精密机械设计基础第2版 裘祖荣第十章

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1、第十章 轴、联轴器、离合器,参考文献,张策主编，机械原理与机械设计（下册），机械工业出版社，2004 濮良贵主编，机械设计，高等教育出版社，2006 其他机械设计的相关书籍,第一节 概述,一、轴是轴系的核心零件，一切做回转运动的零件，只有装在轴上后才能实现其运动。 二、轴的分类 1、按载荷和应力的不同，分为三种： 心 轴随同回转零件一起或不一起转动。只承受弯矩而不传递转矩。 转 轴既承受弯矩又承受转矩。 传动轴主要承受转矩。,起重装置,2、按轴的中心线的不同，分为三种： 直 轴轴的各截面中心在同一直线上。 光轴、阶梯轴 实心轴、空心轴 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。

2、软 轴轴线可变，把回转运动灵活地传到任何位置。,第一节 概述,三、联轴器和离合器 用来联结两根轴，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。,第一节 概述,第一节 概述,心轴,第一节 概述,转轴,第一节 概述,第一节 概述,起重机的起重机构传动系统简图,只传递转矩，不承受弯矩（轴自身重量小，可忽略）-传动轴,只承受弯矩-转动心轴,第一节 概述,第一节 概述,第一节 概述,设计轴时的考虑因素： 强度、刚度、振动稳定性、回转精度和结构工艺性。 设计内容： 选材、确定轴的结构、计算轴的强度和刚度，计算轴的振动稳定性（高速

3、运转的轴），绘制出轴的零件工作图。 轴的设计要与轴承、轴系零件统一考虑。,第二节 轴,一、轴的材料及其选择（表10-1） 1、选材原则：根据轴的工作能力（强度、刚度、振动稳定性、耐磨性等）、热处理方式、制造工艺性经济合理。 2、常用材料 碳素钢对应力集中敏感性小，价格低廉，常用。 45、35、50（调质or正火），Q235、Q275 合金钢用于高速、重载、受力较大且尺寸较小、重量轻和耐磨性高、或高温、腐 蚀环境工作的轴。 20Cr、40Cr、含Mo合金钢。 对应力集中敏感，热处理提高强度和耐磨性，对刚度影响小。,第二节 轴,二、估算轴的最小直径 已知：轴传递的功率P、转速n,第二节 轴,三、轴

4、的结构设计 1、轴的结构 轴 颈轴上被支承的部位；轴 头安装轮毂的部位；轴 身联结轴颈与轴头的部分。 2、轴的结构设计内容 1）确定并绘出轴的全部结构和尺寸； 2）制定出满足使用要求的技术条件。 3、一般应使轴的结构满足如下条件 1）轴上的零件有准确的轴向、周向工作位置； 2）便于装拆和调整； 3）有良好的加工工艺性。,第二节 轴,零件在轴上的轴向固定,第二节 轴,轴肩、轴环简单可靠，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。,定位面,内圆角rR or (C),a=(0.070.1)d, b=1.4a,阶梯轴中，直径最大的轴段称为轴环。,第二节 轴,套筒简单可靠，可承受较

5、大的轴向力；常用于轴上两个近距零件间的相对固定和定位；不宜用于高速转轴；套筒内径与轴常采用间隙配合。,第二节 轴,螺母固定可靠，承受较大轴向力，能实现轴上零件的间隙调整；常用于两零件的间距较大处，亦可用于轴端；为减小对轴的强度的消弱，常用细牙螺纹；为防松，须加止动垫圈或使用双螺母。,第二节 轴,轴端挡圈工作可靠，承受较大轴向力；只用于轴端，且采用止动垫片等防松措施。,锥面装拆方便，多用于轴端零件固定，且可兼作周向定位；宜用于高速、冲击及对中性要求高的场合。,第二节 轴,弹性挡圈结构紧凑、简单，装拆方便，但受力较小，且轴上切槽引起应力集中；常用于轴承的固定。,第二节 轴,紧定螺钉、锁紧挡圈结构简

6、单，但受力较小，不适于高速场合。,第二节 轴,轴承端盖固定轴承外圈，能承受较大轴向力。,轴承座凸肩固定轴承外圈，能承受较大轴向力,孔用弹性挡圈固定轴承外圈，只能承受较小轴向力。,第二节 轴,零件在轴上的周向固定 键联接、销联接、紧定螺钉、过盈联接等,第二节 轴,良好的加工工艺性 1 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的直径差（节省材料，减少切削量）。 2 轴上有磨削与切螺纹处，要留砂轮越程槽和螺纹退刀槽，以保证完整加工。,第二节 轴,3 轴上有多个键槽时，应开在同直线上，以免加工键槽时多次装夹。 4 尽可能使轴上各过渡圆角、倒角、键槽、越程槽、退刀槽及中心孔等尺寸分别相同，并

7、符合标准和规定，以利于加工和检验。 5 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滚动轴承内径尺寸选取：轴上的螺纹部分直径应符合螺纹标准等。,装配工艺性 1 为便于轴上零件的装配，使其能顺利通过相邻轴段而到达轴上的确定位置，常采用直径从两端向中间逐渐增大的阶梯轴。轴上的各阶梯，除用作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，其轴肩高度常可取0.53mm。 2 轴端应倒角，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，以便拆卸。,第二节 轴,轴系结构实例,第二节 轴,第二节 轴,轴的结构设计的大致阶段 1、估算最小直径； 2、确定轴

8、的支承和轴上零件的布置方案； 3、确定轴和轴上零件外形设计； 4、确定各轴段的直径和长度； 5、细化设计，即完成轴肩圆角半径、退刀槽、越程槽、配合性质及公差、热处理等。,第二节 轴,第二节 轴,单级齿轮 减速器输入轴,四、按弯曲和扭转复合强度条件校验轴的强度 1）绘出轴的空间受力简图，并求出垂直面和水平面内的支点反力。 2）绘出垂直面内的弯矩 图。 3）绘出水平面内的弯矩 图。 4）利用公式 绘出合成弯矩图。 5）绘出转矩T图。 6）利用公式 求出并绘出当量弯矩图。 7）强度校验。,第二节 轴,五、轴的刚度计算 扭转刚度计算 弯曲刚度计算 计算法,第二节 轴,联轴器联结两根轴一同回转，仅在停止

9、时经拆卸才能将二者分离。 联轴器分类根据两轴相对位置情况： 刚性联轴器用于两轴严格对中，工作中不发生相对偏移的地方。 挠性联轴器用于两轴有相对位移的地方。如果使用弹性元件，则称弹性联轴器。,第三节 联轴器,联轴器的要求： 工作可靠、质量较轻、尺寸较小、便于拆卸安装、位置尽量靠近轴承。 联轴器的选用： 联轴器大部分已标准化、系列化。可根据载荷性质、转速、两被连接轴到轴线偏移、传动精度等选择联轴器的品种。 各联轴器每一种规格（尺寸）都列有许用转矩和许用转速，应根据被连接轴的直径、转速和传递的转矩选择联轴器的型号和安装尺寸。必要时对联轴器中关键零件进行强度或其他性能的验算。,第三节 联轴器,一、刚性

10、联轴器 套筒联轴器 凸缘联轴器 特点- 优点：可以传递较大转矩，结构简单，工作可靠，容易维护，价格较低。 缺点：无法补偿两轴的偏斜和位移，对两轴的对中性要求较高；缺乏缓冲和吸振的能力。在不能避免两轴偏斜和位移的场合中应用时，易产生附加应力。 应用- 用于联接对中精度较高、载荷平稳的两根轴。,第三节 联轴器,二、挠性联轴器 （一）无弹性元件挠性联轴器 盘销联轴器 十字滑块联轴器 十字轴万向节联轴器 双万向节联轴器 齿式联轴器 链式联轴器 （二）有弹性元件挠性联轴器 1 金属弹性元件挠性联轴器 2 非金属弹性元件挠性联轴器 弹性套柱销联轴器 弹性柱销联轴器 轮胎式联轴器 弹性圆盘联轴器,第三节 联

11、轴器,离合器联结两根轴一同回转，运动中可随时使二者分离或结合。 离合器的分类与典型介绍,离合器,外力操纵,自动操纵,机械离合器,电磁离合器,气压离合器,液压离合器,啮合式牙嵌、齿式。,摩擦式单盘、多盘、 圆锥、弹簧。,超越离合器牙嵌、滚柱、楔块。,离心离合器闸块、钢珠。,安全离合器牙嵌、钢珠、圆盘、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,第三节 联轴器,套筒联轴器,第三节 联轴器,键,销,紧定螺钉,过盈配合,套筒弹性力,第三节 联轴器,半联轴器,螺栓,应用最广！,凸缘联轴器,对中方法 a)凸肩凹槽型：连接对中精度高；两个半联轴器依靠接合面间的

12、摩擦力传递转矩；拆卸时需要轴向位移。 b)受剪螺栓型：两个半联轴器依靠螺栓的剪切和挤压来传递转矩，传递转矩较大；要求凸缘端面和轴线有较高的垂直度；拆卸时无需轴向位移。,第三节 联轴器,盘销联轴器允许连接轴的最大轴向位移量要小于两盘间最大间隙。 在读数系统中应用时，应注意两轴线不重合所引起的传动误差。,第三节 联轴器,特点：用于联接径向位移或角位移很小的两根轴。可传递中等力矩。滑动面间存在磨损，存在偏心质量，产生离心力，不宜用于高速旋转，效率较低。空回误差较大。,第三节 联轴器,滑块联轴器,十字轴万向节联轴器,第三节 联轴器,特点：结构简单，用于联接两交叉轴（夹角最大达3545）。不能传递等角位

13、移，在转动一周过程中，两轴传动比不能始终为1。主要用于精度要求不高的传动中。,特点：用于不对心的两根轴间实现等角速度传动。 条件 中间轴的两端的叉形接头应在同一平面内,第三节 联轴器,双万向联轴器,第三节 联轴器,第三节 联轴器,特点：对两轴综合偏移有很好的补偿性。齿轮联轴器外廓紧凑。因为很多齿同时工作，故传递转矩大、工作可靠。适用于启动频繁，经常正反转使用的场合。,第三节 联轴器,特点：结构简单，拆卸方便，效率高。,第三节 联轴器,金属弹性元件挠性联轴器,第三节 联轴器,特点：用于联接需正、反转或启动频繁，在交变载荷下运转的两根轴，传递中、小转矩。,第三节 联轴器,第三节 联轴器,特点：结构

14、简单，安装、制造方便，耐久性好，也有吸振和补偿轴向位移的能力。常用于轴向窜动量较大，经常正反转，起动频繁，转速较高的场合。,第三节 联轴器,特点：良好的消振、缓冲和补偿两轴线偏移能力，结构简单，装卸方便，但径向尺寸较大。一般是用于潮湿、多尘、启动频繁、正反转多变、冲击载荷达及两轴线偏移较大场合。,第三节 联轴器,特点：结构简单，弹性好，价廉，减震性能好。,弹性圆盘联轴器,特点：结构简单，尺寸较小。承载能力大，主、从动轴可同步转动，但接合时有冲击。 一般在静止或圆周速度较低（两轴转速差很小）情况下结合。 查阅手册可获得标准设计。,第四节 离合器,特点：可通过增加摩擦盘直径或轴向压紧力增加传递的转

15、矩，轴向尺寸不变。可在高速旋转时结合或脱开。有安全保护作用。,第四节 离合器,第四节 离合器,特点：可通过增加摩擦盘数目增加传递的转矩。离合器的径向尺寸、轴向压紧力不变，轴向尺寸增加有限，可在高速旋转时结合或脱开。 机械、液压、气动、电磁控制方式均有标准化供货。磨损后更换摩擦片即可。,第四节 离合器,(a)外摩擦片 (b)内摩擦片 (c)碟形内摩擦片,特点：可通过增加摩擦盘直径或调整摩擦盘锥角增加传递的转矩。传递同样转矩情况下比单盘式所需轴向力和径向尺寸均小，可在高速旋转时结合或脱开。,第四节 离合器,摩擦面,特点：从动轮可以高于或等于主动轮的转速旋转。 从手册可查得标准设计。,第四节 离合器,第四节 离合器,特点：仅用于传递转矩较小 过载时，主动、被动轴自动脱开。负载正常后恢复正常结合。,第四节 离合器,特点：当主动轴转速达到一定值时，靠离心力与从动轴自动结合。低速旋转时自动脱开。,第四节 离合器,开式离心离合器,