第十章轴、联轴器、离合器

1、第十章第十章 轴、联轴器、离合器轴、联轴器、离合器第十章 轴 联轴器 离合器参考文献n张策主编，张策主编，机械原理与机械设计机械原理与机械设计（下册），机械工业出版社，（下册），机械工业出版社，20042004n濮良贵主编，濮良贵主编，机械设计机械设计，高等教育，高等教育出版社，出版社，20062006n其他机械设计的相关书籍其他机械设计的相关书籍第十章 轴 联轴器 离合器第一节 概述一、轴一、轴是轴系的核心零件，一切做回转运动的零件，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。只有装在轴上后才能实现其运动。二、轴的分类二、轴的分类1、按载荷和应力的不同，分为三种：、

2、按载荷和应力的不同，分为三种： 心心 轴轴随同回转零件一起或不一起转动。只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。转动心轴受静应力。 转转 轴轴既承受弯矩又承受转矩。既承受弯矩又承受转矩。 传动轴传动轴主要承受转矩。主要承受转矩。第十章 轴 联轴器 离合器2、按轴的中心线的不同，分为三种：、按轴的中心线的不同，分为三种： 直直 轴轴轴的各截面中心在同一直线上。轴的各截面中心在同一直线上。 光轴、阶梯轴光轴、阶梯轴 实心轴、空心轴实心轴、空心轴 曲曲 轴轴轴的各截面中心不在同一直线上。轴的各截面中心不在

3、同一直线上。曲轴通常是专用零件。曲轴通常是专用零件。 软软 轴轴轴线可变，把回转运动灵活地传到轴线可变，把回转运动灵活地传到任何位置。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用来联结两根轴，使之一同回转并传递转矩的一种部件。的一种部件。 联轴器联轴器只有当运动停止后，靠拆卸，才能将只有当运动停止后，靠拆卸，才能将轴分开；轴分开； 离合器离合器可在运动中随时使两轴分离或结合。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 离合器第一节 概述图 10-1 心轴第十章 轴 联轴器 离合器第一节 概述图

4、10-2 转轴第十章 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 离合器第一节 概述第十章 轴 联轴器 离合器设计轴时的考虑因素：设计轴时的考虑因素： 回转精度、强度、刚度、热变形、振动稳定性回转精度、强度、刚度、热变形、振动稳定性和结构工艺性。和结构工艺性。设计内容：设计内容： 选材、确定轴的结构、计算轴的强度和刚度，计选材、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），绘制出轴的算轴的振动稳定性（高速运转的轴），绘制出轴的零件工作图。零件工作图。 轴的设计要与轴承、轴系零件统一考虑。轴

5、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（表一、轴的材料及其选择（表10-1）1、选材原则：、选材原则：根据轴的工作能力（强度、刚度、振根据轴的工作能力（强度、刚度、振动稳定性、耐磨性等）、热处理方式、制造工艺动稳定性、耐磨性等）、热处理方式、制造工艺性性经济合理。经济合理。2、常用材料、常用材料 碳素钢碳素钢对应力集中敏感性小，价格低廉，对应力集中敏感性小，价格低廉， 常用。常用。 45、35、50（调质（调质or正火），正火），Q235、Q275 合金钢合金钢较高的力学性能和热处理性能，较高的力学性能和热处理性能， 用于受力较大且尺寸较小

6、、重量轻用于受力较大且尺寸较小、重量轻 和耐磨性高的轴。和耐磨性高的轴。 20Cr、40Cr、含、含Mo合金钢。合金钢。第二节 轴第十章 轴 联轴器 离合器二、轴的结构设计二、轴的结构设计1 1、轴的结构、轴的结构 轴轴 颈颈轴上被支承的部位；轴上被支承的部位；轴轴 头头安装轮安装轮毂的部位；毂的部位；轴轴 身身联结轴颈与轴头的部分。联结轴颈与轴头的部分。2 2、轴的结构设计内容、轴的结构设计内容 1 1）确定并绘出轴的全部结构和尺寸；）确定并绘出轴的全部结构和尺寸； 2 2）制定出满足使用要求的技术条件。）制定出满足使用要求的技术条件。3 3、一般应使轴的结构满足如下条件、一般应使轴的结构满

7、足如下条件1 1）轴和装在轴上的零件有准确的轴向、周向工作位）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；置，并便于装拆和调整；2 2）有良好的加工工艺性；）有良好的加工工艺性；3 3）有足够的强度、刚度、振动稳定性和回转精度。）有足够的强度、刚度、振动稳定性和回转精度。第二节 轴第十章 轴 联轴器 离合器n零件在轴上的轴向固定零件在轴上的轴向固定第二节 轴轴肩、轴环轴肩、轴环简单可靠，不需附加零件，承简单可靠，不需附加零件，承受较大轴向力；但使直径增大，阶梯处产生受较大轴向力；但使直径增大，阶梯处产生应力集中。应力集中。定位面内圆角rR or (C)a=(0.070.1)

8、d, b=1.4a第十章 轴 联轴器 离合器第二节 轴套筒套筒简单可靠，简化轴的结构且不消弱轴的强度；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。高速转轴；套筒内径与轴的配合较松。螺母螺母固定可靠，承受固定可靠，承受较大轴向力，能实现轴较大轴向力，能实现轴上零件的间隙调整；常上零件的间隙调整；常用于两零件的间距较大，用于两零件的间距较大，亦可用于轴端；为减小亦可用于轴端；为减小对轴的强度的消弱，常对轴的强度的消弱，常用细牙螺纹；为防松，用细牙螺纹；为防松，须加止动垫圈或使用双须

9、加止动垫圈或使用双螺母。螺母。第十章 轴 联轴器 离合器第二节 轴轴端挡圈轴端挡圈工作可靠，承受较大轴向力；只用于轴工作可靠，承受较大轴向力；只用于轴端，且采用止动垫片等防松措施。端，且采用止动垫片等防松措施。锥面锥面装拆方便，且装拆方便，且可兼作周向定位；宜可兼作周向定位；宜用于高速、冲击及对用于高速、冲击及对中性要求高的场合。中性要求高的场合。第十章 轴 联轴器 离合器第二节 轴弹性挡圈弹性挡圈结构紧凑、简单，装拆方便，但受力较结构紧凑、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。小，且轴上切槽引起应力集中；常用于轴承的固定。紧定螺钉、锁紧挡圈紧定螺钉、锁紧挡圈结

10、构简单，但受力较小，结构简单，但受力较小，不适于高速场合。不适于高速场合。第十章 轴 联轴器 离合器n零件在轴上的周向固定零件在轴上的周向固定 键联接、销联接、键联接、销联接、紧定螺钉、过盈联接紧定螺钉、过盈联接等等第二节 轴第十章 轴 联轴器 离合器n良好的加工工艺性良好的加工工艺性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）。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轴上有磨削与切螺纹处，要留砂轮越程槽和螺纹退刀槽，以保证完整加工。退刀槽，以保证完整加工。3

11、 轴上有多个键槽时，应开在同轴上有多个键槽时，应开在同直线上，以免加直线上，以免加工键槽时多次装夹。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、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。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。分直径应符合螺纹标准等。第二节 轴第十章 轴 联轴器 离合

12、器n装配工艺性装配工艺性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，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，其轴肩高度常其余仅为便于安装而设置的轴肩，其轴肩高度常可取可取0.53mm。2 轴端应倒角，以去掉毛刺并便于装配。轴端应倒角，以去掉毛刺并便于装配。3 固定滚动轴承的轴肩高度应小于轴承内圈厚度，固定滚动轴承

13、的轴肩高度应小于轴承内圈厚度，以便拆卸。以便拆卸。第二节 轴第十章 轴 联轴器 离合器n轴系结构实例轴系结构实例第二节 轴图 10-3 第十章 轴 联轴器 离合器三、轴的强度计算三、轴的强度计算 按许用切应力计算轴颈按许用切应力计算轴颈 已知：已知：轴传递的功率轴传递的功率P、转速转速n 639.55 10/0.2TTTTP nWd6339.55 10/0.2TP nPdCn（101）（102）第二节 轴 按弯曲和扭转复合强度计算轴颈按弯曲和扭转复合强度计算轴颈130.1VVbbMMWd310.1VbMd（103）（104）第十章 轴 联轴器 离合器第十章 轴 联轴器 离合器四、轴的刚度计算四

14、、轴的刚度计算 扭转刚度计算扭转刚度计算 弯曲刚度计算弯曲刚度计算 计算法计算法 工程查表法工程查表法第二节 轴 66449.55 10 (/ )9.55 10 (/ )(/32)0.1pTLP n LP n LGIGdGdaEIxMdxyd/ )(/22第十章 轴 联轴器 离合器 联轴器联轴器联结两根轴一同回转，仅在停止时经联结两根轴一同回转，仅在停止时经拆卸才能将二者分离。拆卸才能将二者分离。 联轴器分类联轴器分类： 刚性联轴器刚性联轴器用于两轴严格对中，工作中不用于两轴严格对中，工作中不发生相对偏移的地方。发生相对偏移的地方。 挠性联轴器挠性联轴器用于两轴有相对位移的地方。如用于两轴有相

15、对位移的地方。如果使用弹性元件，则称弹性联轴器。果使用弹性元件，则称弹性联轴器。 联轴器的设计选用原则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、拆卸方便、质量较轻、尺寸较小、便于拆卸安装、 位置尽量靠近轴承位置尽量靠近轴承第三节 联轴器第十章 轴 联轴器 离合器一、刚性联轴器一、刚性联轴器 套筒联轴器套筒联轴器 凸缘联轴器凸缘联轴器二、挠性联轴器二、挠性联轴器（一）无弹性元件挠性联轴器（一）无弹性元件挠性联轴器 盘销联轴器盘销联轴器 十字滑块联轴器十字滑块联轴器 单万向节联轴器单万向节联轴器 双万向节联轴器双万向节联轴器 齿轮联轴器齿轮联轴器 链式联轴器链式联轴器 （

16、二）有弹性元件挠性联轴器（二）有弹性元件挠性联轴器 1 金属弹性元件挠性联轴器金属弹性元件挠性联轴器 2 非金属弹性元件挠性联轴器非金属弹性元件挠性联轴器 弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器 弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器 轮胎式联轴器轮胎式联轴器 弹性圆盘联轴器弹性圆盘联轴器第三节 联轴器第十章 轴 联轴器 离合器 离合器离合器联结两根轴一同回转，运动中可随时联结两根轴一同回转，运动中可随时使二者分离或结合。使二者分离或结合。 离合器的分类与典型介绍离合器的分类与典型介绍离离合合器器外力操纵外力操纵自动操纵自动操纵机械离合器机械离合器电磁离合器电磁离合器气压离合器气压离合器液压离合器液压离合器啮

17、合式牙嵌、齿式。啮合式牙嵌、齿式。摩擦式单盘、多盘、摩擦式单盘、多盘、 圆锥、弹簧。圆锥、弹簧。超越离合器牙嵌、滚柱、楔块。超越离合器牙嵌、滚柱、楔块。离心离合器闸块、钢珠。离心离合器闸块、钢珠。安全离合器牙嵌、钢珠、圆盘、圆锥。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 离合器特点特点：结构简单紧凑（特别是径向尺寸），成本低：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

18、。（已有标作用。要求在两轴严格对中情况下使用。（已有标准化设计资料）准化设计资料）第三节 联轴器图 10-11 第十章 轴 联轴器 离合器第三节 联轴器半联轴器半联轴器螺栓螺栓第十章 轴 联轴器 离合器特点特点：结构简单，可传递较大转距，要求在两轴严：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。轴向位移，受剪螺栓型无需轴向位移。第三节 联轴器第十章 轴 联轴器 离合器图 10-12 盘销联轴器盘销

19、联轴器允许连接轴的最大轴向位移量要允许连接轴的最大轴向位移量要小于两盘间最大间隙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。引起的传动误差。第三节 联轴器第十章 轴 联轴器 离合器特点特点：用于联结径向位移或角位移很小的两根轴。：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。量，产生离心力，不宜用于高速旋转，效率较低。空回误差较大。空回误差较大。第三节 联轴器第十章 轴 联轴器 离合器图 10-1

20、5 15特点特点：结构简单，用于联接两交叉轴。不能传递等：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角位移，在转动一周过程中，两轴传动比不能始终为为1 1。主要用于精度要求不高的传动中。主要用于精度要求不高的传动中。 第三节 联轴器1 1万向接头套万向接头套 2 2万向接头环万向接头环 3 3球头轴球头轴 4 4销杆销杆第十章 轴 联轴器 离合器特点特点：用于不对心的两根轴间实现等角速度传动。：用于不对心的两根轴间实现等角速度传动。 条件条件 1 12 2 中间轴的两端的万向接中间轴的两端的万向接 头环头环3 3、5 5应在同一平面内。应在同一平面内。

21、第三节 联轴器图 10-16主动轴主动轴中间轴中间轴从动轴从动轴第十章 轴 联轴器 离合器第三节 联轴器第十章 轴 联轴器 离合器特点特点：对两轴综合偏移有很好的补偿性。齿轮联轴器：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。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 离合器特点：拆卸方便。特点：拆卸方便。第三节 联轴器第十章 轴 联轴器 离合器序号名称结构图特点及应用1蛇形弹簧联轴器工

22、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。金属弹性元件挠性联轴器第三节 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 离合器特点特点：用于联结启动频繁，在交变载荷下运转的两：用于联结

23、启动频繁，在交变载荷下运转的两根轴。根轴。第三节 联轴器图 10-18 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 联轴器第十章 轴 联轴器 离合器第三节 联轴器图 10-19特点特点：结构简单，弹性好，价廉，减震性能好。：结构简单，弹性好，价廉，减震性能好。 第十章 轴 联轴器 离合器特点特点：结构简单，尺寸较小。：结构简单，尺寸较小。承载能力大，主、从动轴可承载能力大，主、从动轴可同步转动，但接合时有冲击。同步转动，但接合时有冲击。 一般在静止或圆周速度较一般在静止或圆周速度较低情况下结合。低情况下结合。 查阅手册可获得标准设计。查阅手册可获得标准设计。第四节

24、 离合器第十章 轴 联轴器 离合器特点特点：可通过增加摩擦盘直径或轴向压紧力增加传：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。脱开。有安全保护作用。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多盘式摩擦离合器 第十章 轴 联轴器 离合器特点特点：可通过增加摩擦盘数目增加传递的转矩。离：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