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联轴器


第十章

轴、联轴器、离合器

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

参考文献
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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<

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第一节 概述

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

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。

第一节 概述 第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

2、按轴的中心线的不同,分为三种:



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。

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

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

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 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

图 10-1 心轴

第一节 概述

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

图10-2 转轴

第一节 概述

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

第一节 概述

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

第一节 概述

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

第一节 概述

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

第二节 轴

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

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、轴系零件统一考虑。

第二节 轴

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

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
第 1、轴的结构 十 轴 颈——轴上被支承的部位;轴 头——安装轮 章 毂的部位;轴 身——联结轴颈与轴头的部分。 轴 联 2、轴的结构设计内容 轴 1)确定并绘出轴的全部结构和尺寸; 器 2)制定出满足使用要求的技术条件。 离 合 3、一般应使轴的结构满足如下条件 器

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
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零件在轴上的轴向固定 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r<R or (C)

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

a=(0.07~0.1)d, b=1.4a

第二节 轴

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

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, 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 第 端,且采用止动垫片等防松措施。
十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

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 第 小,且轴上切槽引起应力集中;常用于轴承的固定。
十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

紧定螺钉、锁紧挡圈- 结构简单,但受力较小, 不适于高速场合。

第二节 轴
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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 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

图 8-98

图 8-96

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良好的加工工艺性

第二节 轴

1 轴的直径变化尽可能少,并尽量限制轴的最大直 第 径与各轴段的直径差(节省材料,减少切削量)。 十
章 2 轴上有磨削与切螺纹处,要留砂轮越程槽和螺纹 轴 退刀槽,以保证完整加工。 联 轴3 器 离4 合 器

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。 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
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装配工艺性

第 1 为便于轴上零件的装配,使其能顺利通过相邻轴 十 段而到达轴上的确定位置,常采用直径从两端向 章 中间逐渐增大的阶梯轴。轴上的各阶梯,除用作 轴 轴上零件轴向固定的可按规定确定轴肩高度外, 联 其余仅为便于安装而设置的轴肩,其轴肩高度常 轴 可取0.5~3mm。 器 离 2 轴端应倒角,以去掉毛刺并便于装配。 合 器 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
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轴系结构实例

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

图 10-3

第二节 轴

三、轴的强度计算
第 ㈠ 按许用切应力计算轴颈 十 已知:轴传递的功率 P 、 转速 n 章 6 T 9.55 ? 10 P/n 轴 ?T ? ? ? [? T ] (10-1) 3 WT 0.2d 联 轴 9.55 ?106 P / n P 器 d?3 ?C3 (10-2) 0.2[? T ] n 离 合 ㈡ 按弯曲和扭转复合强度计算轴颈 器 M MV ?b ? V ? ? [? ?1b ] (10-3) 3 W 0.1d

MV d?3 (10-4) 0.1[? ?1b ]

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

第二节 轴

四、轴的刚度计算
第 ㈠ 扭转刚度计算 十 章 TL 9.55 ?106 ( P / n) L 9.55 ?106 ( P / n) L ? ? ? 轴 ?? 4 4 联 轴 器 ㈡ 弯曲刚度计算 离 2 2 计算法 d y / dx 合 器

GI p

G (? d / 32)

0.1Gd

?? ?

? M ( x) / EI a

工程-查表法

第三节 联轴器

联轴器——联结两根轴一同回转,仅在停止时经 第 拆卸才能将二者分离。
十 章 ? 联轴器分类: 轴 刚性联轴器——用于两轴严格对中,工作中不 联 发生相对偏移的地方。 轴 器 挠性联轴器——用于两轴有相对位移的地方。如 离 果使用弹性元件,则称弹性联轴器。 合 器 ? 联轴器的设计选用原则:

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

一、刚性联轴器
第 十 二、挠性联轴器 章 (一)无弹性元件挠性联轴器 轴

第三节 联轴器

套筒联轴器

凸缘联轴器

联 轴 单万向节联轴器 双万向节联轴器 器 齿轮联轴器 链式联轴器 离 合 (二)有弹性元件挠性联轴器 器

盘销联轴器

十字滑块联轴器

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
轮胎式联轴器

弹性柱销联轴器
弹性圆盘联轴器

第四节 离合器

第 十 章 轴

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
(操纵方式)

联 轴 器 离 合 离 器 合 器

机械离合器
(离合方式)

(工作原理)

外力操纵

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。

电磁离合器
(特性)

超越离合器-牙嵌、滚柱、楔块。 自动操纵 离心离合器-闸块、钢珠。 安全离合器-牙嵌、钢珠、圆盘、圆锥。

第三节 联轴器

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

第三节 联轴器

特点:结构简单紧凑(特别是径向尺寸),成本低 第 廉,便于装卸与维护。可以一定程度上起安全保护 十 作用。要求在两轴严格对中情况下使用。(已有标 章 准化设计资料)
轴 联 轴 器 离 合 器

图 10-11

第三节 联轴器

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

半联轴器

螺栓

第三节 联轴器

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 第 十 准件的联轴器类型。其中凸肩-凹槽型拆卸时需要 章 轴向位移,受剪螺栓型无需轴向位移。
轴 联 轴 器 离 合 器

第三节 联轴器

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 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。

图 10-12

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 第 十 量,产生离心力,不宜用于高速旋转,效率较低。 章 空回误差较大。
轴 联 轴 器 离 合 器

第三节 联轴器

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 第 十 为1。主要用于精度要求不高的传动中。
章 轴 联 轴 器 离 合 器
15 ?

图 10-15

1-万向接头套

2-万向接头环

3-球头轴

4-销杆

第三节 联轴器

特点:用于不对心的两根轴间实现等角速度传动。
第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器 主动轴

条件



α1=α2

② 中间轴的两端的万向接

头环3、5应在同一平面内。
中间轴 图 10-16 从动轴

第三节 联轴器

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 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 第 外廓紧凑。因为很多齿同时工作,故传递转矩大、工 十 作可靠。适用于启动频繁,经常正反转使用的场合。
章 轴 联 轴 器 离 合 器

第三节 联轴器

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

第三节 联轴器

特点:拆卸方便。
第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

金属弹性元件挠性联轴器
序号 名称 结构图 蛇 形 弹 簧 联 轴 器

第三节 联轴器
特点及应用

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

1

工作转矩通过菱形的齿和弹簧来传递。适用于转 矩变化不大的两轴联接,多用于有严重冲击载荷 的重型机械中。

2

弹 性 杆 联 轴 器

在两半联轴器凸缘上的孔中插有圆形截面的金属 钢丝。结构简单,弹性均匀,尺寸小,价格便宜, 弹性元件容易制造。一般用于风机、泵等机械设 备中。

3

簧 片 联 轴 器

高弹性,可靠,结构紧凑,有良好的阻尼性能。 主要用于载荷变化大,可能发生扭振的轴系中。

4

波 纹 管 联 轴 器

由波纹管和两个套筒组成。结构简单,运转稳定, 惯性小,弹性回差小。主要用于仪表和控制器。

第三节 联轴器

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 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 第 根轴。
十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

图 10-18

第三节 联轴器

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

第三节 联轴器

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

第三节 联轴器

特点:结构简单,弹性好,价廉,减震性能好。
第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

图 10-19

第四节 离合器

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 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 第 十 脱开。有安全保护作用。
章 轴 联 轴 器 离 合 器

第四节 离合器

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

第四节 离合器

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

第四节 离合器

第 十 章 轴 联 轴 器 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

第四节 离合器

第 十 章 轴 联 轴 器 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 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

第四节 离合器

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

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。

摩擦面

第四节 离合器

第 十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

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 第 十 尺寸变化。注意留出电极空间。已有标准件供应。 章 价格较高。
轴 联 轴 器 离 合 器

第四节 离合器

第 十 章 轴 联 轴 器 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
十 章 轴 联 轴 器 离 合 器

第四节 离合器

第 十 章 轴 联 轴 器 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 第 十 恢复正常结合。
章 轴 联 轴 器 离 合 器
主动齿轮 从动盘 外套筒 弹簧 调节螺母

转 动 方 向
'

第四节 离合器

第 十 章 轴 联 轴 器 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。


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