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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。转动心轴受变应力，不转动心轴受静应力。 转 轴既承受弯矩又承受转矩。 传动轴主要承受转矩。,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
2、线上。曲轴通常是专用零件。 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,图 10-1 心轴,第一节 概述,图10-2 转轴,第一节 概述,第一节 概述,第一节 概述,第一节 概述,设计轴时的考虑因素： 回转精度、强度、刚度、热变形、振动稳定性和结构工艺性。 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
3、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 合金钢较高的力学性能和热处理性能， 用于受力较大且尺寸较小、重量轻 和耐磨性高的轴。 20Cr、40Cr、含Mo合金钢。,第二节 轴,二、轴的结构设计 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
4、的技术条件。 3、一般应使轴的结构满足如下条件 1）轴和装在轴上的零件有准确的轴向、周向工作位置，并便于装拆和调整； 2）有良好的加工工艺性； 3）有足够的强度、刚度、振动稳定性和回转精度。,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。,第二节 轴,套筒简单可靠，简化轴的结构且不消弱轴的强度；常用于轴上两个近距零件间的相对固定；不宜用于高速转轴；套筒内径与轴的配合较松。,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除，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
5、，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，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。,紧定螺钉、锁紧挡圈结构简单，但受力较小，不适于高速场合。,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,图 896,图 898,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
6、退刀槽，以保证完整加工。 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。,第二节 轴,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
7、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,图 10-3,三、轴的强度计算 按许用切应力计算轴颈 已知：轴传递的功率P、转速n,（101）,（102）,第二节 轴, 按弯曲和扭转复合强度计算轴颈,（103）,（104）,四、轴的刚度计算 扭转刚度计算 弯曲刚度计算 计算法 工程查表法,第二节 轴,联轴器联结两根轴一同回转，仅在停止时经拆卸才能将二者分离。 联轴器分类： 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。 联轴器的设计选用原则:
8、拆卸方便、质量较轻、尺寸较小、便于拆卸安装、 位置尽量靠近轴承,第三节 联轴器,一、刚性联轴器 套筒联轴器 凸缘联轴器 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 单万向节联轴器 双万向节联轴器 齿轮联轴器 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
9、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,特点：结构简单紧凑（特别是径向尺寸），成本低廉，便于装卸与维护。可以一定程度上起安全保护作用。要求在两轴严格对中情况下使用。（已有标准化设计资料）,第三节 联轴器,图 10-11,第三节 联轴器,半联轴器,螺栓,特点：结构简单，可传递较大转距，要求在两轴严格对中情况下使用。是一种应用广泛，便于购得标准件的联轴器类型。其中凸肩凹槽型拆卸时需要轴向位移，受剪螺栓型无需轴向位移。,第三节 联轴器,图 1
10、0-12,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：用于联结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,图 10-15,特点：结构简单，用于联接两交叉轴。不能传递等角位移，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。,第三节 联轴器,1万向接头套 2万向接头环 3球头轴 4销杆,特点：用于不对心的两根轴间实现等角速度传动。 条件 12 中间轴的两端的万向接 头环3、
11、5应在同一平面内。,第三节 联轴器,图 10-16,主动轴,中间轴,从动轴,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,第三节 联轴器,特点：拆卸方便。,第三节 联轴器,金属弹性元件挠性联轴器,第三节 联轴器,第三节 联轴器,特点：用于联结启动频繁，在交变载荷下运转的两根轴。,第三节 联轴器,图 10-18,第三节 联轴器,第三节 联轴器,第三节 联轴器,图 10-19,特点：结构简单，弹性好，价廉，减震性能好。,特点：结构简单，尺寸较小。承载能力大，主、从动轴可同步
12、转动，但接合时有冲击。 一般在静止或圆周速度较低情况下结合。 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,第四节 离合器,第四节 离合器,1主动轴 2主动轴套筒 3外摩擦盘 4内摩擦盘 5从动套筒 6滑环套 7从动轴 多盘式摩擦离合器,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,第四节 离合器
13、,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,第四节 离合器,特点：（牙嵌式）仅用于静止或低速结合场合。结构紧凑，脱开或结合时，外形上，轴向、径向均无尺寸变化。注意留出电极空间。已有标准件供应。价格较高。,第四节 离合器,第四节 离合器,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,
