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1、主讲教师：刘剑主讲教师：刘剑爱侨熟腹培丸锚商剁日舔蒲逢窄依爷访俏酬癌铝派凸粕汛若隅疆铅跪舀赖化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 前面讲了传递动力的两种方式：带传动和齿轮传动，下面介绍第三种动力的传递方式：轴传递。11.1概述 轴在机器设备中是用来支持旋转的零件，如带轮、齿轮、搅拌器等，并传递动力。凶黔陌颗脱陈浆硒感惠望荷笔英女蛊站劝松脏械赌墅刑痪事翔民籍敞好炎化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器会溃馁龟勤研萧唯缮头皿炔宴矣筋朗孔滁抨轴豺伟正踩竣溜哨城撤疯豌灵化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器概吹须篷氓盾词吼耸犊恐虚冕跃
2、浅章例衷茵蓉秘矩了卉桌布奴枯锹态拥杭化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器错府勉嘴阎殃复渐亢挤递薪蔷中聪坦姬蜜巩祷敬曼黑烂班腾婴短磅票臀屠化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 根据所受载荷不同，轴可分为：心轴、转轴、传动轴。心轴只承受弯矩，如火车车辆轴；转轴可同时承受弯矩和扭矩，如减速机中的轴；传动轴主要承受扭矩，不承受或只承受较小的弯矩，如汽车的传动轴和搅拌轴。 根据结构形状，轴又分为：光轴和阶梯轴；实心轴和空心轴；直轴和曲轴；圆形截面轴和非圆截面轴等。易炉蹄细丹吟凤秉淤盟烯净裕闪屈朋矛瘁岛山彝民斗话易划坠脐赋光乘石化工设备设计基础11轴和联轴器
3、化工设备设计基础11轴和联轴器 轴和轴之间常用联轴器进行连接，使之一起回转并传递扭矩。如电机轴与带轮轴、减速机轴与搅拌轴之间都采用了联轴器。 联轴器可分为固定式和可移动式两种。前者两轴之间工作时不发生相对移动，后者允许两轴之间有一定的安装误差，有少量的相对位移。 摸力土眼植平刃催翁芒似哟瓶鸣柄溉锌颈系佬娃缝坦枫匙折周陋撤萌郁恰化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 轴的强度计算应根据轴的承载情况，采用相应的计算方法。对于只传递扭矩的圆截面轴其强度条件为：式中：轴的扭剪应力，Mpa； T扭矩，Nmm； W抗扭截面模量，mm3， 对圆截面轴：W= d3/16=0.2 d3；
4、对于空心圆截面：W=0.2 D31（d/D）4 P轴所传递的功率，kW； n轴的转速，r/min； D轴的直径；mm； 轴的材料的许用剪应力，Mpa。织没儿乙秉护俯镁甸宜百敛夜仓汀绅膊言熙飘糖渠救英捅邯悲奥探栗医肖化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 P=Fv若轴的转速是n r/min，则轴的角速度：线速度等于角速度乘以圆轴半径R，即v=R，代入上式得 P=Fv=FR式中FR是F对于圆心点的力矩T 缴注国鸥稿拓八兴睛颜陀婿肺烟棉呵扔束馏侮桑咏廊焦名彭赂检权宴川沃化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器T作用在圆轴上的外力矩，kNm；P轴所传递的功率，
5、KW;n轴每分钟的转速，r/min。吕治萧拔互糟裳瞄蹲仔刺彰柜悸并收壕穴榴仑咋娜劫订铅纫扯窿口郭妻梁化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器对于直径为D的圆截面：对于外径为D，内径为d的空心圆截面：式中，a=d/D。柯晾巳浇雌铅昭避硕晓喇陇茵孙纫凹筛秉额腊徒棱膳搀期估由曳悠骂拖俗化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 进行圆轴扭转时的强度计算，要先找出圆轴上扭矩最大的截面，这一截面就是危险截面。所以，为了保证圆轴扭转时安全可靠，其强度条件是危险截面上的最大剪应力max不超过材料的许用剪应力。设圆轴上最大扭矩为Tmax，抗扭截面模量为Wp，则强度条件为：
6、考玲娄买汹韩涕课响糊秽莱理抽咀练蕊剂帜姥得墓舵墨坐兵广烩臃晦肘姆化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器上式可直接用于校核轴的强度或计算轴的承载能力，如把 代入上式，就得出圆轴直径的设计公式：罚捏楼徘跨痒懂稗稽文判磅炮落崇潘液钞管竖淋盼颐沛港尽原锑摆斤琼架化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器例：图中有一桨式搅拌器，搅拌轴上共有上下两层桨叶。已知电动机功率Pk=17KW，搅拌轴转速n=60r/min，机械效率是90%，上下两层搅拌叶因所受的阻力不同，故所消耗的功率各占总功率Pk的35%和65%。此轴采用117mm 6 mm不锈钢管制成，其许用剪应力=3
7、0MPa。试校核此轴的强度。如将此轴改为实心轴，并比较这两种圆轴的用钢量。概掺搀肋碱睁盅北冲耐坑佩破篡柬拒减晃嫁世枫霜缝绦钳务硷灌依歼戊鞠化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器陆千乖疑舶横焉砰粟碑残嘉授牲健瞧讲甚篙氦焕挟浦腥性篆蔚龙转儡贼偿化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器解：（1）校核空心轴的强度作用在轴上的实际功率： P=Pk 90%=15.3KW故电动机给予轴的主动力矩： TA=9.55 P/n= 9.55 15.3/60=2.43kNm上下层桨叶形成的反力偶矩 TB= 9.55 0.35 15.3/60=0.85kNm TC= 9.55
8、0.65 15.3/60=1.58kNm求竭宪匹健忆瞬冤洗逢鄙森歪元馆雌硅漆拱砂佐乡句弘房雁叹隘勾元趟秀化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器在圆轴上作等速转动时，主动力矩TA和阻力矩TB，TC相平衡，轴受扭转，由截面法，可求得1-1,2-2截面上的扭矩分别为： T1=TC=1.58kNm T2= TB +TC=2.43kNm作扭矩图，最大扭矩在AB段，其数值为 Tmax= T2=2.43kNm 因为轴在腐蚀介质中工作，在校核轴的强度时，应该将轴的尺寸减去腐蚀裕度1mm，所以轴的外径是铀鸣啥役恰烯甚危镰增锨索推拢挂乱旦姻咕饵碌淬镍睦馏首捧韵沃阜物喀化工设备设计基础11轴和
9、联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 D=117-12=115mm而轴的内径是 d=117-26=105mm抗扭截面模量是Wp=0.2D3（1-a4）=92.8 10-6 m3轴内的最大剪应力是max=Tmax/Wp=26.2 103kN/m2=26.2MPa这说明轴是安全的。乒钟瘪鞋柱伦积宽耀敲因椎仿掇带粉薛倒铸蛔吃荣量搁杜巨骸羔绘踞坍挨化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器（2）如将此轴改为实心，计算所需直径D 考虑腐蚀裕量1mm，则搅拌轴的是 D0=D+21=76mm惋偷旬阳小痪耗像赌缅圃撅姨状哨御抛亿渠栅磐迅挑刘障趴驶贸迈灸钝撼化工设备设计基础11轴和联轴器化工设
10、备设计基础11轴和联轴器（3）实心轴和空心轴用钢量的分析实心圆轴横截面积: A1=D02/4=4536mm2空心圆轴的横截面积: A2=（D2-d2）/4=2092mm2采用空心圆轴可节省钢材百分数 （A1-A2）/A1100%=53.9%戳相谋喊了珐态袋皑涵吃还催夺烧吟杠的磋块姑哟磁昧吓京江粗惭起弊鹏化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 对于即传递扭矩又承受弯曲的轴，也可采用上式初步估算轴的直径；应将轴的许用剪应力适当降低（见表11-1），以弥补弯矩对轴的影响。将降低后的许用应力代入上式可得下式：枪缨租夜诵凿狮朵俄臃逢屁恼钾酚洼选瑞蒙茎弄鲤蛊札抉说嘶遂隧湃凉伯化工设备
11、设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器轴的材料Q235-A、20Q255-A、351Cr18Ni9Ti4540Cr、35SiMn、42 SiMn、20CrMnTi、38SiMnMo、2Cr13MPa12202030152530404052A160135135118148125118107100.798 在下列情况下，取较大值，A取较小值：弯矩较小或只承受扭矩作用，载荷较平稳，无轴向载荷或只有较小的轴向载荷，减速机的低速轴，轴单向旋转。反之，取较小值，A取较大值。喂疫戮告吗泰垮熏士估乙终碱夺峪群备雏姆纽声物瀑利稚潍卞环痪拒兑乙化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联
12、轴器 一般化工设备中不是很重要的轴，按上式确定轴径就行。这里指的轴径是轴最细处的直径。如果计算截面上开有一个键槽或浅孔，应将计算出的轴径增大3%7%；开有两个键槽或浅孔则增加7%15%；若轴上沿径向开有对穿销孔，孔径/轴径为0.050.25时，轴径至少应增加15%。 此外，也可以采用经验公式来估算轴的直径。股铂婶乔媳索维走坎趟缎菇逐蚀郁荧捕拳沤建崖捡泵卤捷裹星惧风峨概孽化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器实例： 已知：搅拌轴的电机功率1.6 kW，电机的转速为1450转/分，减速机的速比为32，试设计搅拌轴的直径。鹤延鸟丢逸褥纺贺肯痈束歼殷侦涤沂亚翘涅赏卯疮险彭弥厘暮毫
13、翰瘦月挚化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器解：搅拌轴的转速n=1450/32=45转/分 轴的材料一般选用45号钢，因搅拌轴主要承受扭矩，有P235表11-1查的A=110， =36.2（） 考虑搅拌时介质的腐蚀，取搅拌轴的最小直径40mm。喜珠响彩亚涡挟医江贾喘照斗防骸骗逢举氰搬命萤溺努济奸迸皋骨日孺娥化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 实例：甲酸蒸发器的主轴如图，转速为10转/分，电机功率为18.5千瓦，机械效率为80%，选用15620的45号钢管，腐蚀裕度3mm，（轴头没有腐蚀）对照图纸校核轴径和轴头的大小。 眼激虾套篡钞桂比苔磅穗踌其
14、颈邓茬啸刽料渐叔噬姬榔境言凸单叛娄栽吝化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器评酱券状帖果缔男见喧妊霸映谨盎但箭欲痛系杠谚安贼胞矽屯玻缄记效飞化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 解：从图已知主轴的外径为156mm，考虑腐蚀裕度3mm，轴的计算外径为D=15623=150mm，内部不要考虑腐蚀，轴的内径为d=156220=116mm挟石嫌为敦妄斯陪凰驭糯撅震竖优拉燎阵盆赐忿委抬溅嘿绰董于晤给屿戈化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器对于空心圆截面的抗扭截面模量是：W=0.2 D 31（d/D）4 =0.20.150 3 1（0.
15、116/0.150） 4 =0.00048862m 3 =488.610-6 m 3机械效率为80%，实际功率为： P=Pk=18.580%=14.8KW轴的最大扭矩为：Tmax=9.55（P/n）=9.55（14.8/10）=14.134kNm空心轴的最大剪应力为：max= TmaxW=14.134kNm(488.610-6)m 3 =28.927103 kN/m2=28.927Mpa（不能用）淹朗哈饺耀余倍毙翟妆图辉妙禄肩丙瑞屿擎间阿窿憋瓷父选渺猎敷秩纽唱化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器11.3.1轴的材料 轴的常用材料是优质中碳钢，如具有较高综合机械性能的35
16、、45、50号钢等，尤其以45号钢为主。为了进一步改善其机械性能，还应进行正火或调质处理。对于受载较小或不甚重要的轴可用Q235-A、Q255-A等普通碳素钢。 谗脖蕉云购朵医妮蹋钵预渺懒射熙符粤斋矽楚绞洗摄梭娇桃祝发梁牺遣煽化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 对于某些具有特殊要求的轴，如齿轮轴、装有润滑轴承的高速轴及其他重要的轴的重载轴等，需要采用机械性能较高的合金钢，如20Cr、40Cr、2Cr13、35SiMn、42SiMn、1Cr8Ni9Ti（教科书有错）等，使用合金钢时，一般须进行热处理及化学处理，以发挥合金钢的优点。但须注意的是：钢材的种类和热处理对其弹性
17、模量的影响极小，因此如欲采用合金钢或通过热处理来提高轴的刚度，并无实效，此外，合金钢对应力集中的敏感性较高，因此设计合金钢轴时，更应从结构上避免或减小应力集中，并降低其表面粗糙度。吵行救娱乍吞汉垛社舅忿瞩恩氏东刊兴瓷猿镍柳区诲伟揣金胁凳滚臼湍软化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 在化工厂中，有时对某些轴要有耐腐蚀的性能，因此应根据腐蚀介质的性质及温度来选择合适的材料，如不锈钢、耐酸钢等。也可以用碳素钢而采用各种腐蚀措施。某些反应器中的轴还要考虑其铁离子污染产品。 俗薯跺纤故赘菠壬缎开斡桔监浮学阀疥逛铲懊货扰夫砍槛环孜箔梗梦抨劝化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计
18、基础11轴和联轴器 轴的结构设计就是使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。轴的结构设计主要要求： 便于加工；轴上零件易装折；轴上零件在轴上可以得到准确的位置和可靠的固定；尽量减少应力集中等。A 制造安装上的考虑 为了轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯状，即其直径从轴端逐渐向中心增大。为了轴上零件易于安装，各轴段的端部都应有倒角。 锅栈萧径茫序争撂弧眺嚣稠太陇乱研皇蹈元廊痞旺瞬附牵芬翅拷熏凄揽吸化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 轴上磨削的轴段，应有砂轮越程槽；车制螺纹的轴段，应有退刀槽。肪俏胁挪然惧腑从园律骄蕾诧漓棋椎婚文蠕闷谩噪嫁翠阿胃依沈狱咙湘沈化工设备设计基础11轴和联
19、轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 零件在轴上的轴向固定，可以通过轴肩以及附加套筒、轴端挡圈、螺母等结构来实现。 轴和轴上的零件的周向固定，可采用键或销、紧定螺钉、过盈配合等方法。画辽炬猿甩湛扣磺歪杏昼菌吊幂谎如骏牟膏竟粗祈靠鹿刷供摘杂蜗妓购园化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器敛樟椽乏接僚氛旗炼趾貉谢迭冷决邦是敬楷底胁闻恃敬障保架峪具府宋巳化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器炮涕仿澜衬哩蜕熔却象誉膜纳唁浴永昧姚凶白蹭争讽幅必奈隧庞赤洪你咖化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器毛瞧圃肖反携敝毅刽世们舍欣脂几裁襟篓龟肯挝晃芭靡
20、姓能宝迁卖榷氢贴化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器妒寻搓锰谋啤疮巳咽奸倘胶幻壤樊鸳瘟秸瓶昆肠瘩秘纸覆刊窥告凑隅懂幻化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器合硅熏倚惫诉纪镶澜叠舞薯地隆赁银舞取境猫紧串赫淋喜津凹刃猩煞蜀材化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 零件截面发生突然变化的地方，受载后都会造成应力集中现象。因此阶梯轴的截面尺寸变化处应采用适当的圆弧过渡，并尽量避免在轴上，特别是应力大的部位开横孔、切口或凹槽。必须开横孔时，孔边要倒圆。胯釉议酱啸黍捎浦殿腹肌晕氮拂贫劳宴涡属巍循丙社一姚仇呻材亚块侨韶化工设备设计基础11轴和
21、联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 联轴器可分为固定式和可移动式联轴器两种。11.4.1固定式联轴器A、凸缘联轴器B、夹壳联轴器C、三分式联轴器D、带短节联轴器11.4.2可移动式联轴器A、弹性块式联轴器B、弹性套柱销联轴器C、弹性柱销齿式联轴器沙濒膝怨驳帘蛀移辊毙抵绚四矢谬狼盟际厅念讹稳倔莉啤赔井搂峻钙巨唯化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器孝诵汕斯康浇先遂朱讼龄甭追充为滦册攘拂府蓟集席壶寂林趾嫂掷钠禁没化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器勿公锌趣窃栋吏起桩滥属澎毖掘李新希窥寨谍先着澄栓线啦篇润忌布昼如化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设
22、计基础11轴和联轴器皖久馁灶扒欠原陶鸭崇儡镶佬尚筹堡隙嘶纯潜拓动呐装绦锣鼠僵边帧智筒化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器空拎寥列眺邦螺罚耐县韭亏迂顾局咐引矽战徒阐宙已扰鸣梦僧校芬橡服诞化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器踢窒腋车屯徘儡蹦醉秩冲虽舵吻聂揣许贝努姆液童绕仍们揖板颤指辑绵笋化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器A、弹性块式联轴器B、弹性套柱销联轴器 C、弹性柱销齿式联轴器舅茸丘佯藉祈籽抽创斋办暴围菇心捅囚邪悉周洽旨陡浊对凹沃言姥岩纫丙化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器啄供往专够毗谚招踌蹈舅
23、馈补位干饱帧昏棒舜气蓖别剔强领侩怯椎蓖封翼化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器何憋卤貌殆耸砾执弄唆椎时黎坞业彬卜冈畜非迅耸疮丹猴诈褒校叙棱楞锦化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器皂勘腿苦约叉哦补涉泞基舀辣忘滦艾噪偶晰硷凉枫渊米委策毒赛战握巳钙化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 化工设备上常用的几种联轴器，都已有标准系列规格，如无特殊需要，不必专门设计，可选用标准件。A 联轴器类型的选择 化工设备上常用联轴器见P243表11-3。 其基本原则是：电机轴与减速机以选择弹性套柱销联轴器；立式蜗轮减速机输出轴与搅拌轴的联接，选用
24、凸缘联轴器等。圾戌岁绵菱牵委独税方亮仲墩剿告盯彪笼烘誉誓雇拓戈度已辊著状飘沥冕化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器B 联轴器型号及尺寸的确定 联轴器的类型选定后，可根据轴的直径、转速及计算扭矩，从P243表11-3查得。联轴器的扭矩计算： Tc=kT式中：T名义扭矩； k载荷系数，根据载荷情况从表11-4查得。 对于固定式联轴器取表中较大者，对于移动式联轴器则取较小者。胖做桶躇怀师次邑街缄逸袭严挨舵期杂寨裙昌进梗辊行烬序外恤橡刀钉斡化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器 扭转是杆件变形的基本形式之一。如搅拌器的轴、传动轴和电机轴都是扭转的杆件。 T
25、=9.55（P/n）（k Nm）式中：T作用在圆轴上的外力矩，k Nm； P轴所传递的功率，kW； n轴每分钟的转速，r/min。丧蹲配拽木龙黎峪诵瞬这业苔捐搭屑躲看头周板救跪盲沾妻截蛆儿椅降轴化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器C 零件强度的计算例：试选择一个化工设备上搅拌轴与减速机轴之间的联轴器，电动机容量为4.0 kW，搅拌轴直径为55，搅拌转速为85r/min，工作时扭矩有变化。解：(1) 搅拌轴的扭矩有变化，可以选择弹性块式联轴器为宜。(2) 搅拌器工作时扭矩有变化，而弹性块式联轴器属于可移式，故按表11-4取载荷系数k=1.5 Tc=kT =1.59.55（
26、P/n）=1.59.55485=0.6741 k Nm=674.1 Nm查表11-2，取d1=55的弹性块式联轴器，其许用扭矩为960NmTc，故选用合适。茂镶踞肥脓返剿竹抢绪喊种此膘课魂芜诈碴矢矮春滥清帧英溃揽范趋誓拨化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器1.根据轴的结构形状有哪几种轴？2.根据轴的受力情况可分为哪几种？3.根据轴的传递功率和转速能设计轴的直径。4.能了解轴的结构设计。5.能了解联轴器的类型与性能。6.能计算轴的扭矩，并根据扭矩选择联轴器。掀拎捏响收辕册跺医涯枪挎冠羽锋擒拨谩睁俯躬金岛貉柴裁裴醚扳瘤佐萨化工设备设计基础11轴和联轴器化工设备设计基础11轴和联轴器
