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1、四川大学制造学院测控专业2014.12精密机械设计基础精密机械设计基础 轴轴、联轴器联轴器、离合器离合器主要内容1 轴；2 联轴器；3 离合器。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。第一节 概述一、轴的分类a)、心轴：用来支承转动零件，只承受弯矩而不传递 转矩。1、按轴所受载荷和应力的不同，分为三种：一、轴的分类b)、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。1、按轴所受载荷和应力的不同，分为三种：一、轴的分类c)、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1、按轴所受载荷和应力的不同，分为三种：一、轴的
2、分类2、按轴的中心线的不同，分为三种：a)、直轴：轴的各截面中心在同一直线上。如光轴、阶 梯轴、实心轴、空心轴。b)、曲轴：轴的各截面中心不在同一直线上。曲轴通常 是专用零件。曲轴一、轴的分类2、按轴的中心线的不同，分为三种：c)、软轴：轴线可变，把回转运动灵活地传到任何位 置。曲轴通常是专用零件。二、联轴器和离合器用来连接两根轴，使之一同回转并传递转矩的一 种部件。联轴器：只有当运动停止后，靠拆卸，才能将轴分 开。离合器：可在运动中随时使两轴分离或结合。第二节 轴n设计轴时的考虑因素设计轴时的考虑因素： 回转精度回转精度、强度强度、刚度刚度、热变形热变形、振动稳定性和振动稳定性和 结构工艺性
3、结构工艺性。n设计内容设计内容： 选材选材、确定轴的结构确定轴的结构、计算轴的强度和刚度计算轴的强度和刚度，计计 算轴的振动稳定性算轴的振动稳定性（高速运转的轴高速运转的轴），），绘制出轴的零绘制出轴的零 件工作图件工作图。 注意注意：轴的设计要与轴承轴的设计要与轴承、轴系零件统一考虑轴系零件统一考虑。1、选材原则选材原则：根据轴的工作能力根据轴的工作能力（强度强度、刚度刚度、振动振动 稳定性稳定性、耐磨性等耐磨性等）、）、热处理方式热处理方式、制造工艺性制造工艺性 经济合理经济合理。 2、常用材料常用材料 碳素钢碳素钢对应力集中敏感性小对应力集中敏感性小，价格低廉价格低廉， 常用常用。 45
4、、35、50（调质调质or正火正火），），Q235、Q275 合金钢合金钢较高的力学性能和热处理性能较高的力学性能和热处理性能， 用于受力较大且尺寸较小用于受力较大且尺寸较小、重量轻重量轻 和耐磨性高的轴和耐磨性高的轴。 20Cr、40Cr、含含Mo合金钢合金钢。一、轴的材料及其选择（表10-1）二、估算最小轴径n利用轴的工作转速和传递功率来估算轴的最小轴径利用轴的工作转速和传递功率来估算轴的最小轴径。1 1、轴的结构轴的结构 轴轴 颈颈轴上被支承的部位轴上被支承的部位；轴轴 头头安装轮安装轮 毂的部位毂的部位；轴轴 身身联结轴颈与轴头的部分联结轴颈与轴头的部分。2 2、轴的结构设计内容轴的结
5、构设计内容1 1）确定并绘出轴的全部结构和尺寸确定并绘出轴的全部结构和尺寸；2 2）制定出满足使用要求的技术条件制定出满足使用要求的技术条件。3 3、一般应使轴的结构满足如下条件一般应使轴的结构满足如下条件1 1）轴和装在轴上的零件有准确的轴向轴和装在轴上的零件有准确的轴向、周向工作位周向工作位 置置，并便于装拆和调整并便于装拆和调整；2 2）有良好的加工工艺性有良好的加工工艺性；3 3）有足够的强度有足够的强度、刚度刚度、振动稳定性和回转精度振动稳定性和回转精度。三、轴的结构设计轴的结构设计优缺点：简单可靠，不需附加零件，承受较大轴向 力；但使直径增大，阶梯处产生应力集中。（二）、零件在轴上
6、的固定1、轴向固定（轴肩、轴环、螺母、套筒及轴端挡 圈固定）：轴肩定位（二）、零件在轴上的固定1、轴向固定（轴肩、轴环、螺母、套筒及轴端挡 圈固定）：圆螺母定位弹性挡圈定位（二）、零件在轴上的固定1、轴向固定（轴肩、轴环、螺母、套筒及轴端挡 圈固定）：止动垫圈固定轴端压板键过盈配合（二）、零件在轴上的固定2、周向固定（键、花键、销、过盈配合等）（二）、零件在轴上的固定2、周向固定（键、花键、销、过盈配合等）n良好的加工工艺性良好的加工工艺性 1轴的直径变化尽可能少轴的直径变化尽可能少，并尽量限制轴的最大直径与各轴段并尽量限制轴的最大直径与各轴段 的直径差的直径差（节省材料节省材料，减少切削量减
7、少切削量）。）。 2轴上有磨削与切螺纹处轴上有磨削与切螺纹处，要留砂轮越程槽和螺纹退刀槽要留砂轮越程槽和螺纹退刀槽，以以 保证完整加工保证完整加工。 3轴上有多个键槽时轴上有多个键槽时，应开在同应开在同直线上直线上，以免加工键槽时多以免加工键槽时多 次装夹次装夹。 4尽可能使轴上各过渡圆角尽可能使轴上各过渡圆角、倒角倒角、键槽键槽、越程槽越程槽、退刀槽及退刀槽及 中心孔等尺寸分别相同中心孔等尺寸分别相同，并符合标准和规定并符合标准和规定，以利于加工以利于加工 和检验和检验。 5轴上配合轴段直径应取标准值轴上配合轴段直径应取标准值；与滚动轴承配合的轴径应按与滚动轴承配合的轴径应按 滚动轴承内径尺
8、寸选取滚动轴承内径尺寸选取：轴上的螺纹部分直径应符合螺纹轴上的螺纹部分直径应符合螺纹 标准等标准等。（三）、轴的加工工艺性和装配工艺性第二节 轴（三）、轴的加工工艺性和装配工艺性n装配工艺性装配工艺性 1 为便于轴上零件的装配为便于轴上零件的装配，使其能顺利通过相邻轴使其能顺利通过相邻轴 段而到达轴上的确定位置段而到达轴上的确定位置，常采用直径从两端向常采用直径从两端向 中间逐渐增大的阶梯轴中间逐渐增大的阶梯轴。轴上的各阶梯轴上的各阶梯，除用作除用作 轴上零件轴向固定的可按规定确定轴肩高度外轴上零件轴向固定的可按规定确定轴肩高度外， 其余仅为便于安装而设置的轴肩其余仅为便于安装而设置的轴肩，其
9、轴肩高度常其轴肩高度常 可取可取0.53mm。 2轴端应倒角轴端应倒角，以去掉毛刺并便于装配以去掉毛刺并便于装配。 3固定滚动轴承的轴肩高度应小于轴承内圈厚度固定滚动轴承的轴肩高度应小于轴承内圈厚度， 以便拆卸以便拆卸。（三）、轴的加工工艺性和装配工艺性图 10-3 轴系结构实例 按许用切应力计算轴颈按许用切应力计算轴颈 已知已知：轴传递的功率轴传递的功率P、转速转速n639.55 10/0.2TT TTP n Wdtt=6339.55 10/ 0.2TP nPdCnt=（101）（102）第二节 轴 按弯曲和扭转复合强度计算轴颈按弯曲和扭转复合强度计算轴颈130.1VV bbMM Wdss-
10、=310.1VbMds-（103）（104）四、轴的强度计算 扭转刚度计算扭转刚度计算 弯曲刚度计算弯曲刚度计算计算法计算法工程工程查表法查表法第二节 轴 66449.55 10 (/ )9.55 10 (/ ) (/32)0.1pTLP n LP n L GIGdGdjjp=aEIxMdxyd/ )(/22=五、轴的刚度计算联轴器联轴器联接两根轴一同回转联接两根轴一同回转，仅在停止时经拆卸仅在停止时经拆卸 才能将二者分离才能将二者分离。 联轴器分类联轴器分类：刚性联轴器刚性联轴器用于两轴严格对中用于两轴严格对中，工作中不发生相工作中不发生相 对偏移的地方对偏移的地方。 挠性联轴器挠性联轴器用
11、于两轴有相对位移的地方用于两轴有相对位移的地方。如果使如果使 用弹性元件用弹性元件，则称弹性联轴器则称弹性联轴器。 联轴器的设计选用原则联轴器的设计选用原则:拆卸方便拆卸方便、质量较轻质量较轻、尺寸较小尺寸较小、便于拆卸安装便于拆卸安装、 位置尽量靠近轴承位置尽量靠近轴承。第三节 联轴器第三节 联轴器一一、刚性联轴器刚性联轴器 套筒联轴器套筒联轴器凸缘联轴器凸缘联轴器二二、挠性联轴器挠性联轴器 （一一）无弹性元件挠性联轴器无弹性元件挠性联轴器盘销联轴器盘销联轴器十字滑块联轴器十字滑块联轴器单万向节联轴器单万向节联轴器双万向节联轴器双万向节联轴器齿轮联轴器齿轮联轴器链式联轴器链式联轴器（二二）有
12、弹性元件挠性联轴器有弹性元件挠性联轴器 1 金属弹性元件挠性联轴器金属弹性元件挠性联轴器2 非金属弹性元件挠性联轴器非金属弹性元件挠性联轴器弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器轮胎式联轴器轮胎式联轴器弹性圆盘联轴器弹性圆盘联轴器第三节 联轴器离合器离合器联结两根轴一同回转联结两根轴一同回转，运动中可随时运动中可随时 使二者分离或结合使二者分离或结合。离合器的分类与典型介绍离合器的分类与典型介绍离离 合合 器器外力操纵外力操纵自动操纵自动操纵机械离合器机械离合器电磁离合器电磁离合器气压离合器气压离合器液压离合器液压离合器啮合式啮合式牙嵌牙嵌、齿式齿式。摩擦式摩擦式单盘单盘
13、、多盘多盘、 圆锥圆锥、弹簧弹簧。超越离合器超越离合器牙嵌牙嵌、滚柱滚柱、楔块楔块。 离心离合器离心离合器闸块闸块、钢珠钢珠。 安全离合器安全离合器牙嵌牙嵌、钢珠钢珠、圆盘圆盘、圆锥圆锥。第四节 离合器（离合方式）（操纵方式）（工作原理）（特性）第三节 联轴器特点特点：结构简单紧凑结构简单紧凑（特别是径向尺寸特别是径向尺寸），），成本低成本低 廉廉，便于装卸与维护便于装卸与维护。可以一定程度上起安全保护可以一定程度上起安全保护 作用作用。要求在两轴严格对中情况下使用要求在两轴严格对中情况下使用。（。（已有标已有标 准化设计资料准化设计资料）第三节 联轴器图 10-11 第三节 联轴器半联轴器半
14、联轴器螺栓螺栓特点特点：结构简单结构简单，可传递较大转距可传递较大转距，要求在两轴严要求在两轴严 格对中情况下使用格对中情况下使用。是一种应用广泛是一种应用广泛，便于购得标便于购得标 准件的联轴器类型准件的联轴器类型。其中凸肩其中凸肩凹槽型拆卸时需要凹槽型拆卸时需要 轴向位移轴向位移，受剪螺栓型无需轴向位移受剪螺栓型无需轴向位移。第三节 联轴器图 10-13 盘销联轴器盘销联轴器允许连接轴的最大轴向位移量要允许连接轴的最大轴向位移量要 小于两盘间最大间隙小于两盘间最大间隙D D。在读数系统中应用时在读数系统中应用时，应注意两轴线不重合所应注意两轴线不重合所 引起的传动误差引起的传动误差。第三节
15、 联轴器特点特点：用于联结径向位移或角位移很小的两根轴用于联结径向位移或角位移很小的两根轴。 可传递中等力矩可传递中等力矩。滑动面间存在磨损滑动面间存在磨损，存在偏心质存在偏心质 量量，产生离心力产生离心力，不宜用于高速旋转不宜用于高速旋转，效率较低效率较低。 空回误差较大空回误差较大。第三节 联轴器图 10-17 15特点特点：结构简单结构简单，用于联接两交叉轴用于联接两交叉轴。不能传递等不能传递等 角位移角位移，在转动一周过程中在转动一周过程中，两轴传动比不能始终两轴传动比不能始终 为为1 1。主要用于精度要求不高的传动中主要用于精度要求不高的传动中。第三节 联轴器1 1万向接头套万向接头套2 2万向接头环万向接头环3 3球头轴球头轴4 4销杆销杆特点特点：用于不对心的两根轴间实现等角速度传动用于不对心的两根轴间实现等角速度传动。条件条件1 12 2中间轴的两端的万向接中间轴的两端的万向接头环头环3 3、5 5应在同一平面内应在同一平面内。第三节 联轴器图 10-18主动轴主动轴中间轴中间轴从动轴从动轴第三节 联轴器特点特点：对两轴综合偏移有很好的补偿性对两轴综合偏移有很好的补偿性。齿轮联轴器齿轮联轴器 外廓紧凑外廓紧凑。因为很多齿同时工作因为很多齿
