第九章-轴和联轴器课件

第九章第九章 轴、联轴器、离合器轴、联轴器、离合器一一 .轴的功用轴的功用支承旋转零件并传递运动和动力支承旋转零件并传递运动和动力 1 1 轴轴内容：内容：轴的分类和材料，轴的结构设计和强度计轴的分类和材料，轴的结构设计和强度计算；联轴器和离合器的类型、特点及应用算；联轴器和离合器的类型、特点及应用重点：重点：轴的结构设计轴的结构设计二二.轴的分类轴的分类1按载荷性质分类按载荷性质分类心轴心轴（弯矩弯矩M M 0 0，转矩转矩T=0T=0）转轴转轴（弯矩弯矩M M 0 0，转矩转矩T T 0 0）传动轴传动轴（弯矩弯矩M M=0 0，转矩转矩T T 0 0）1转轴转轴心轴心轴传动轴传动轴转动心轴转动心轴固定心轴固定心轴22.按轴线形状分按轴线形状分3.按截面形状分按截面形状分直轴直轴空心轴空心轴曲轴曲轴挠性轴挠性轴实心轴实心轴3阶梯轴阶梯轴阶梯轴阶梯轴:曲轴：曲轴：4二、轴的结构二、轴的结构1.1.满足强度、刚度的要求满足强度、刚度的要求;2.2.满足工艺性要求满足工艺性要求:轴上零件轴上零件要有准确的工作位置、便要有准确的工作位置、便于装拆和调整；于装拆和调整；轴应有良好的制造工艺、轴应有良好的制造工艺、应力集中应力集中少，轴的受力状态好少，轴的受力状态好。二、轴的设计内容、特点和步骤二、轴的设计内容、特点和步骤1.1.内容：内容：强度强度、刚度、振动稳定性刚度、振动稳定性、结构设计结构设计2.2.特点：特点：三边：三边：边计算、边画图、边修改边计算、边画图、边修改 三结合：三结合：估算与精算、计算与画图、轴的设计与轴上零件的设计估算与精算、计算与画图、轴的设计与轴上零件的设计3.3.步骤：步骤：选材选材初定轴径初定轴径结构设计结构设计精确验算（强度校核）精确验算（强度校核）轴的材料和结构轴的材料和结构一、轴的材料一、轴的材料1.1.碳素钢碳素钢 3535、4545、50502.2.合金钢合金钢 20Cr20Cr、40Cr40Cr 常用材料及力学性能常用材料及力学性能 （表（表9-19-1）5（一）轴的外形结构（一）轴的外形结构（二）轴上零件的（二）轴上零件的定位和固定方法定位和固定方法阶梯轴阶梯轴轴颈、轴头、轴身轴颈、轴头、轴身轴向、周向轴向、周向轴肩、套筒、轴端挡圈轴肩、套筒、轴端挡圈弹簧挡圈弹簧挡圈圆螺母圆螺母键联接键联接花键联接花键联接销联接销联接过盈联接过盈联接6 定位轴肩定位轴肩零件定位零件定位 h 35 mm 非定位轴肩非定位轴肩便于装配便于装配 h=(0.5 1)mm为便于装拆为便于装拆 阶梯轴阶梯轴轴肩轴肩 d dminmin在最外端、必有定位轴环在最外端、必有定位轴环设计时应注意设计时应注意:轴承定位轴肩轴承定位轴肩(套筒套筒)不能过高不能过高(以便拆卸以便拆卸)轴长轴长 轮毂宽度轮毂宽度安装标准件轴段直径，安装标准件轴段直径，(a)(a)滚动轴承滚动轴承 (b)(b)联轴器联轴器 (c)(c)密封件密封件轴肩圆角轴肩圆角 轮毂孔圆角轮毂孔圆角(倒角倒角)应略短于应略短于应略短于应略短于(保证零件固定保证零件固定)应套其内径标准应套其内径标准(为保证轴上零件与轴肩贴合为保证轴上零件与轴肩贴合)71 1、零件的轴向定位、零件的轴向定位、零件的轴向定位、零件的轴向定位 1 1）轴肩和轴环）轴肩和轴环）轴肩和轴环）轴肩和轴环 要求要求要求要求r r轴轴轴轴RR孔孔孔孔或或或或r r轴轴轴轴CC孔孔孔孔 错误错误错误错误 正确正确正确正确82 2）套筒）套筒）套筒）套筒 3 3）轴用圆螺母）轴用圆螺母）轴用圆螺母）轴用圆螺母 错错错错误误误误正正正正确确确确要求轴肩高度要求轴肩高度要求轴肩高度要求轴肩高度 滚动轴承内圈高度滚动轴承内圈高度滚动轴承内圈高度滚动轴承内圈高度9当当当当用轴肩、轴环、套用轴肩、轴环、套用轴肩、轴环、套用轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈筒、圆螺母、轴端挡圈筒、圆螺母、轴端挡圈筒、圆螺母、轴端挡圈进行零件的轴向定位时，进行零件的轴向定位时，进行零件的轴向定位时，进行零件的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，为保证轴向定位可靠，为保证轴向定位可靠，为保证轴向定位可靠，要求要求要求要求L L轴轴轴轴 L L毂毂毂毂4）轴端挡圈）轴端挡圈 错误错误错误错误 正确正确正确正确正确正确正确正确105 5）轴承端盖）轴承端盖）轴承端盖）轴承端盖 6 6）弹性挡圈）弹性挡圈）弹性挡圈）弹性挡圈 7 7）锁紧挡圈、紧定螺钉或销）锁紧挡圈、紧定螺钉或销）锁紧挡圈、紧定螺钉或销）锁紧挡圈、紧定螺钉或销 轴承端盖与机座间加垫轴承端盖与机座间加垫轴承端盖与机座间加垫轴承端盖与机座间加垫片，以调整轴的位置片，以调整轴的位置片，以调整轴的位置片，以调整轴的位置 11（三）（三）（三）（三）应力集中、应力集中、应力集中、应力集中、制造工艺、受力状态制造工艺、受力状态制造工艺、受力状态制造工艺、受力状态1)1)轴肩处要有过渡圆角轴肩处要有过渡圆角2)2)键槽应位于同一母线上键槽应位于同一母线上3)3)螺纹退刀槽螺纹退刀槽4)4)砂轮越程槽砂轮越程槽同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同尺寸同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同尺寸同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同尺寸同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同尺寸1212三三.轴结构设计步骤轴结构设计步骤1.拟定轴上零件装配方案拟定轴上零件装配方案不同的结构不同的结构较好较好13 2.2.估算轴的最小直径估算轴的最小直径（1 1）类比法：参考同类型已有机器的轴的结构合）类比法：参考同类型已有机器的轴的结构合）类比法：参考同类型已有机器的轴的结构合）类比法：参考同类型已有机器的轴的结构合尺寸，经分析对比，确定所设计的轴的直径。尺寸，经分析对比，确定所设计的轴的直径。尺寸，经分析对比，确定所设计的轴的直径。尺寸，经分析对比，确定所设计的轴的直径。（2 2）经验公式计算：）经验公式计算：）经验公式计算：）经验公式计算：对一般减速器，可采用经验公式来估算轴的直径。对一般减速器，可采用经验公式来估算轴的直径。对一般减速器，可采用经验公式来估算轴的直径。对一般减速器，可采用经验公式来估算轴的直径。高速输入轴的直径高速输入轴的直径高速输入轴的直径高速输入轴的直径d d可按与其相联的电动机轴的直径可按与其相联的电动机轴的直径可按与其相联的电动机轴的直径可按与其相联的电动机轴的直径D D估算，估算，估算，估算，d d（0.80.81.21.2）D D，各级低速轴的直径，各级低速轴的直径，各级低速轴的直径，各级低速轴的直径d d可可可可按同级齿轮传动中心距按同级齿轮传动中心距按同级齿轮传动中心距按同级齿轮传动中心距a a估算，估算，估算，估算，d d（0.30.30.40.4）a a14说明：说明：说明：说明：轴上有单键，直径增大轴上有单键，直径增大轴上有单键，直径增大轴上有单键，直径增大4%;4%;有双键有双键有双键有双键,直径增大直径增大直径增大直径增大10%10%P P传递的功率传递的功率传递的功率传递的功率(kwkw);n);n轴的转速轴的转速轴的转速轴的转速(r/min);(r/min);d d轴的直径轴的直径轴的直径轴的直径(mm)(mm)；C C系数系数系数系数表表表表(9-2)(9-2)(3)只计转矩只计转矩按扭转强度按扭转强度15 3.3.确定轴的各段直径及长度确定轴的各段直径及长度确定轴的各段直径及长度确定轴的各段直径及长度 1）由外向内定各段）由外向内定各段直径直径 2）由内向外定各段）由内向外定各段长度长度4.确定轴上零件周向固定及结构要素确定轴上零件周向固定及结构要素16 两端轴承盖与箱体之间两端轴承盖与箱体之间无调整垫片；无调整垫片；轴承与轴承与齿轮齿轮之间之间无定位轴套、装齿轮的轴段长度过长；无定位轴套、装齿轮的轴段长度过长；齿轮与轴之间齿轮与轴之间无键联接；无键联接；轴肩过高，难以拆卸轴承；轴肩过高，难以拆卸轴承；轴颈过长，轴颈过长，轴承装拆不方便；无退刀槽。轴承装拆不方便；无退刀槽。轴承盖与轴之间轴承盖与轴之间无无间隙，且间隙，且无密封件；无密封件；联轴器无定位轴肩；联轴器无定位轴肩；键过长（应短于轮毂长度）。键过长（应短于轮毂长度）。17轴系结构改错轴系结构改错四处错误正确答案三处错误正确答案18两处错误两处错误1.左侧键太长，左侧键太长，套筒无法装入套筒无法装入2.多个键应位于多个键应位于同一母线上同一母线上19 四四 轴的计算轴的计算 轴的工作能力主要取决于轴的工作能力主要取决于强度强度和刚度，和刚度，高速轴还要校核振动稳定性。高速轴还要校核振动稳定性。轴的强度计算轴的强度计算、轴的刚度计算、轴的刚度计算(略略)一、轴的强度计算一、轴的强度计算1.1.按扭矩计算按扭矩计算应用条件：应用条件：(1)(1)轴只传递转矩，不承受弯矩（或很小的弯矩）轴只传递转矩，不承受弯矩（或很小的弯矩）(2)(2)弯矩未知，按扭矩作初步计算。弯矩未知，按扭矩作初步计算。202.2.按弯扭复合强度计算按弯扭复合强度计算（当量弯矩）（当量弯矩）应用条件应用条件：已知轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大已知轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大 小小、方向和作用点。方向和作用点。步步 骤骤：绘制受力计算简图绘制受力计算简图，计算所有力引起的弯矩，合，计算所有力引起的弯矩，合成弯矩成弯矩M M；计算扭矩，合成当量弯矩；计算扭矩，合成当量弯矩M MV V。合成弯矩合成弯矩当量弯矩当量弯矩设计公式设计公式a校正系数校正系数 见见P P236236：不变的转矩不变的转矩 0.30.3 脉动的转矩脉动的转矩 0.60.6 对称的转矩对称的转矩 1 1 -1b-1b 见表见表9-39-3轴上有单键，直径增大轴上有单键，直径增大4%;有双键有双键,直径增大直径增大10%212 2 联轴器和离合器联轴器和离合器 联轴器和离合器主要是用于轴与轴间的联接，联轴器和离合器主要是用于轴与轴间的联接，使两根轴一起旋转并传递扭矩。使两根轴一起旋转并传递扭矩。联轴器联接的两根轴，必须停车后，经拆卸后才能将两轴分。联轴器联接的两根轴，必须停车后，经拆卸后才能将两轴分。联轴器联接的两根轴，必须停车后，经拆卸后才能将两轴分。联轴器联接的两根轴，必须停车后，经拆卸后才能将两轴分。离合器联接的两轴，在工作时能很方便的将两轴分离和接合。离合器联接的两轴，在工作时能很方便的将两轴分离和接合。离合器联接的两轴，在工作时能很方便的将两轴分离和接合。离合器联接的两轴，在工作时能很方便的将两轴分离和接合。两者的区别：两者的区别：联轴器和离合器均已标准化了，应用联轴器和离合器均已标准化了，应用时根据需要选用。时根据需要选用。类型？型号？类型？型号？安全联轴器与离合器安全联轴器与离合器-机器工作时，若转矩超过规定值，机器工作时，若转矩超过规定值，即可自行断开或打滑，即可自行断开或打滑，以保证机器中的主要零件不因过载而损坏；以保证机器中的主要零件不因过载而损坏；特殊功用的联轴器与离合器特殊功用的联轴器与离合器用于某些特殊要求处，如：在用于某些特殊要求处，如：在一定的回转方向或达到一定转速时，联轴器或离合器即可自动接一定的回转方向或达到一定转速时，联轴器或离合器即可自动接合或分离等；合或分离等；22一、联轴器所联两轴的相对位移一、联轴器所联两轴的相对位移一、联轴器所联两轴的相对位移一、联轴器所联两轴的相对位移两轴线的相对位移两轴线的相对位移两轴线的相对位移两轴线的相对位移:轴向、径向、角度、综合。轴向、径向、角度、综合。轴向、径向、角度、综合。轴向、径向、角度、综合。由于制造、安装或工作时零件的由于制造、安装或工作时零件的由于制造、安装或工作时零件的由于制造、安装或工作时零件的变形等原因，被联接的两轴不一变形等原因，被联接的两轴不一变形等原因，被联接的两轴不一变形等原因，被联接的两轴不一定度能精确对中，因此会出现两定度能精确对中，因此会出现两定度能精确对中，因此会出现两定度能精确对中，因此会出现两轴之间的轴向位移、径向位移和轴之间的轴向位移、径向位移和轴之间的轴向位移、径向位移和轴之间的轴向位移、径向位移和角位移，或其组合。角位移，或其组合。角位移，或其组合。角位移，或其组合。y y y y x x x xy y y y轴向轴向轴向轴向x x x x径向径向径向径向角度角度角度角度综合综合综合综合制造误差制造误差制造误差制造误差安装误差安装误差安装误差安装误差受力变形受力变形受力变形受力变形被联接的两轴不能精确对中被联接的两轴不能精确对中被联接的两轴不能精确对中被联接的两轴不能精确对中23被联接两轴间的各种相对位移无补偿能力，故被联接两轴间的各种相对位移无补偿能力，故对两轴对中性的要求高。当两轴有相对位移时，会在结构内引起对两轴对中性的要求高。当两轴有相对位移时，会在结构内引起附加载荷。这类联轴器的结构比较简单。附加载荷。这类联轴器的结构比较简单。刚性联轴器刚性联轴器刚性联轴器刚性联轴器 挠性联轴器挠性联轴器挠性联轴器挠性联轴器 无弹性元件挠性联轴器无弹性元件挠性联轴器无弹性元件挠性联轴器无弹性元件挠性联轴器：联轴器具有挠性，可补偿两轴的相：联轴器具有挠性，可补偿两轴的相：联轴器具有挠性，可补偿两轴的相：联轴器具有挠性，可补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。有弹性元件挠性联轴器有弹性元件挠性联轴器有弹性元件挠性联轴器有弹性元件挠性联轴器：因联轴器中装有弹性元件，不仅可：因联轴器中装有弹性元件，不仅可：因联轴器中装有弹性元件，不仅可：因联轴器中装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。弹性元以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。弹性元以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。弹性元以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。弹性元件所能储蓄的能量越多，则联轴器的减振能力越强。这类联轴件所能储蓄的能量越多，则联轴器的减振能力越强。这类联轴件所能储蓄的能量越多，则联轴器的减振能力越强。这类联轴件所能储蓄的能量越多，则联轴器的减振能力越强。这类联轴器的品种多，应用广泛。器的品种多，应用广泛。器的品种多，应用广泛。器的品种多，应用广泛。对被联接两轴间的各种相对位移有补偿能力，进一步分为：对被联接两轴间的各种相对位移有补偿能力，进一步分为：对被联接两轴间的各种相对位移有补偿能力，进一步分为：对被联接两轴间的各种相对位移有补偿能力，进一步分为：24 传递的转矩大、运转可靠、寿命长；对冲击载荷较敏感、传递的转矩大、运转可靠、寿命长；对冲击载荷较敏感、要求两轴对中。适用于两轴严格对中的场合。要求两轴对中。适用于两轴严格对中的场合。联轴器联轴器刚性刚性挠性挠性凸缘联轴器凸缘联轴器 套筒联轴器套筒联轴器 夹壳联轴器夹壳联轴器盘销联轴器盘销联轴器 滑块联轴器滑块联轴器 万向联轴器万向联轴器弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器弹性圆盘联轴器弹性圆盘联轴器 金属弹性元件挠性联轴器金属弹性元件挠性联轴器 二、联轴器的类型、特点及应用二、联轴器的类型、特点及应用 具有缓冲、吸振性；强度低、寿命短。适用于频繁启动、具有缓冲、吸振性；强度低、寿命短。适用于频繁启动、高速及双向运转的场合。高速及双向运转的场合。无弹性元件无弹性元件有弹性元件有弹性元件25套筒联轴器套筒联轴器 凸缘联轴器凸缘联轴器26夹壳联轴器夹壳联轴器滑块联轴器滑块联轴器 万向联轴器万向联轴器27潘存云教授研制滚子联轴器滚子联轴器滚子联轴器滚子联轴器结构：结构：利用一条公用的双排链条同时与两个齿数相同利用一条公用的双排链条同时与两个齿数相同 的并列链轮啮合来实现两半链轴器的联接。的并列链轮啮合来实现两半链轴器的联接。特点：特点：结构简单、尺寸紧凑、质量小、装拆方便、维结构简单、尺寸紧凑、质量小、装拆方便、维修容易、成本低廉。修容易、成本低廉。优点：优点：优点：优点：结构简单、尺寸紧凑、质量小、装拆方便、维修容易、结构简单、尺寸紧凑、质量小、装拆方便、维修容易、成本低廉，有一定的补偿性能和缓冲性能。成本低廉，有一定的补偿性能和缓冲性能。缺点：缺点：缺点：缺点：因链条的套筒与链轮之间存在间隙，不适于逆向传动和因链条的套筒与链轮之间存在间隙，不适于逆向传动和启动频繁或立式轴传动。同时受离心力的影响不适于高速传动。启动频繁或立式轴传动。同时受离心力的影响不适于高速传动。28尼龙销尼龙销挡板挡板cc销与销与挡板之挡板之间留有间隙间留有间隙弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器特点：特点：上述两种联轴器的上述两种联轴器的动力通过弹性元件传递，动力通过弹性元件传递，缓和冲击、吸收振动。缓和冲击、吸收振动。29弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器 弹性圆盘联轴器弹性圆盘联轴器弹性圆盘联轴器弹性圆盘联轴器 潘存云教授研制c圆柱孔圆柱孔圆锥孔圆锥孔结构特点：结构特点：结构特点：结构特点：外外外外观与凸缘联轴观与凸缘联轴观与凸缘联轴观与凸缘联轴器相似，用带器相似，用带器相似，用带器相似，用带橡胶弹性套的橡胶弹性套的橡胶弹性套的橡胶弹性套的柱销联接两个柱销联接两个柱销联接两个柱销联接两个半联轴器。半联轴器。半联轴器。半联轴器。30二、二、联轴器的选择联轴器的选择1.1.根据工作条件确定类型根据工作条件确定类型 对中性？转速对中性？转速?转矩？转矩？载荷平稳性？载荷平稳性？2.2.由轴径由轴径d d、转矩转矩T T、转速转速n n 确定型号确定型号计算转矩计算转矩=工作情况系数工作情况系数 名义转矩名义转矩原则原则31三、离合器三、离合器的基本类型、特点及应用的基本类型、特点及应用牙嵌离合器牙嵌离合器 摩擦离合器摩擦离合器自动离合器自动离合器安全离合器安全离合器磁粉离合器磁粉离合器定向离合器定向离合器单盘式离合器单盘式离合器 片式离合器片式离合器离合器离合器牙嵌离合器牙嵌离合器 32单盘式离合器单盘式离合器 33片式离合器片式离合器34摩擦式安全离合器摩擦式安全离合器35剪销安全联轴器剪销安全联轴器拉杆安全联轴器拉杆安全联轴器剪破式联轴器剪破式联轴器36作业：作业：课后：课后：3、4、5、937