第九章 轴和联轴器

1、1 第九章第九章 轴、联轴器、离合器轴、联轴器、离合器 一一 . . 轴的功用轴的功用 支承旋转零件并传递运动和动力支承旋转零件并传递运动和动力 1 1 轴轴 内容：内容：轴的分类和材料，轴的结构设计和强度计轴的分类和材料，轴的结构设计和强度计 算；联轴器和离合器的类型、特点及应用算；联轴器和离合器的类型、特点及应用 重点：重点：轴的结构设计轴的结构设计 二二. . 轴的分类轴的分类 1按载荷性质分类按载荷性质分类 心轴心轴（弯矩弯矩M M 0 0，转矩转矩T = 0T = 0） 转轴转轴（弯矩弯矩M M 0 0，转矩转矩T T 0 0） 传动轴传动轴（弯矩弯矩M M = = 0 0，转矩转矩

2、T T 0 0） 2 转轴转轴 心轴心轴 传动轴传动轴 转动心轴转动心轴 固定心轴固定心轴 3 2 . .按轴线形状分按轴线形状分 3 . .按截面形状分按截面形状分 直轴直轴 空心轴空心轴 曲轴曲轴 挠性轴挠性轴 实心轴实心轴 4 5 二、轴的结构二、轴的结构 1.1.满足强度、刚度的要求满足强度、刚度的要求; ; 2.2.满足工艺性要求满足工艺性要求: : 轴上零件轴上零件要有准确的工作位置、便要有准确的工作位置、便 于装拆和调整；于装拆和调整； 轴应有良好的制造工艺、轴应有良好的制造工艺、应力集中应力集中 少，轴的受力状态好少，轴的受力状态好。 二、轴的设计内容、特点和步骤二、轴的设计内

3、容、特点和步骤 1.1.内容：内容：强度强度、刚度、振动稳定性刚度、振动稳定性、结构设计结构设计 2.2.特点：特点：三边：三边：边计算、边画图、边修改边计算、边画图、边修改 三结合：三结合：估算与精算、计算与画图、轴的设计与轴上零件的设计估算与精算、计算与画图、轴的设计与轴上零件的设计 3.3.步骤：步骤：选材选材初定轴径初定轴径结构设计结构设计精确验算（强度校核）精确验算（强度校核） 轴的材料和结构轴的材料和结构 一、轴的材料一、轴的材料 1.1.碳素钢碳素钢 3535、4545、5050 2.2.合金钢合金钢 20Cr20Cr、 40Cr40Cr 常用材料及力学性能常用材料及力学性能 （

4、表（表9-19-1） 6 （一）轴的外形结构（一）轴的外形结构 （二）轴上零件的（二）轴上零件的 定位和固定方法定位和固定方法 阶梯轴阶梯轴 轴颈、轴头、轴身轴颈、轴头、轴身 轴向、周向轴向、周向 轴肩、套筒、轴端挡圈轴肩、套筒、轴端挡圈 弹簧挡圈弹簧挡圈 圆螺母圆螺母 键联接键联接花键联接花键联接 销联接销联接过盈联接过盈联接 7 定位轴肩定位轴肩零件定位零件定位 h 35 mm 非定位轴肩非定位轴肩便于装配便于装配 h=(0.5 1)mm 为便于装拆为便于装拆 阶梯轴阶梯轴轴肩轴肩 d d minmin在最外端、必有定位轴环 在最外端、必有定位轴环 设计时应注意设计时应注意: : 轴承定位

5、轴肩轴承定位轴肩( (套筒套筒) )不能过高不能过高( (以便拆卸以便拆卸) ) 轴长轴长 轮毂宽度轮毂宽度 安装标准件轴段直径，安装标准件轴段直径， (a)(a)滚动轴承滚动轴承 (b)(b)联轴器联轴器 (c)(c)密封件密封件 轴肩圆角轴肩圆角 轮毂孔圆角轮毂孔圆角( (倒角倒角) ) (保证零件固定保证零件固定) 应套其内径标准应套其内径标准 ( (为保证轴上零件与轴肩贴合为保证轴上零件与轴肩贴合) ) 8 9 10 11 1) 1) 轴肩处要有过渡圆角轴肩处要有过渡圆角 2) 2) 键槽应位于同一母线上键槽应位于同一母线上 3) 3) 螺纹退刀槽螺纹退刀槽 4) 4) 砂轮越程槽砂轮

6、越程槽 13 三三. 轴结构设计步骤轴结构设计步骤 1.拟定轴上零件装配方案拟定轴上零件装配方案不同的结构不同的结构 较好较好 14 15 33 3 6 3 3 2 . 0 1055. 9 2 . 0 2 . 0 n P C n pT d d T W T TT T T T (3) 只计转矩只计转矩按扭转强度按扭转强度 16 1）由外向内定各段）由外向内定各段直径直径 2）由内向外定各段）由内向外定各段长度长度 4.确定轴上零件周向固定及结构要素确定轴上零件周向固定及结构要素 17 两端轴承盖与箱体之间两端轴承盖与箱体之间无调整垫片；无调整垫片； 轴承与轴承与齿轮齿轮之间之间无定位轴套、装齿轮的

7、轴段长度过长；无定位轴套、装齿轮的轴段长度过长； 齿轮与轴之间齿轮与轴之间无键联接；无键联接； 轴肩过高，难以拆卸轴承；轴肩过高，难以拆卸轴承； 轴颈过长，轴颈过长，轴承装拆不方便；无退刀槽。轴承装拆不方便；无退刀槽。 轴承盖与轴之间轴承盖与轴之间无无间隙，且间隙，且无密封件；无密封件； 联轴器无定位轴肩；联轴器无定位轴肩； 键过长（应短于轮毂长度）。键过长（应短于轮毂长度）。 18 四处错误正确答案 三处错误正确答案 19 20 四四 轴的计算轴的计算 轴的工作能力主要取决于轴的工作能力主要取决于强度强度和刚度，和刚度， 高速轴还要校核振动稳定性。高速轴还要校核振动稳定性。 轴的强度计算轴的

8、强度计算、轴的刚度计算、轴的刚度计算( (略略) ) 一、轴的强度计算一、轴的强度计算 1.1.按扭矩计算按扭矩计算 应用条件：应用条件： (1)(1)轴只传递转矩，不承受弯矩（或很小的弯矩）轴只传递转矩，不承受弯矩（或很小的弯矩） (2)(2) 弯矩未知，按扭矩作初步计算。弯矩未知，按扭矩作初步计算。 21 2.2.按弯扭复合强度计算按弯扭复合强度计算（当量弯矩）（当量弯矩） 应用条件：应用条件：已知轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大已知轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大 小小、方向和作用点。、方向和作用点。 步步 骤：骤：绘制受力计算简图绘制受力计算简图，计算所有力引起的弯矩，合，计算

9、所有力引起的弯矩，合 成弯矩成弯矩M M；计算扭矩，合成当量弯矩；计算扭矩，合成当量弯矩M MV V。 合成弯矩合成弯矩 当量弯矩当量弯矩 设计公式设计公式 22 水平垂直 MMM 22 )(TMMV 3 1 .0 1b V M d 校正系数校正系数 见见P P236 236： ： 不变的转矩不变的转矩 0.30.3 脉动的转矩脉动的转矩 0.60.6 对称的转矩对称的转矩 1 1 -1b -1b 见表 见表9-39-3 轴上有单键，直径增大轴上有单键，直径增大4 % ; ;有双键有双键, ,直径增大直径增大10 % 22 2 2 联轴器和离合器联轴器和离合器 联轴器和离合器主要是用于轴与轴间

10、的联接，联轴器和离合器主要是用于轴与轴间的联接， 使两根轴一起旋转并传递扭矩。使两根轴一起旋转并传递扭矩。 两者的区别：两者的区别： 联轴器和离合器均已标准化了，应用联轴器和离合器均已标准化了，应用 时根据需要选用。时根据需要选用。 类型？型号？类型？型号？ 安全联轴器与离合器安全联轴器与离合器-机器工作时，若转矩超过规定值，即机器工作时，若转矩超过规定值，即 可自行断开或打滑，可自行断开或打滑， 以保证机器中的主要零件不因过载而损坏；以保证机器中的主要零件不因过载而损坏； 特殊功用的联轴器与离合器特殊功用的联轴器与离合器用于某些特殊要求处，如：在用于某些特殊要求处，如：在 一定的回转方向或达

11、到一定转速时，联轴器或离合器即可自动一定的回转方向或达到一定转速时，联轴器或离合器即可自动 接合或分离等；接合或分离等； 23 24 被联接两轴间的各种相对位移无补偿能力，故被联接两轴间的各种相对位移无补偿能力，故 对两轴对中性的要求高。当两轴有相对位移时，会在结构内引起对两轴对中性的要求高。当两轴有相对位移时，会在结构内引起 附加载荷。这类联轴器的结构比较简单。附加载荷。这类联轴器的结构比较简单。 25 传递的转矩大、运转可靠、寿命长；对冲击载荷较敏感、传递的转矩大、运转可靠、寿命长；对冲击载荷较敏感、 要求两轴对中。适用于两轴严格对中的场合。要求两轴对中。适用于两轴严格对中的场合。 联轴器

12、联轴器 刚性刚性 挠性挠性 凸缘联轴器凸缘联轴器 套筒联轴器套筒联轴器 夹壳联轴器夹壳联轴器 盘销联轴器盘销联轴器 滑块联轴器滑块联轴器 万向联轴器万向联轴器 弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器 弹性圆盘联轴器弹性圆盘联轴器 金属弹性元件挠性联轴器金属弹性元件挠性联轴器 具有缓冲、吸振性；强度低、寿命短。适用于频繁启动、具有缓冲、吸振性；强度低、寿命短。适用于频繁启动、 高速及双向运转的场合。高速及双向运转的场合。 无弹性元件无弹性元件 有弹性元件有弹性元件 26 套筒联轴器套筒联轴器 凸缘联轴器凸缘联轴器 27 夹壳联轴器夹壳联轴器 滑块联轴器滑块联轴器 万向联轴器万向联轴器 28 潘存云教授

13、研制 结构：结构：利用一条公用的双排链条同时与两个齿数相同利用一条公用的双排链条同时与两个齿数相同 的并列链轮啮合来实现两半链轴器的联接。的并列链轮啮合来实现两半链轴器的联接。 特点：特点：结构简单、尺寸紧凑、质量小、装拆方便、维结构简单、尺寸紧凑、质量小、装拆方便、维 修容易、成本低廉。修容易、成本低廉。 结构简单、尺寸紧凑、质量小、装拆方便、维修容易、结构简单、尺寸紧凑、质量小、装拆方便、维修容易、 成本低廉，有一定的补偿性能和缓冲性能。成本低廉，有一定的补偿性能和缓冲性能。 因链条的套筒与链轮之间存在间隙，不适于逆向传动和因链条的套筒与链轮之间存在间隙，不适于逆向传动和 启动频繁或立式轴传动。同时受离心力的影响不适于高速传动。启动频繁或立式轴传动。同时受离心力的影响不适于高速传动。 29 尼龙销尼龙销 挡板挡板 cc 销与挡板之销与挡板之 间留有间隙间留有间隙 潘存云教授研制 c 圆柱孔圆柱孔 圆锥孔圆锥孔 31 二、二、 联轴器的选择联轴器的选择 1.1.根据工作条件确定类型根据工作条件确定类型 对中性？转速对中性？转速? ? 转矩？转矩？ 载荷平稳性？载荷平稳性？ 2.2.由轴径由轴径d d、转矩、转矩T T、转速、转速n n 确定型号确定型号 TKT Aj 计算转矩计算转矩= =工作情况系数工作情况系数 名义转矩名义转矩 原则