电机常见的4种轴伸型式

电机是把电能转换成机械能的机电设备。电网输入的电能经电机内部气隙磁场实现机电能量转换，由电机轴伸输出机械功率驱动各类设备运转。通俗点讲，电机内气隙是电能转换为机械能的无形媒介，轴伸则是电机与机械传动系统的有形联结。今天，就和大家聊聊电机与机械传动系统联结型式，各类联结究竟有哪些特点，为什么必须选择这种联结方式。
电机与机械传动系统联结方式理论上可以有可拆卸和不可拆卸两大类，但几乎所有应用系统中电机作为通用性独立模块存在，必须具有互换性，故而只有可拆卸联结结构型式。恰恰因可拆卸、互换性这一基本特征，电机轴伸才只有圆柱轴伸、圆锥轴伸、花键轴伸三种，实际输出联结形式分为圆柱轴伸平键联结、圆锥轴伸平键联结、圆柱轴伸切向键联结和花键联结，其中花键联结时根据负荷和精度要求设计为矩形花键轴伸和渐开线花键轴伸。
一、电机常用轴伸型式
1.圆柱轴伸平键联结
圆柱轴伸平键联结最为常见，没有特殊要求或缺省默认情况均为平键联结圆柱轴伸。这种轴伸不需要过高的加工设备和操作技能，粗糙度、尺寸精度和对中精度容易保证，可满足绝大多数应用场合结构强度、配合精度要求。
2.圆锥轴伸平键联结
圆锥轴伸平键联结多用于要求频繁正反转、耐振、耐冲击、重载起动等场合，一般轴伸锥度1：10、轴端带锁紧装置。普通机加设备和最基本的操作技能均能胜任锥轴伸加工，应用规模仅次于圆柱轴伸，共同作为标准轴伸联结输出型式。
3.圆柱轴伸切向键联结
圆柱轴伸切向键联结主要用于轴径大于100mm 、对中性要求不高且载荷较大的重型机械中。切向键由两个斜度为1:100的普通楔键组成，相互平行的两窄面为工作面，一个工作面在通过轴心线的平面内，工作时工作面上的挤压力沿轴的切线作用，即靠工作面的挤压来传递转矩。一个切向键只能传递单向转矩，若要传递双向转矩，必须用两个切向键，并错开120～135反向安装，如图1所示。

4.花键轴伸
当平键强度不能满足设计要求时，则应考虑设计花键轴伸。花键联结是由多个键齿与键槽在轴和轮毂孔的周向均布而成，分为矩形花键和渐开线花键。
花键齿较多、工作面积大、承载能力较高；键均匀分布，各键齿受力较均匀；齿轴一体且齿槽浅、齿根应力集中小，强度高且对轴的强度削弱减少；轴上零件对中性好、导向性较好。所有这些平键无可比拟的优点，注定花键最适合于用作电机轴伸。但花键加工必须配备专用设备和刃具，检测计量难度大、加工成本高，只在高精度、特殊应用或普通轴强度无法满足设计要求的场合才选用。

图2为矩形花键结构型式，图3为键槽截面形状。矩形花键采用小径定心方式，即外花键和内花键的小径作为配合表面。特点:1)定心精度高，定心的稳定性好;2)可以利用磨削的方法消除热处理产生的变形。矩形花键的标记代号依次包括键数N、小径d、大径D、键宽B。如花键规格6×23×26×6，表示键数6、小径φ23、大径φ26、键宽6，花键副：6×23H7/f7×26H10/a11×6H11/d10。

图4为渐开线花键轴截面尺寸，特点为：1）载荷较大，定心精度要求较高，齿廓为渐开线；2）受载时齿上有径向分力、能起自动定心作用；3）各齿载荷作用均匀，强度高，寿命长；4）压力角有30°、37.5°、45°，压力角愈大、载荷能力愈小、自定心能力愈强；5）模数2.5~10，最少齿数为10。
齿数24、模数2.5、30°圆齿根、公差等级为5级、配合类别H/h的渐开线花键副表示为：INT/EXT 24z ×2.5m×30R×5H/5h。
简而言之，电机轴伸与设备直接对接，尺寸加工精度要求非常高，涉及电机质量的问题也很多。
二、轴伸不合适导致的具体问题
1.轴伸直径
与设备配套采用联轴器轴向对接或采用皮带轮传动联接，无论哪种联接都会涉及轴伸与联轴器的配合。如果直径偏大或与联轴器、皮带轮等设备接口配合过紧，会导致无法安装或配合面严重损伤，最终的结果是因配套性不好导致设备运行总体效率低下；相反，如果配合过于松动，电机与设备配合会出现晃动，轴伸与联轴器之间会出现径向的相对移动，导致联接键受损并伴有严重杂音，同时，电机轴伸键槽和联轴器键都会受损，严重时导致设备无法工作。
2.轴伸长度
轴伸长度与决定电机与设备轴向对接空间的关键尺寸，如果轴伸过长且采用轴向对接方式，势必会导致设备与电机相对空间过于紧张，致使电机和设备轴向受力严重，出现轴承受力损毁的事实。该问题对于皮带轮传动的情况相对要好一些，但作为电机生产企业，要保证客户各种安装方式的要求，所以该尺寸必须严格控制。
3.轴伸根部处置
该环节是不少电机厂家遇到的问题，一是根部处置能否保证联轴器安装到位，二是根部过渡圆角的加工不合理，容易引起应力集中。有的电机厂家轴加工时该处圆角处置非常随意，有的甚至是采用扎刀方式加工，最终导致该处应力过于集中，最终的结果是电机带载运行时轴齐根断裂。值得一提的是，不仅仅轴伸根部应力集中问题断轴，轴承位根部也因一模一样的问题常出现断轴故障案例。
4.轴伸键槽宽度、深度和对称度
键槽宽度、深度负超差，导致轴与联轴器无法安装，反之，如果尺寸正超差，则会导致电机运行带载时因键的移动致使键槽受损，甚至导致电机与设备转动的不同步。对于对称度问题，如果不符合要求，将无法与联轴器联接。
轴伸是电机与设备配套的接口，接口联结方式直接决定了负荷能常大，选用时应以适宜、实用、安全可靠为原则，尽可能通过最经济稳妥的手段满足客户需求。