ch14軸聯(lián)軸器離合器課件

第14章軸、聯(lián)軸器及離合器§14-1概述§14-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)§14-3軸的強(qiáng)度計(jì)算§14-4軸的剛度計(jì)算§14-5聯(lián)軸器、離合器的類型§14-6聯(lián)軸器§14-7離合器主要內(nèi)容基本要求了解軸的功用和類型，搞清轉(zhuǎn)軸、心軸和轉(zhuǎn)軸的載荷和應(yīng)力特點(diǎn)；了解軸的常用材料及性能；掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求和方法；掌握軸的兩種強(qiáng)度計(jì)算方法，即扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算和彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算；了解軸的剛度計(jì)算方法及軸的臨界轉(zhuǎn)速的概念；掌握常用聯(lián)軸器和離合器的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理和應(yīng)用。帶式運(yùn)輸機(jī)減速器電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸§14-1概述功用：用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等；傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：一、軸的用途及分類類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩。按承受載荷分有：分類：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸---只傳遞扭矩發(fā)動(dòng)機(jī)后橋傳動(dòng)軸類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩前輪輪轂固定心軸火車輪軸車廂重力前叉自行車前輪軸支撐反力轉(zhuǎn)動(dòng)心軸分類：類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：傳動(dòng)軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸光軸階梯軸按軸的形狀分有：一般情況下，直軸做成實(shí)心軸，需要減重時(shí)做成空心軸分類：類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸光軸階梯軸曲軸分類：本章只研究直軸類型轉(zhuǎn)軸---傳遞扭矩又承受彎矩按承受載荷分有：按軸的形狀分有：傳動(dòng)軸---只傳遞扭矩心軸---只承受彎矩直軸光軸階梯軸曲軸撓性鋼絲軸分類：設(shè)計(jì)任務(wù)：選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作能力計(jì)算。二、軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。工作能力計(jì)算：軸的承載能力驗(yàn)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的驗(yàn)算。軸的設(shè)計(jì)過程：N選擇材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的承載能力驗(yàn)算驗(yàn)算合格?結(jié)束Y種類碳素鋼：35、45、50、Q235軸的毛坯:一般用圓鋼或鍛件，有時(shí)也用鑄鋼或球墨鑄鐵。三、軸的材料合金鋼:20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等用途：碳素結(jié)構(gòu)鋼因具有較好的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用較多，尤其是45鋼應(yīng)用最廣。合金鋼具有較高的力學(xué)性能，但價(jià)格較貴，多用于有特殊要求的軸。如用球墨鑄鐵制造曲軸和凸輪軸，具有成本低廉、吸振性較好、對(duì)應(yīng)力集中的敏感較低、強(qiáng)度較好等優(yōu)點(diǎn)。為了改善力學(xué)性能正火或調(diào)質(zhì)處理。表14-1軸的常用材料及其主要力學(xué)性能材料及熱處理毛坯直徑mm硬度HBS強(qiáng)度極限σb

屈服極限σs

MPa彎曲疲勞極限σ-1應(yīng)用說明Q235440240200用于不重要或載荷不大的軸35正火520270250有較好的塑性和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，可用于一般曲軸、轉(zhuǎn)軸?！?00149~187……表14-1軸的常用材料及其主要力學(xué)性能材料牌號(hào)熱處理毛坯直徑硬度mmHBS抗拉強(qiáng)度極限σb屈服強(qiáng)度極限σs彎曲疲勞極限σ-1剪切疲勞極限σ-1許用彎曲應(yīng)力[σ-1]備注應(yīng)用最為廣泛用于不太重要及受載荷不大的軸用于載荷較大，而無(wú)大的沖擊的重要軸用于很重要的軸用于重要軸，性能近于40CrNi用于要求高耐磨性，高強(qiáng)度且熱處理變形很小的軸用于要求強(qiáng)度及韌性均較高的軸用于腐蝕條件下的軸用于高、低溫及腐蝕條件下的軸用于制造復(fù)雜外形的軸≤100400~420225>100~250375~39021517010540≤100170~217590295255140>100~300162~217570285245135>100~300685490335185241~286>100~300240~270785570370210>100~300217~269685540345195>100~160241~277785590375220>60~100277~302835685410270≤200217~255640355275155≤100735540355200≤100270~300900735430260≤100229~286735590365210≤60293~321930785440280淬火≤6056~626403903051605560707570756075≤100≥241835635395230≤100530190115>100~200490180110190~270600370215185245~33580048029025045195≤192滲碳滲碳回火HRC調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)正火熱軋或鍛后空冷Q235A4540Cr40CrNi38SiMnMo38CrMoAlAMPa20Cr3Cr131Cr18NiTiQT600-3QT800-2調(diào)質(zhì)淬火設(shè)計(jì)任務(wù)：使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸?！?4-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：1.軸應(yīng)便于制造，軸上零件要易于裝拆；(制造安裝)2.軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置；(定位)

3.各零件要牢固而可靠地相對(duì)固定；(固定)

4.改善應(yīng)力狀況，減小應(yīng)力集中。軸端擋圈帶輪軸承蓋套筒齒輪滾動(dòng)軸承典型軸系結(jié)構(gòu)一、擬定軸上零件的裝配方案裝配方案：確定軸上零件的裝配方向、順序、和相互關(guān)系。軸上零件的裝配方案不同，則軸的結(jié)構(gòu)形狀也不相同。設(shè)計(jì)時(shí)可擬定幾種裝配方案，進(jìn)行分析與選擇。圖示減速器輸出軸就有兩種裝配方案。saBcLa圓錐圓柱齒輪二級(jí)減速器方案二需要一個(gè)用于軸向定位的長(zhǎng)套筒，多了一個(gè)零件，加工工藝復(fù)雜，且質(zhì)量較大，故不如方案一合理。方案一方案二二、軸上零件的定位4、5間的軸肩使齒輪在軸上定位，1、2間的軸肩使帶輪定位，6、7間的軸肩使右端滾動(dòng)軸承定位。軸肩----階梯軸上截面變化之處。起軸向定位作用。

軸肩套筒定位方法：軸肩、套筒、圓螺母、擋圈、軸承端蓋。軸向固定由軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。齒輪受軸向力時(shí)，向右是通過4、5間的軸肩，并由6、7間的軸肩頂在滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈上；向左則通過套筒頂在滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈上。帶輪的軸向固定是靠1、2間的軸肩和軸端當(dāng)圈。雙向固定無(wú)法采用套筒或套筒太長(zhǎng)時(shí)，可采用雙圓螺母加以固定。軸肩的尺寸要求:r<C1或r<Rb≈1.4h(與滾動(dòng)軸承相配合處的h和b值,見軸承標(biāo)準(zhǔn))DdrR軸端擋圈雙圓螺母DdC1rh≈(0.07d+3)~(0.1d+5)mm或(2~3)C1,(2~3)R裝在軸端上的零件往往采用軸端擋圈圓錐面定位。hhC1DdrDdrRb軸向力較小時(shí)，可采彈性擋圈或緊定螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn)。周向固定大多采用鍵、花鍵、過盈配合或型面聯(lián)接等形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了加工方便，鍵槽應(yīng)設(shè)計(jì)成同一加工直線上，且緊可能采用同一規(guī)格的鍵槽截面尺寸。鍵槽應(yīng)設(shè)計(jì)成同一加工直線三、各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定確定軸段直徑大小的基本原則：最小軸徑dmin的確定:軸段直徑大小取決于作用在軸上的載荷大??；1.按軸所受的扭矩估算軸徑，作為軸的最小軸徑dmin。4.有配合要求的零件要便于裝拆。3.安裝標(biāo)準(zhǔn)件的軸徑，應(yīng)滿足裝配尺寸要求。2.有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。T—扭矩，[τT]—許用應(yīng)力，WT—抗扭截面系數(shù)，P—功率，n—轉(zhuǎn)速，d—計(jì)算直徑，C—材料系數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)直徑應(yīng)按優(yōu)先數(shù)系選?。篟51.001.602.504.006.3010.00R101.001.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.001.001.121.251.401.601.802.002.242.502.803.153.554.004.505.005.606.307.108.009.0010.001.001.061.121.181.251.321.401.501.601.701.801.902.002.122.242.362.502.652.803.003.153.353.553.754.004.254.504.755.005.305.606.006.306.707.107.508.008.509.009.5010.00R40R20優(yōu)先數(shù)----表中任意一個(gè)數(shù)值。大于10的優(yōu)先數(shù)，可將表數(shù)值分別乘以10、100、1000。Q275,2540Cr,35SiMn1Cr18Ni9Ti38SiMnMo,3Cr13[τT](N/mm)15~2520~3025~4535~55C149~126135~112126~103112~97表14-2常用材料的[τT]值和C值軸的材料Q235-A3,2045常用的與軸相配的標(biāo)準(zhǔn)件有滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器等。配合軸段的直徑應(yīng)由標(biāo)準(zhǔn)件和配合性質(zhì)確定。1)裝配軸承與滾動(dòng)軸承配合段軸徑一般為5的倍數(shù)；(φ20~385mm)與滑動(dòng)軸承配合段軸徑應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)直徑系列軸套：…32、35、38、40、45、48、50、55、60、65、70…..2)裝配聯(lián)軸器配合段直徑應(yīng)符合聯(lián)軸器的尺寸系列：聯(lián)軸器的孔徑與長(zhǎng)度系列

孔徑d3032353840424548505565606365…長(zhǎng)系列82112142短系列6084107長(zhǎng)度L便于零件的裝配，減少配合表面的擦傷的措施：H7/r6H7/d11H7/r6為了便于軸上零件的拆卸，軸肩高度不能過大。2)配合段前端制成錐度；3)配合段前后采用不同的尺寸公差。1)在配合段軸段前應(yīng)采用較小的直徑；結(jié)構(gòu)不合理！1）軸頭的長(zhǎng)度應(yīng)比輪轂的寬度小2～3mm，以保證固定可靠。2）軸頸的長(zhǎng)度一般等于軸承的寬度。軸段長(zhǎng)度的確定原則Q方案b四、提高軸的強(qiáng)度的常用措施圖示為起重機(jī)卷筒兩種布置方案。A圖中大齒輪和卷筒聯(lián)成一體，轉(zhuǎn)距經(jīng)大齒輪直接傳遞給卷筒，故卷筒軸只受彎矩而不傳遞扭矩。圖b中軸同時(shí)受彎矩和扭矩作用。故載荷相同時(shí)，圖a結(jié)構(gòu)軸的直徑要小。輸出輸出輸入輸出輸出輸入Tmax=T1+T2Tmax=T11.改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)當(dāng)軸上有兩處動(dòng)力輸出時(shí)，為了減小軸上的載荷，應(yīng)將輸入輪布置在中間。T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理T2.合理布置軸上零件Q方案a軸徑大軸徑小3.改進(jìn)軸的局部結(jié)構(gòu)可減小應(yīng)力集中的影響合金鋼對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，應(yīng)加以注意。應(yīng)力集中出現(xiàn)在截面突然發(fā)生變化或過盈配合邊緣處。應(yīng)力集中處

措施：1)

用圓角過渡；2)盡量避免在軸上開橫孔、切口或凹槽;R3)重要結(jié)構(gòu)可增加卸載槽、過渡肩環(huán)、凹切圓角、增大圓角半徑。也可以減小過盈配合處的局部應(yīng)力。軸上開卸載槽應(yīng)力集中系數(shù)可減少40%轂上開卸載槽應(yīng)力集中系數(shù)可減少15~25%增大軸的直徑應(yīng)力集中系數(shù)可減少30~40%d1.05d3）采取增加卸載槽、增大軸徑、過渡肩環(huán)、凹切圓角、等也可以減小過盈配合處的局部應(yīng)力。30?r凹切圓角過渡肩環(huán)1.06~1.06dd4.改善軸的表面質(zhì)量可提高軸的疲勞強(qiáng)度1）表面愈粗糙疲勞強(qiáng)度愈低；提高表面粗糙度；軸的表面粗糙度和強(qiáng)化處理方法會(huì)對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生影響2）表面強(qiáng)化處理的方法有：▲

表面高頻淬火；▲

表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)處理；▲

碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理。通過碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理時(shí)可使軸的表面產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，從而提高軸的疲勞能力。④為便于軸上零件的裝拆，一般軸都做成從軸端逐漸向中間增大的階梯狀。在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，工藝性越好。五、軸的結(jié)構(gòu)工藝性裝零件的軸端應(yīng)有倒角，需要磨削的軸端有砂輪越程槽，車螺紋的軸端應(yīng)有退刀槽。②③⑥⑦①⑤①倒角退刀槽例題：軸結(jié)構(gòu)改錯(cuò)§14-3軸的強(qiáng)度計(jì)算一、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于只傳遞扭轉(zhuǎn)的圓截面軸，強(qiáng)度條件為：設(shè)計(jì)公式為：計(jì)算結(jié)果為：最小直徑！考慮鍵槽對(duì)軸有削弱，可按以下方式修正軸徑：軸徑d≤100mm

d增大5%～7%d增大10%～15%軸徑d＞100mm

d增大3%d增大7%有一個(gè)鍵槽有兩個(gè)鍵槽注:當(dāng)作用在軸上的彎矩比傳遞的轉(zhuǎn)矩小或只傳遞轉(zhuǎn)矩、載荷較平穩(wěn)、無(wú)軸向載荷或只有較小的軸向載荷、減速器的低速軸、軸只作單向旋轉(zhuǎn),[τT]取較大值，C取較小值;否則[τT]取較小值，C取較大值。軸的材料Q235-A3,20Q275,254540Cr,35SiMn1Cr18Ni9Ti38SiMnMo,3Cr13[τT](N/mm)15~2520~30525~4535~55C149~126135~112126~103112~97表14-2常用材料的[τT]值和A0值L1L2L3ABCD在完成單級(jí)減速器草圖設(shè)計(jì)后，外載荷與支撐反力的位置即可確定，從而可進(jìn)行受力分析。二、按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算1)軸的彎矩和扭矩分析一般轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度用這種方法計(jì)算，其步驟如下：ABCDFNH2FNH2FrFaFtF’NV1FNV2FNV1FNH2FNH2FNV2FNV1Fr水平面受力及彎矩圖→

鉛垂面受力及彎矩圖→

水平鉛垂彎矩合成圖→

扭矩圖→

ωTF’NV1FaMa=Far二、按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算1)軸的彎矩和扭矩分析一般轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度用這種方法計(jì)算，其步驟如下：L1L2L3MHMHMV1MV2M1M2T對(duì)于一般鋼制軸，可用第三強(qiáng)度理論（最大切應(yīng)力理論）求出危險(xiǎn)截面的當(dāng)量應(yīng)力。彎曲應(yīng)力：扭切應(yīng)力：W------抗彎截面系數(shù)；WT

----抗扭截面系數(shù)；2)軸的強(qiáng)度校核按第三強(qiáng)度理論得出的軸的強(qiáng)度條件為：注：近似計(jì)算時(shí)，單、雙鍵槽一般可忽略，花鍵軸截面可視為直徑等于平均直徑的圓截面。軸的抗彎和抗扭截面系數(shù)截面WWT

截面WWT

bd1d1dbtDdbtddd因σb和τ的循環(huán)特性不同，折合后得：對(duì)于一般鋼制軸，可用第三強(qiáng)度理論（最大切應(yīng)力理論）求出危險(xiǎn)截面的當(dāng)量應(yīng)力。彎曲應(yīng)力：扭切應(yīng)力：代入得：W------抗彎截面系數(shù)；WT

----抗扭截面系數(shù)；2)軸的強(qiáng)度校核按第三強(qiáng)度理論得出的軸的強(qiáng)度條件為：材料σB[σ+1b][σ0b][σ-1b]40013070405001707545600200955570023011065800270130759003001408010003301509050012070404001005030表14-3軸的許用彎曲應(yīng)力

碳素鋼合金鋼鑄鋼折合系數(shù)取值：α=0.3----轉(zhuǎn)矩不變；0.6----脈動(dòng)變化；1----頻繁正反轉(zhuǎn)。靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力設(shè)計(jì)公式：材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]40013070405001707545600200955570023011065800270130759003001408010003301509050012070404001005030表14-3軸的許用彎曲應(yīng)力碳素鋼合金鋼鑄鋼脈動(dòng)循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力折合系數(shù)取值：α=0.3----轉(zhuǎn)矩不變；0.6----脈動(dòng)變化；1----頻繁正反轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)公式：材料σb[σ+1b][σ0b][σ-1b]40013070405001707545600200955570023011065800270130759003001408010003301509050012070404001005030表14-3軸的許用彎曲應(yīng)力碳素鋼合金鋼鑄鋼對(duì)稱循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力折合系數(shù)取值：α=0.3----轉(zhuǎn)矩不變；0.6----脈動(dòng)變化；1----頻繁正反轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)公式：lFF’F”θ1θ2彎矩

彎曲變形扭矩

扭轉(zhuǎn)變形變形量的描述：撓度y、轉(zhuǎn)角θ

、扭角φ

設(shè)計(jì)要求：

y

≤[y]θ≤[θ]

φ≤[φ]

1）彎曲變形計(jì)算方法有：1.按微分方程求解2.變形能法適用于等直徑軸。適用于階梯軸。復(fù)習(xí)材料力學(xué)相關(guān)內(nèi)容。y§14-4軸的剛度校核計(jì)算

TTlφ表14-4軸的許用變形量變形種類許用值適用場(chǎng)合變形種類許用值適用場(chǎng)合(0.0003~0.0005)l一般用途的軸≤0.0002l剛度要求較高感應(yīng)電機(jī)軸(0.01~0.05)mn安裝齒輪的軸≤0.01?

(0.02~0.05)m安裝蝸輪的軸滾動(dòng)軸承≤0.05向心球軸承調(diào)心球軸承圓柱滾子軸承圓錐滾子軸承0.001~0.002齒輪處軸截面0.5~1一般傳動(dòng)0.2~0.5較精密傳動(dòng)重要傳動(dòng)撓度mm轉(zhuǎn)角rad每米長(zhǎng)的扭角(?)/ml—支撐間的跨矩<0.25≤0.0016?—電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子間的間隙mn

—齒輪的模數(shù)m

—蝸輪的模數(shù)≤0.001≤0.05≤0.00252）扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算等直徑軸的扭轉(zhuǎn)角：階梯軸的扭轉(zhuǎn)角：其中：T----轉(zhuǎn)矩；

Ip----軸截面的極慣性矩l----軸受轉(zhuǎn)矩作用的長(zhǎng)度；d

----軸徑；G----材料的切變模量；對(duì)2點(diǎn)取矩舉例：計(jì)算某減速器輸出軸危險(xiǎn)截面的直徑。已知作用在齒輪上的圓周力Ft=17400N,徑向力，F(xiàn)r=6140N,軸向力Fa=2860N,齒輪分度圓直徑d2=146mm,作用在軸右端帶輪上外力F=4500N（方向未定）,L=193mm,K=206mmL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v解：1)求垂直面的支反力和軸向力=Fad2軸的設(shè)計(jì)實(shí)例aad12L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadMavM’avF1HF2HMaHF1FF2F2)求水平面的支反力3)求F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力4)繪制垂直面的彎矩圖5)繪制水平面的彎矩圖FtFMaMavM’avF1HF2HMaHF1FF2FM2F6)求F力產(chǎn)生的彎矩圖7)繪制合成彎矩圖考慮F可能與H、V內(nèi)合力共面a-a截面F力產(chǎn)生的彎矩為：MaFM’aL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadFtFMaMavM’avF1HF2HMaHF1FF2FM2F8)求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩9)求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩MaFM2M’aT扭切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取折合系數(shù):α=0.6L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aadFtF求考慮到鍵槽對(duì)軸的削弱，將d值增大4%，故得：10)計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑選45鋼，調(diào)質(zhì)，σb=650MPa,[σ-1b]=60MPa符合直徑系列。按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算軸徑的一般步驟：1.將外載荷分解到水平面和垂直面。求垂直面支撐反力FV和水平面支撐反力FH

;2.作垂直彎矩MV圖和水平彎矩MH圖

;3.作合成彎矩M圖；4.作轉(zhuǎn)矩T圖；5.彎扭合成，作當(dāng)量彎矩Me圖；6.計(jì)算危險(xiǎn)截面軸徑:1.

若危險(xiǎn)截面上有鍵槽，則應(yīng)加大4%2.

若計(jì)算結(jié)果大于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步估計(jì)的軸徑，則強(qiáng)度不夠，應(yīng)修改設(shè)計(jì)；3.

若計(jì)算結(jié)果小于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步估計(jì)的軸徑，且相差不大，一般以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軸徑為準(zhǔn)。對(duì)于一般鋼軸，按上述方法設(shè)計(jì)即可。對(duì)于重要的軸，還必須用安全系數(shù)法作精確校核計(jì)算。可參見濮良貴或邱宣懷《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材說明：四、軸的振動(dòng)及振動(dòng)穩(wěn)定性的概念▲軸是一彈性體，旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生彎曲振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)及縱向振動(dòng)。一般通用機(jī)械中的軸很少發(fā)生共振。若發(fā)生共振，多為彎曲共振。一階臨界轉(zhuǎn)速:▲當(dāng)軸的振動(dòng)頻率與軸的自振頻率相同時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振。▲共振時(shí)軸的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。▲臨界轉(zhuǎn)速可以有很多個(gè)，其中一階臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)最為激烈，最為危險(xiǎn)，▲

剛性軸：工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速的軸；▲

撓性軸：工作轉(zhuǎn)速超過一階臨界轉(zhuǎn)速的軸；一般情況下，應(yīng)使軸的工作轉(zhuǎn)速n<0.85nc1，或1.5nc1<n<0.85nc2。滿足上述條件的軸就是具有了彎曲振動(dòng)的穩(wěn)定性。帶式運(yùn)輸機(jī)減速器電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸作用：主要用于將兩根軸聯(lián)接在一起，使它們一起旋轉(zhuǎn)，并傳遞扭矩，也可用作安全裝置?！?lián)軸器----用于將兩軸聯(lián)接在一起，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸不能分離，只有在機(jī)器停車時(shí)才可將兩軸分離；▲離合器----在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，可使兩軸隨時(shí)接合或分離的一種裝置。它可用來(lái)操縱機(jī)器傳動(dòng)的斷續(xù)，以便進(jìn)行變速或換向；▲安全聯(lián)軸器與離合器----機(jī)器工作時(shí)，若轉(zhuǎn)矩超過規(guī)定值，即可自行斷開或打滑，以保證機(jī)器中的主要零件不因過載而損壞；▲特殊功用的聯(lián)軸器與離合器----用于某些特殊要求處，如：在一定的回轉(zhuǎn)方向或達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，聯(lián)軸器或離合器即可自動(dòng)接合或分離等；§14-5聯(lián)軸器和離合器概述聯(lián)軸器和離合器種類繁多，在選用標(biāo)準(zhǔn)件或自行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮如下因素：傳遞轉(zhuǎn)矩大小;轉(zhuǎn)速高低;扭轉(zhuǎn)剛度變化;體積大小;緩沖吸振能力。一、聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸的相對(duì)位移兩軸線的相對(duì)位移:

軸向、徑向、角度、綜合。yα

α

xy軸向x徑向角度綜合制造誤差安裝誤差受力變形被聯(lián)接的兩軸不能精確對(duì)中§14-6聯(lián)軸器二、聯(lián)軸器的分類無(wú)彈性元件聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器聯(lián)軸器套筒聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸器夾殼聯(lián)軸器齒式聯(lián)軸器十字滑塊聯(lián)軸器撓性聯(lián)軸器有彈性元件聯(lián)軸器滑塊聯(lián)軸器萬(wàn)向聯(lián)軸器滾子鏈聯(lián)軸器彈性套柱銷聯(lián)軸器彈性柱銷聯(lián)軸器梅花形彈性聯(lián)軸器輪胎聯(lián)軸器膜片聯(lián)軸器星形彈性聯(lián)軸器被聯(lián)接兩軸間的各種相對(duì)位移無(wú)補(bǔ)償能力，故對(duì)兩軸對(duì)中性的要求高。當(dāng)兩軸有相對(duì)位移時(shí)，會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)引起附加載荷。這類聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。對(duì)被聯(lián)接兩軸間的各種相對(duì)位移有補(bǔ)償能力聯(lián)軸器具有撓性，可補(bǔ)償兩軸的相對(duì)位移。但因無(wú)彈性元件，故不能緩沖減振因有彈性元件，不僅可以補(bǔ)償兩軸間的相對(duì)位移，而且具有緩沖減振的能力。彈性元件所能儲(chǔ)蓄的能量越多，則聯(lián)軸器的減振能力越強(qiáng)。品種多，應(yīng)用廣泛。（一）剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：用一個(gè)套筒通過鍵將兩軸聯(lián)接在一起。用緊定螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn)軸向固定。套筒聯(lián)軸器型式：半圓鍵普通平鍵特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、傳遞扭矩較大，但不能緩沖減振。應(yīng)用：用于載荷較平穩(wěn)的兩軸聯(lián)接。1、套筒聯(lián)軸器

2、凸緣剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：半聯(lián)軸器通過鍵與軸相聯(lián)，用螺栓將兩個(gè)半聯(lián)軸器的凸緣聯(lián)接在一起。普通凸緣聯(lián)軸器型式：有對(duì)中榫的凸緣聯(lián)軸器普通凸緣聯(lián)軸器---靠鉸制孔螺栓對(duì)中。---靠榫頭對(duì)中。對(duì)中榫鉸制孔螺栓普通螺栓制造與安裝要求：半聯(lián)軸器的凸緣端面應(yīng)與軸線垂直，安裝時(shí)應(yīng)使兩軸精確對(duì)中。90?材料：一般用鑄鐵、當(dāng)重載或V≥30m/s時(shí)，用鑄鋼或鍛鋼。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、傳遞扭矩較大，但不能緩沖減振。應(yīng)用：用于載荷較平穩(wěn)的兩軸聯(lián)接。應(yīng)用：用于低速傳動(dòng)軸，常用于垂直傳動(dòng)軸的聯(lián)接。3、夾殼聯(lián)軸器

結(jié)構(gòu)：將套筒做成剖分夾殼結(jié)構(gòu)，通過擰緊螺栓產(chǎn)生的預(yù)緊力使兩夾殼與軸聯(lián)接，并依靠鍵以及夾殼與軸表面之間的摩擦力來(lái)傳遞扭矩。有一個(gè)剖分式對(duì)中環(huán)。特點(diǎn)：無(wú)需沿軸向移動(dòng)即可方便裝拆，但不能聯(lián)接直徑不同的兩軸，外形復(fù)雜且不易平衡，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力。1、齒式聯(lián)軸器功用：能補(bǔ)償軸不對(duì)中和偏斜。工作范圍：正常齒：α≤30’

腰鼓齒：α≤3?α

(二)無(wú)彈性元件撓性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：兩個(gè)有內(nèi)齒的外殼，兩個(gè)有外齒的套筒，兩者齒數(shù)相同，外齒做成球形齒頂?shù)难凝X。套筒與軸用鍵聯(lián)接，兩外殼用螺栓聯(lián)接。兩端密封，空腔內(nèi)儲(chǔ)存潤(rùn)滑油。優(yōu)點(diǎn)：傳遞扭矩大、能補(bǔ)償綜合位移。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)笨重、造價(jià)高。應(yīng)用：用于重型傳動(dòng)。2、十字滑塊聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：兩個(gè)端面開有徑向凹槽的半聯(lián)軸器，兩端各具有凸榫的中間滑塊，且兩端榫頭互相垂直，嵌入凹槽中，構(gòu)成移動(dòng)副。工作原理：當(dāng)兩軸存在不對(duì)中和偏斜時(shí)，滑塊將在凹槽內(nèi)滑動(dòng)。優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易?；瑝K因偏心產(chǎn)生離心力和磨損，并給軸和軸承帶來(lái)附加動(dòng)載荷。適用范圍：α≤30’,y≤0.04d，v≤300r/min

α

y3、滑塊聯(lián)軸器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊。應(yīng)用：適用于小功率，高轉(zhuǎn)速而無(wú)劇烈沖擊的場(chǎng)合。結(jié)構(gòu)：與十字滑塊聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)相似，只是溝槽很寬，中間為不帶凸牙的方形滑塊，其材料為夾布膠木。工作特點(diǎn)：由于中間滑塊質(zhì)量小，且有彈性，故允許較高的極限轉(zhuǎn)速。4、萬(wàn)向聯(lián)軸器作用：用于傳遞兩相交軸之間的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，而且在傳動(dòng)過程中，兩軸之間的夾角還可以改變。應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)床等機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中。α單萬(wàn)向聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩傳動(dòng)軸末端各有一個(gè)叉形支架，用鉸鏈與中間的“十字形”構(gòu)件相聯(lián)，“十字形”構(gòu)件的中心位于兩軸交點(diǎn)處，αα=0~45?軸間角為：5、雙萬(wàn)向鉸鏈機(jī)構(gòu)將兩個(gè)單萬(wàn)向鉸鏈機(jī)構(gòu)串聯(lián)使用，構(gòu)成雙萬(wàn)向鉸鏈機(jī)構(gòu)。安裝要求：①主動(dòng)、從動(dòng)、中間三軸共面；②主動(dòng)軸、從動(dòng)軸的軸線與中間軸的軸線之間的夾角應(yīng)相等；③中間軸兩端的叉面應(yīng)在同一平面內(nèi)。ααC2αα121C小型雙萬(wàn)向聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)如圖所示，通常采用合金鋼制造。AAA--AAAααAAαα1、彈性套柱銷聯(lián)軸器(三)有彈性元件聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：外觀與凸緣聯(lián)軸器相似，用帶橡膠彈性套的柱銷聯(lián)接兩個(gè)半聯(lián)軸器。預(yù)留安裝空間以便與更換橡膠套A預(yù)留間隙以補(bǔ)償軸向位移。c圓柱孔圓錐孔2、彈性柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：用尼龍制成的柱銷置于兩個(gè)半聯(lián)軸器凸緣的孔中。尼龍銷擋板cc銷與擋板之間留有間隙結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、更換柱銷方便。特點(diǎn)：上述兩種聯(lián)軸器的動(dòng)力通過彈性元件傳遞，緩和沖擊、吸收振動(dòng)。應(yīng)用：適用于正反向變化多，啟動(dòng)頻繁的高速軸。適用范圍：-12?≤t≤60?，v≤8000r/min能補(bǔ)償較大的軸向位移，并允許微量的徑向位移和角位移。兩種柱銷3、輪胎式彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：中間為橡膠制成的輪胎環(huán)，用止退墊板與半聯(lián)軸器聯(lián)接。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于變形。允許較大的綜合位移。應(yīng)用：適用于啟動(dòng)頻繁、正反向運(yùn)轉(zhuǎn)、有沖擊振動(dòng)、有較大軸向位移、潮濕多塵的場(chǎng)合。適用范圍：5?≤α≤12?，x≤0.02D

y≤0.01d，n≤5000r/min

輪胎環(huán)D止退墊板大多數(shù)聯(lián)軸器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)格化，一般機(jī)械設(shè)計(jì)者的任務(wù)是選用聯(lián)軸器，不需要設(shè)計(jì)。一、聯(lián)軸器類型的選擇原則轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、軸徑、相對(duì)位移、工作環(huán)境、成本等確定型號(hào)與規(guī)格聯(lián)軸器的選擇具體應(yīng)考慮如下要求低速、剛性大的短軸可選用剛性聯(lián)軸器；低速、剛性小的長(zhǎng)軸可選用無(wú)彈元件撓性聯(lián)軸器；傳遞轉(zhuǎn)矩較大的重型機(jī)械選用齒式聯(lián)軸器；對(duì)于高速、有振動(dòng)和沖擊的機(jī)械，選用彈性元件撓性聯(lián)軸器；軸線位置有較大變動(dòng)的兩軸，應(yīng)選用萬(wàn)向聯(lián)軸器；有安全保護(hù)要求的軸，選用安全聯(lián)軸器。選擇原則：表14-5工作情況系數(shù)KA原動(dòng)機(jī)(KA)發(fā)電機(jī)、小型通風(fēng)機(jī)、小型離心機(jī)1.31.51.82.2透平壓縮機(jī)、木工機(jī)械、輸送機(jī)1.51.72.02.4攪拌機(jī)、增壓機(jī)、有飛輪的壓縮機(jī)1.71.92.22.6織布機(jī)、水泥攪拌機(jī)、拖拉機(jī)1.92.12.42.8挖掘機(jī)、起重機(jī)、碎石機(jī)、造紙機(jī)械2.32.52.83.2電動(dòng)機(jī)多缸雙缸單缸汽輪機(jī)內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)工作機(jī)壓延機(jī)、重型初軋機(jī)、無(wú)飛輪活塞泵3.13.33.64.0二、計(jì)算聯(lián)軸器的扭矩

計(jì)算轉(zhuǎn)矩：Tca=KATKA為工作情況系數(shù)；T為公稱扭矩；三、確定聯(lián)軸器的型號(hào)

選型依據(jù)：

Tca≤[T]，由相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定型號(hào)；四、校核最大轉(zhuǎn)速n

≤nmax六、規(guī)定部件相應(yīng)的安裝精度被聯(lián)接軸的轉(zhuǎn)速n，不應(yīng)超過聯(lián)軸器許用的最高轉(zhuǎn)速nmax，即：五、協(xié)調(diào)軸孔直徑被聯(lián)接兩軸的直徑和形狀（圓柱或圓錐）均可以不同，但必須使直徑在所選聯(lián)軸器型號(hào)規(guī)定的范圍內(nèi)，形狀也應(yīng)滿足相應(yīng)要求。聯(lián)軸器允許軸的相對(duì)位移偏差是有一定范圍的，因此，必須保證軸及相應(yīng)部件的安裝精度。７．進(jìn)行必要的校核聯(lián)軸器除了要滿足轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的要求外，必要時(shí)還應(yīng)對(duì)聯(lián)軸器中的零件進(jìn)行承載能力校核，如對(duì)非金屬元件的許用溫度校核等。選擇聯(lián)軸器的類型計(jì)算聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩確定聯(lián)軸器的型號(hào)協(xié)調(diào)軸孔直徑校核最大轉(zhuǎn)矩規(guī)定部件相應(yīng)的安裝精度進(jìn)行必要的承載能力校核聯(lián)軸器的選擇流程：

作用：在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，使兩軸隨時(shí)接合或分離；用來(lái)操縱機(jī)器傳動(dòng)的斷續(xù)，以便進(jìn)行變速或換向；§14-7離合器分類一、離合器的分類按其工作原理分機(jī)械離合器電磁離合器液壓離合器氣壓離合器超越離合器離心離合器安全離合器嵌入式摩擦式按離合控制方法分操縱式自動(dòng)式按操縱方式分二、對(duì)離合器的基本要求▲分離、接合迅速，平穩(wěn)無(wú)沖擊，分離徹底，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠；▲結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，慣性小，外形尺寸小，工作安全，效率高；▲接合元件耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，散熱條件好；▲操縱方便省力，制造容易，調(diào)整維修方便。1)牙嵌式離合器結(jié)構(gòu)：由端面帶牙的固定套筒、活動(dòng)套筒、對(duì)中環(huán)組成。固定套筒活動(dòng)套筒滑環(huán)對(duì)中環(huán)工作原理：利用操縱桿移動(dòng)滑環(huán)，實(shí)現(xiàn)兩套筒的結(jié)合與分離。三、常用離合器簡(jiǎn)介牙型30?~40?2?~8?2?~8?60?三角形梯形鋸齒形----傳遞中小轉(zhuǎn)矩、牙數(shù)為16~60----傳遞較大轉(zhuǎn)矩、牙數(shù)為3~15梯形牙可以補(bǔ)償磨損后的牙側(cè)間隙。鋸齒形只能單向工作。反轉(zhuǎn)時(shí)具有較大的軸向分力，會(huì)迫使離合器自行分離。制造要求：各牙應(yīng)精確等分，以使載荷均勻分布。232)單片式圓盤摩擦離合器摩擦扭矩:Tmax=FafRf結(jié)構(gòu)：由固定圓盤1、活動(dòng)圓盤2、滑環(huán)組成。工作原理：移動(dòng)滑環(huán)，可實(shí)現(xiàn)兩圓盤的結(jié)合與分離，靠摩擦力帶動(dòng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。2.過載時(shí)打滑，起保護(hù)作用；3.結(jié)合平穩(wěn)、沖擊和振動(dòng)小。優(yōu)點(diǎn)：1.在任何轉(zhuǎn)速條件下兩軸都可以進(jìn)行結(jié)合；Fa213Fa1Rf缺點(diǎn)：結(jié)合過程中不可避免出現(xiàn)打滑，引起磨損和發(fā)熱；主動(dòng)摩擦片杠桿滑環(huán)工作原理：移動(dòng)滑環(huán)，通過杠桿作用，壓緊或放松磨擦片，來(lái)實(shí)現(xiàn)兩軸的結(jié)合與分離。調(diào)整螺母被動(dòng)摩擦片3)多片式圓盤摩擦離合器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：多個(gè)摩擦片疊加在一起；摩擦片材料：淬火鋼片、壓制石棉片。摩擦片數(shù)量z↑→傳遞扭矩T↑但z過大將使各層間壓力不均勻，一般取:z=12~15摩擦扭矩:Tmax=zFafRfzFaf(D1+D2)=4≥KA

T4Fap=π(D1

+D2)表面壓強(qiáng):≤[p]D1D2有潤(rùn)滑劑無(wú)潤(rùn)滑劑[p]/MPa常用摩擦片材料的f和[p]

摩擦片材料f圓盤摩擦離合器鑄鐵—鑄鐵或鋼0.05~0.060.15~0.20.25~0.30淬火鋼—淬火鋼0.05~0.060.180.6