退刀槽、倒角、圆角、中心孔等尺寸应尽量一致。
④轴颈的直径应取与之相配合的滚动轴承内径尺寸系列（见有关手册）。对轴的结构尺寸（如轴头直径、倒角、键槽、螺纹等），一般应取标准值。
4.2 键与销联接
键与销联接的主要作用是实现轴和传动零件（如齿轮、带轮、凸轮和联轴器等）的周向固定，并传递转矩。这种联接具有结构简单、工作可靠、装拆方便等优点，故应用广泛。
4.2.1 键联接的类型
（1）平键联接
平键联接是靠键的两侧面与轴和轮毂上的键槽侧面相互挤压来传递转矩。普通平键（见图4.13（a））用于静联接，键的顶面与轮毂槽底面不接触（见图4.13（b）），为非工作面。平键按其用途不同可分为普通平键和导向平键两类。按键的头部形状不同可分为双圆头（A型）、平头（B型）和单圆头（C型）3种（见图4.13（c））。其中，双圆头平键在键槽中不会产生轴向移动，故用得最多；而单圆头平键常用在轴端。
图4.13 普通平键联接
普通平键及键槽的剖面尺寸都已标准化，使用时可根据轴径大小查有关手册。
当传动零件需要沿轴做轴向移动时，可用导向平键（见图4.14）联接。导向平键是加长的普通平键，键用螺钉固定在轴槽中，它除起周向固定作用外，还可使传动零件沿键在轴上移动。键中间的螺纹孔是为拆键用的，如将螺钉旋入即可将键顶出。
（2）半圆键联接
如图4.15所示为半圆键联接。键的两个侧面为工作面，它的特点是加工和安装方便，能自动适应轮毂上键槽的斜度。这种联接对轴的强度削弱较大，故一般只用于轻载或圆锥形轴端的联接处。
图4.14 导向平键联接
图4.15 半圆键联接
（3）楔键联接
楔键的上下面是工作面。楔键的上表面和轮毂键槽的底面各有1∶100的斜度（见图4.16）。装配时沿轴向将楔键打入键槽，工作时主要靠键的上下表面与键槽挤紧产生的摩擦力传递扭矩，并能轴向固定零件和承受单方向的轴向力。楔键分为普通楔键（见图4.16 （a））和钩头楔键（见图4.16（b））两种。由于楔键打入时容易引起轮毂与轴间的偏心，并且在承受冲击、振动和变载荷时易松动。因此，楔键仅用于定心精度要求不高、载荷平稳及低速的联接处。
图4.16 楔键联接
（ａ）普通楔键联接 （ｂ）钩头楔键联接
（4）花键联接
图4.17 花键联接
花键联接是由带键齿的花键轴和带键齿槽的轮毂组成（见图4.17）。工作时靠键齿的侧面受挤压来传递转矩。花键联接具有承载能力大、对中性好，便于导向以及对轴的强度削弱较小等特点，主要适用于载荷较大、定心精度要求较高或轮毂经常需要作轴向滑移的联接处。
花键联接按其齿形不同可分为矩形花键、渐开线花键和三角形花键（见图4.18）。
图4.18 花键的齿形
（a）矩形齿花键 （b）渐开线齿花键 （c）三角形齿花键
矩形齿花键加工方便，可获得较高的精度，故应用较广。渐开线齿花键的强度较高，适用于载荷及尺寸较大的联接。三角形齿花键的齿较细，适用于轻载及薄壁零件的联接。
常用键和花键的尺寸已标准化。设计时，可先根据联接特点、工作条件及使用要求选择键的类型，然后根据轴的直径按标准选定键的尺寸b×h（b为键宽，mm；h为键厚，mm）；再根据轮毂长度，按标准选择键的长度（一般要求键长比轮毂的长度短5～10mm）。必要时，应进行强度计算。
4.2.2 销联接
销用于零件之间的联接，也可用于零件之间的定位，还可以传递不大的载荷或作安全装置中的过载剪切元件。常用销的类型、特点和应用如表4.2所示。
表4.2 常用销的类型、特点和应用
4.3 滑动轴承
滑动轴承根据润滑情况，可分为非液体摩擦滑动轴承和液体摩擦滑动轴承两类。非液体摩擦滑动轴承工作时，轴颈和轴承的工作表面之间虽有润滑油膜存在，但不能把工作表面完全隔开，仍有部分凸起表面直接接触（见图4.19（a）），因此摩擦系数较大，磨损也较严重。液体摩擦滑动轴承工作时，两工作表面完全被润滑油膜隔开而不直接接触（见图4.19（b）），因此摩擦系数很小。但由于液体摩擦需要具有一定的条件才能实现。因此，在一般机器中滑动轴承的摩擦状态多为非液体摩擦。本节只介绍应用较广的非液体摩擦向心滑动轴承。
图4.19 滑动摩擦
（a）非液体摩擦 （b）液体摩擦
4.3.1 向心滑动轴承的结构
（1）整体式滑动轴承
如图4.20所示为典型的整体式滑动轴承，主要由轴承座、轴瓦和紧定螺钉组成。其特点是结构简单，成本低，但装拆必须通过轴端，而且磨损后的径向间隙无法调整。故一般只用于低速、轻载和间歇工作的地方。其结构尺寸已经标准化。
图4.20 整体式滑动轴承
（2）剖分式滑动轴承
如图4.21所示的剖分式滑动轴承，其结构由轴承座、轴承盖、润滑装置、剖分式轴瓦及联接螺栓组成。剖分面通常做成阶梯形，以便定位和防止横向移动。剖分面上夹有少量金属垫片，以便轴瓦磨损后借助减少垫片来调整轴颈和轴瓦之间的间隙。轴承盖上的润滑装置可将润滑油送到轴颈的工作表面起润滑作用。
图4.21 剖分式滑动轴承
剖分式滑动轴承便于装拆和调整。但其所受径向载荷的方向与剖分面的垂直线夹角不应大于35°。
（3）自动调心式滑动轴承
上述两种轴承的轴瓦都是固定的。当轴承宽度b与轴颈直径d之比——宽径比ψ＝b/d＞1.5时，为了避免因轴的变形而发生边缘接触（见图4.22），使轴承工作情况变坏，可将轴承的轴瓦支承表面做成球面（见图4.23），使之能自动适应轴或机架工作时的变形，保证轴颈和轴瓦的匀称接触。
图4.22 轴颈与轴瓦接触不良
图4.23 自动调心滑动轴承
4.3.2 轴瓦的结构和材料
轴瓦是轴承中直接与轴颈接触的部分。滑动轴承的承载能力和使用寿命主要取决于轴瓦结构和材料的选择是否合理。
（1）轴瓦的结构
轴瓦的结构有整体式和剖分式两种（见图4.24）。常用的剖分式轴瓦，两端制有凸缘以防止其在轴承座中产生轴向移动，并承受一定的轴向力。
图4.24 轴瓦的结构
对重要的轴承，为提高其承载能力，并节约贵重金属，可采用轴瓦上浇注轴承衬的结构。轴承衬的厚度一般为0.5～0.6mm。为了使轴承衬与轴瓦牢固结合，可在轴瓦内表面上加工沟槽，其形式根据轴瓦的材料确定（见图4.25）。
为了使润滑油能很好地分布到轴瓦的整个工作表面，在轴瓦的非承载区上要开出油孔和油沟，油沟的长度一般为轴瓦长度的0.8倍。常见的油沟形式如图4.26所示。
图4.25 轴承衬
（a）用于钢或铸铁轴瓦 （b）用于青铜轴瓦
图4.26 轴瓦的油孔和油沟形式
（2）轴瓦的材料
根据轴承的工作情况，要求轴瓦材料应具备较低的摩擦系数；良好的耐磨性、跑合性和足够的强度及良好的塑性；有足够的机械强度和可塑性。但实际上任何一种工程材料在性能上不可能完全满足上述要求，因此应综合考虑轴承的工作条件，根据主要的要求来选择合适的材料。
轴瓦和轴承衬的常用材料有轴承合金、青铜、铸铁及其他材料（如塑料、粉末冶金等）。各种材料的牌号、性能及应用可查有关手册。
4.3.3 滑动轴承的润滑
滑动轴承润滑的目的在于减少摩擦和磨损，提高效率和延长使用寿命，同时还起冷却、吸振和防锈的作用。
（1）润滑剂及其选择
滑动轴承的常用润滑剂有润滑油和润滑脂。润滑油的主要特点是流动性大，内摩擦阻力小。润滑油的主要性能指标是黏度，因此，黏度是选用润滑油的主要依据。选择润滑油的一般原则是：低速、重载、高温或有冲击载荷时，宜用黏度较大的润滑油；高速、轻载或低温的轴承，宜用黏度较小的润滑油。具体选用时，可根据轴承的平均压力和轴颈的直径及转速由如图4.27及表4.3所示确定。
表4.3 滑动轴承润滑油选用表
注：1.在下列情况应比本表用油的黏度大10～20mm2/s。
①温度大于60℃的工作条件。
②在工作过程中有严重振动、冲击和做往复运动。
③经常启动及在运动中速度经常变化。
2.在10℃以下的工作条件及用于循环系统时，要比本表内用油的黏度小些。
图4.27 滑动轴承润滑油的选用图
润滑脂（黄油）是在润滑油中添加稠化剂形成的。润滑脂不易流失，便于密封，适用范围广，受温度影响不大，但摩擦损耗较大，故主要用于低速、重载、加油不便和使用要求不高的场合。一般可根据轴承的载荷、工作温度及轴颈的圆周速度参考有关手册选用。
（2）润滑方式及润滑装置
滑动轴承常用的润滑方式可分为间歇式供油和连续式供油两大类。
对低速、轻载及间歇工作的滑动轴承，可采用旋转式注油环（见图4.28（a））和压注油杯（见图4.28（b））两种间歇式供油方式进行润滑。
对比较重要的轴承采用连续供油润滑方式。如图4.29所示为针阀式油杯。其工作原理是当手柄卧倒时（见图4.29（b）），针阀杆由于弹簧的推压作用，将底部的油孔堵住；当手柄直立时（见图4.29（c）），针阀杆向上提起，下端油孔便打开，使润滑油流到轴颈上。供油量的大小可通过旋转螺母进行调节。
图4.28 间歇式润滑
图4.29 针阀式注油杯
如图4.30所示为芯捻式油杯，利用棉纱的毛细管吸油作用将油滴入轴承。但应注意不要将芯捻碰到轴颈。
如图4.31所示为油环润滑。轴颈上套有油环，油环下部浸在油池里，当轴颈转动时，带动油环回转，从而将油带到轴颈表面进行润滑。这种方法一般只适用于转速在100～2000r/m范围的水平轴。此外，当机器需润滑部位较多且较分散时，可用油泵将润滑油送至需要润滑的部位进行集中供油润滑，这种润滑方式效果较好，但结构复杂。
图4.30 芯捻式油杯
图4.31 油环润滑
（3）滑动轴承润滑方式的选择
滑动轴承的润滑方式可根据轴承平均载荷数K来确定，即
式中 p——轴颈上的平均压强，p＝F/d×l（MPa），其中d为轴颈直径，l为轴承长度；
v——轴颈的圆周速度，m/s。
当K≤1900时，用润滑脂润滑（可用黄油杯）；
当K≥1900～16000时，用润滑油润滑（可用针阀式油杯等）；
当K≥16000～30000时，用油杯、飞溅润滑，需用水或循环油冷却；
当K＞30000时，必须用循环压力润滑。
4.4 滚动轴承
4.4.1 滚动轴承的结构、分类和代号
（1）滚动轴承的结构
如图4.32所示，滚动轴承一般由外圈1、内圈2、滚动体3及保持架4所组成。轴承工作时，滚动体在内、外圈滚道上滚动。保持架将滚动体彼此隔开，使其沿圆周均匀分布。通常是内圈随轴一起转动，外圈固定在轴承座内不转动，但也有外圈旋转而内圈不转的例外情况。
图4.32 滚动轴承的结构
图4.33 滚动体的形状
（2）滚动轴承的类型
按滚动轴承滚动体的形状（见图4.33）可以分为：
①球轴承。滚动体为球。
②滚子轴承。滚动体为滚子。按滚子的形状又可分为短圆柱滚子轴承、长圆柱滚子轴承、球面滚子轴承、圆锥滚子轴承、螺旋滚子轴承及滚针轴承等。
按滚动轴承所能承受载荷的方向可以分为：
①向心轴承。主要承受或只能承受径向荷载。
②向心推力轴承。能同时承受径向载荷和轴向荷载。
③推力轴承。只能承受轴向载荷。
滚动轴承的类型很多，在我国滚动轴承标准中将各种类型的轴承代号分别用数字或字母表示，如表4.4。常用滚动轴承的基本类型和特性如表4.5所示。
表4.4 轴承类型代号（GB/T272—93）
注：在表中代号前面或后面加数字或字母表示该轴承中的不同结构。
表4.5 常用滚动轴承的基本类型和特性（GB/T271—2008）
续表
（3）滚动轴承的代号
滚动轴承是标准件。它的类型很多，且各类轴承根据使用要求又有不同的结构、尺寸和精度等级，为了便于生产、选择和使用，国家标准规定了滚动轴承的代号由基本代号、前置代号和后置代号3部分构成，其排列顺序如表4.6所示。
表4.6 轴承代号
基本代号是滚动轴承代号的基础，前置、后置代号是滚动轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求等有改变时，在其基本代号前、后添加的补充代号，其代号的含义可参阅国标GB/T272—93。而滚动轴承的基本代号由类型代号、尺寸系列代号、内径代号构成，一般用5个数字（或字母加4个数字）表示（见表4.6），并且表中数字表示代号自右向左的位置序数。
①内径代号。用基本代号中的右起第一、第二两位数字表示，如表4.7所示。
表4.7 轴承内径代号
例4.1 调心滚子轴承23224的含义是：2表示类型代号；32表示尺寸系列代号；24表示内径代号，d＝120mm。
②尺寸系列代号。尺寸系列代号由轴承的宽（高）度系列代号和直径系列代号组合而成。用基本代号中的右起第三位数字表示直径系列代号，直径系列是指同一类型轴承在内径相同时，有各种不同的外径（见图4.34），常用的代号为1，2，3等；而基本代号中的右起第四位数字表示宽度系列代号，宽（高）度系列是指同一类型轴承在内径相同时，有各种不同的宽度（高度）。向心轴承用宽度系列代号，推力轴承用高度系列代号。常用的代号为0，1，2，3等。宽度系列代号为0时，表示正常宽度的系列代号，常可略去不写。但对圆锥滚子轴承则应标出。宽度系列与直径系列有一定的对应关系。如常用的01，02，03，11，12，13等等。
③类型代号。用基本代号中的右起第五位表示，用数字或字母表示，如表4.4所示。
例4.2 轴承代号为6205的含义是：6表示类型代号（深沟球轴承）；2表示尺寸系列（02）代号；05表示内径代号（内径为25mm）。
例4.3 轴承代号为N2208的含义是：N表示类型代号（圆柱滚子轴承）；22表示尺寸系列代号；08表示内径代号（内径为40mm）。
图4.34 直径系列代号
4.4.2 滚动轴承类型的选择
合理地选择轴承类型是提高机械效率和延长使用寿命的重要措施。因此，滚动轴承的类型应根据轴承的工作载荷（包括大小、性质和方向）、转速以及特殊要求进行选择。一般可参考下列基本原则进行选择：
①转速较高、载荷较小、要求回转精度较高时，宜选用球轴承；转速较低、载荷较大或有冲击载荷时，宜选用滚子轴承。
②受纯径向载荷时，一般选用向心轴承；受纯轴向载荷时，一般选用推力轴承。同时承受径向及轴向载荷时，若以径向力为主则可选用向心球轴承；若两者均较大时，可选用向心推力轴承；若轴向力比径向力大时，应采用向心轴承和推力轴承组合起来分别承受径向力和轴向力。
③当径向尺寸受到结构限制，而径向载荷又很大时，宜选用滚针轴承。若两轴承孔的同心度难以保证或轴受载荷后挠曲变形较大时，应选用自动调心轴承。但必须注意，在同一根轴上，调心轴承不能和其他轴承混合使用，以免失去调心作用。
④选择轴承要考虑经济性，球轴承比滚子轴承便宜。同一型号的G，E，D，C，B各级精度的轴承价格比值为1∶1.8∶2.3∶7∶10。因此，一般情况应尽量选用价格低廉的轴承。
4.4.3 滚动轴承的润滑和密封
（1）滚动轴承的润滑
与滑动轴承一样，滚动轴承的润滑也是为了减少摩擦和磨损，提高机械效率和延长使用寿命，同时还起冷却、吸振和防锈的作用。
润滑方法也基本上和滑动轴承相同。常用润滑剂有润滑油和润滑脂两种。润滑油一般用于转速较高的轴承，其润滑和冷却效果都比较好。润滑脂通常用于转速较低的轴承，它的主要优点是：密封结构简单，润滑脂不易漏失，一次填充后可以工作较长的时间。
（2）滚动轴承的密封
密封的目的是为了防止润滑剂流失，并阻止外界灰尘、水分和杂质等进入轴承。常用的密封装置有接触式密封和非常接触式密封两种形式。
接触式密封是在轴承盖内放置软材料与转轴直接接触而起密封作用。常用的有毡圈式（见图4.35（a））和皮碗式（见图4.35（b））两种。毡圈式密封主要用于润滑脂润滑，并且工作环境比较清洁的轴承。皮碗式密封性能好，主要用于要求密封性能较高的场合。
图4.35 接触式密封
图4.36 非接触式密封
非接触式密封常用的有间隙式（见图4.36（a））和迷宫式（见图4.36（b））两种。间隙式密封主要靠轴承盖孔与轴颈之间存在着细小的间隙起密封作用，间隙一般为0.1～0.3mm。它结构简单，配合面不直接接触，适用于温度不高，用润滑脂润滑的轴承。迷宫式密封是将旋转件与静止件之间的间隙做成迷宫（曲路）形式，在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果。曲路有径向和轴向两种。热伸长量较大的轴，应采用径向曲路。迷宫式密封可用于高速轴的轴承密封，但结构比较复杂，安装时要求较高。
4.5 联轴器和离合器
联轴器和离合器主要是用来联接不同机器（或部件）的两根轴，使它们一起转动并传递转矩。联轴器只有在机器停车后经过拆卸才能把被联接的两轴分开，而离合器在机器工作时就能方便地使被联接的两轴分离或接合。
联轴器和离合器的结构形式很多，下面仅介绍常用的几种。
4.5.1 联轴器
（1）凸缘联轴器
凸缘联轴器主要由两个分别装在两轴端部的凸缘盘和联接螺栓组成（见图4.37）。这种联轴器的主要优点是结构简单，成本低，能传递较大的转矩。其缺点是被联接的两轴必须严格对中，无吸振、缓冲作用，不能补偿两轴间的相对位移，只适用于速度低、转矩较大和两轴能严格对中以及冲击较小的场合。
图4.37 凸缘联轴器
凸缘联轴器的结构形式有两种。如图4.37（a）所示为利用两半联轴器的凸肩和凹槽定心，工作时靠螺栓拧紧后使两半联轴器接触面产生的摩擦力来传递转矩。装拆时需要做轴向移动，只适用于不常拆卸的场合。如图4.37（b）所示为利用铰制孔用螺栓联接来定心，工作时靠螺栓与孔壁的直接接触来传递转矩。装拆时不需做轴向移动，故装拆方便，但制造比较麻烦，常用在要求装拆方便的联接处。
凸缘联轴器已标准化，详见有关设计手册。
（2）十字滑块联轴器
图4.38 十字滑块联轴器
十字滑块联轴器主要由两个端面开有凹槽的套筒1，3和两侧具有互相垂直凸台的中间盘2所组成（见图4.38）。
套筒1、3分别与主动轴和从动轴联接成一体，中间盘上两侧的凸台分别嵌在两个套筒的凹槽中构成移动副。工作时，如果两轴线不同心或偏斜，则中间盘上的凸台将沿套筒的凹槽移动。当轴的转速很高时，因两轴线偏移会使中间盘产生很大的离心力，从而加剧凸台和凹槽的磨损，且使轴承受到附加动载荷。为了避免产生过大的离心力，应尽量减小中间盘的质量，如做成空心的中间盘，同时控制两轴的径向位移和限制转速，并在滑动面间加润滑油以减小磨损。
这种联轴器的特点是允许两轴有一定的径向位移和角度位移。但为了限制离心力，只适用于转速较低的场合。允许的位移量和最大转速见机械零件设计手册。
（3）弹性套柱销联轴器
如图4.39所示为弹性套柱销联轴器。其外形结构与凸缘联轴器很相似，它是利用装有弹性套的柱销代替联接螺栓，通过弹性套传递转矩。这种联轴器能缓冲吸振，并能补偿两轴线间的小量位移。它主要用于经常需要正反转和启动频繁的场合。
弹性套的材料一般采用耐油橡胶，并做成梯形剖面以提高弹性。半联轴器上与轴相配合的孔可制成短圆柱形轴孔（J型）、圆柱形轴孔（Y型）或圆锥形轴孔（Z型）。
弹性套柱销联轴器已标准化，其尺寸可按有关设计标准选取。
图4.39 弹性套柱销联轴器
图4.40 万向联轴器
（4）万向联轴器
万向联轴器主要由两个固定在轴上的叉型接头1，3和十字销2组成（见图4.40）。
这种联轴器能联接有较大偏斜角（可达35°～45°）的两轴，或在工作中有较大的角位移的场合。由于单个万向联轴器两轴的瞬时角速度并不是时时相等，通常将万向联轴器成对使用，即由两个单万向联轴器串联而成（见图4.41）。当主动轴以等角速度旋转时，带动中间轴做变角速旋转，再由中间轴带动从动轴以与主动轴相同的等角速度旋转。因此，若要主、从动轴的角速度相等，在安装双万向联轴器时，必须满足主动轴、从动轴与中间轴的夹角相等（即α1＝α2），同时保证中间轴两端的叉面必须位于同一平面内。
图4.41 双万向联轴器
（5）齿轮联轴器
图4.42 齿轮联轴器
如图4.42所示为齿轮联轴器。两个带外齿的套筒1和2分别装在两轴端部，两个带内齿的套筒3和4用螺栓互相联接起来。内齿轮和外齿轮的齿数相同，外齿轮的齿顶制成球面，两啮合的内外齿间具有较大的侧向间隙。
这种联轴器具有良好的补偿相对位移的特性，同时能在轮廓尺寸较小的情况下传递较大的转矩，所以常用于重型机械中的传动。但这种联轴器比较笨重，制造较困难，且成本较高。
4.5.2 离合器
对离合器的基本要求是：接合和分离方便、可靠、操纵灵活；调整方便。离合器的类型很多，常用的有啮合式离合器和摩擦式离合器两类，它们分别利用接合元件的啮合或工作表面间的摩擦力来传递运动和转矩。
（1）牙嵌离合器
图4.43 牙嵌离合器
牙嵌离合器主要由两个端面带有牙齿的套筒1和3及对中环2所组成（见图4.43）。其中一个套筒固定在主动轴上，而另一个套筒则用导向键或花键与从动轴相联接，利用操纵机构使其沿轴向移动来实现离合器的接合和分离。
常用离合器的端面齿形有矩形、梯形和锯齿形3种（见图4.44）。前两种齿形能传递双向转矩，而锯齿形只能传递单向转矩。其中梯形齿易于接合，强度高，应用较广。
牙嵌离合器结构简单，两轴联接后无相对运动。但在接合时有冲击，故只适用于低速或停机状态下的接合，否则容易将齿损坏。
图4.44 牙嵌离合器的齿形
（2）圆盘摩擦离合器
圆盘摩擦离合器分为单盘式和多盘式两种。单盘式摩擦离合器主要由主动摩擦盘2、从动摩擦盘3及滑环5所组成（见图4.45）。摩擦盘2和3分别安装在主动轴1与从动轴4上，操纵滑环施加轴向力Fa使两摩擦盘压紧，利用接触面间所产生的摩擦力把主动轴的运动和转矩传给从动轴。单盘摩擦离合器结构简单，但传递的转矩较小。
图4.45 单盘摩擦离合器
图4.46 多盘摩擦离合器
如图4.46所示为多盘摩擦离合器。主动轴Ⅰ与外鼓轮1联接在一起，从动轴Ⅱ与内套筒4用导向键联接。在外鼓轮内用花键装有外摩擦片2；而在内套筒上也用花键装有内摩擦片3。当操纵滑环7通过杠杆6（绕支座5旋转）压紧所有的内、外摩擦片时，即离合器处于接合状态，若反向移动滑环，则摩擦片松开，离合器处于分离状态，从动轴就停止转动。
多盘摩擦离合器装有多片摩擦片，使摩擦力增大，故能传递较大的转矩。这种离合器的主要优点是：两轴能在任何不同的转速差下接合，接合平稳，过载时会打滑，能避免重要零件损坏。但接合时会产生摩擦发热和磨损。
（3）圆锥摩擦离合器
图4.47 圆锥摩擦离合器
如图4.47所示为圆锥摩擦离合器。主动轴1与具有内圆锥面的半离合器2相固联。从动轴4与具有外圆锥面的半离合器3用导向键相联。在半离合器3上加轴向力Fa后，圆锥面上产生正压力，当主动轴转动时，由正压力所产生的摩擦力带动从动轴转动。
这种离合器结构简单，且用较小的轴向力就能产生较大的正压力，因此，它能传递较大的转矩。例如，摩擦式卷扬机就是圆锥摩擦离合器的应用实例。
复习题
1.根据承载情况轴可分为哪几种类型？
2.轴的合理结构应满足哪些基本要求？轴的常用材料有哪些？
3.轴上零件的轴向固定方法有哪几种？各应注意什么问题？
4.键联接有哪几种类型？它们的主要特点是什么？各适用于什么场合？
5.常用滑动轴承的结构形式有哪几种？各有什么主要特点？
6.轴瓦和轴承衬的材料应具备哪些基本要求？最常用的材料有哪几种？
7.怎样选择滑动轴承的润滑剂及其润滑方式？
8.滚动轴承有哪几种基本类型？各有什么主要特点？
9.试说明下列滚动轴承代号的含义。
2206 4336 N2301 230/500 231/32
10.轴承润滑与密封的主要目的是什么？
11.联轴器与离合器的主要区别是什么？
12.牙嵌离合器和摩擦式离合器各有什么主要特点？
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