任务5-2轴间连接和轴毂连接的选择与设计

任务5-2轴间连接和轴毂连接的选择与设计教学要求知识要素：1．键、花键、销联接的类型与应用场合。2．平键联接尺寸选择和强度计算。3．其他联接方式简介。能力要求：1．能根据工作要求正确选择键联接、销联接和其他联接形式。2．能根据工作要求正确设计平键联接。学习重点与难点：教学要求平键联接的设计计算。任务5-2轴间连接和轴毂连接的选择与设计轴间连接工作特点：作用：联轴器和离合器联接主、从动轴，使它们一起回转，并传递转矩。制动器主要用来降低机械的运转速度或迫使机械停止运转。联轴器用于刚性静态联接；而离合器则用于两轴之间的动态联接。二、联轴器分类：挠性联轴器刚性联轴器联轴器凸缘联轴器套筒联轴器联轴器一、联轴器的性能要求两轴线不能严格对中，采用具有补偿一定范围内两轴线相对位移量能力的联轴器。经常带负载启动或工作载荷变化的场合，采用具有一定缓冲、减振作用的弹性元件的联轴器。安全、可靠，有足够的强度和使用寿命。无弹性元件有弹性元件滑块联轴器万向联轴器弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器设计：潘存云设计：潘存云三、常用联轴器的结构和特点结构：半联轴器通过键与轴相联，用螺栓将两个半联轴器的凸缘联接在一起。普通凸缘联轴器绞制孔螺栓

型式：有对中榫的凸缘联轴器普通凸缘联轴器—靠铰制孔螺栓对中—靠榫头对中普通螺栓

对中榫

1.凸缘联轴器设计：潘存云制造与安装要求：半联轴器的凸缘端面应与轴线垂直，安装时应使两轴精确对中。90˚材料：一般用铸铁、当重载或V≥30m/s时，用铸钢或锻钢。特点：结构简单、使用方便、传递扭矩较大，但不能缓冲减振。应用：用于载荷较平稳的两轴联接。设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云yxα

两轴线的相对位移:

轴向、径向、角度、综合。

2.滑块联轴器联接特点：构成动联接，具有一个或几个方向的活动度。能补偿两轴的相对位移。α

xy轴向设计：潘存云结构：两个端面开有径向凹槽的半联轴器，两端各具有凸榫的中间滑块，且两端榫头互相垂直，嵌入凹槽中，构成移动副。工作原理：当两轴存在不对中和偏斜时，滑块将在凹槽内滑动。优缺点：结构简单、制造容易。滑块因偏心产生离心力和磨损，并给轴和轴承带来附加动载荷。适用范围：α≤30’,y≤0.04d，v≤300r/minα

y设计：潘存云设计：潘存云3.万向联轴器作用：用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且在传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。应用：广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。单万向联轴器α设计：潘存云设计：潘存云vA1=rω1结构特点：两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链与中间的“十字形”构件相联，“十字形”构件的中心位于两轴交点处，运动分析：αα两轴平均传动比为1，但瞬时传动比是动态变化的。在图示位置I,以轴1为参考系，对A点有以轴2为参考系，对A点有Aω'2Aαω1Brr’vA2=r’ω’2=rcosαω’2显然有

vA1=vA2

α=0~45˚轴间角为单万向联轴器设计：潘存云r”其它位置代入得

ααω1BBAω"2在图示位置II,以轴2为参考系，对B点有

vB2=rω”2以轴1为参考系，对B点有

vB1=r”ω1=ω1rcosα同样有

vB1=vB2

r代入得

ω’’2=ω1cosαω’2〉ω1

ω”2<ω1ω1cosαω1cosα≤ω2≤ω1=cosαω’2

设计：潘存云设计：潘存云双万向联轴器将两个单万向铰链机构串联使用，构成双万向联轴器。安装要求

①主动、从动、中间三轴共面；②主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹角应相等；③中间轴两端的叉面应在同一平面内。ααC2αα121C设计：潘存云设计：潘存云小型双万向联轴器AAA--AAAααAAαα模型演示结构如图所示，通常采用合金钢制造。设计：潘存云设计：潘存云4.弹性套柱销联轴器结构特点：外观与凸缘联轴器相似，用带橡胶弹性套的柱销联接两个半联轴器。预留安装空间以便与更换橡胶套

A预留间隙以补偿轴向位移。c圆柱孔圆锥孔设计：潘存云5.弹性柱销联轴器结构：用尼龙制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔中。尼龙销挡板cc销与挡板之间留有间隙结构简单、更换柱销方便。特点：上述两种联轴器的动力通过弹性元件传递，缓和冲击、吸收振动。应用：适用于正反向变化多，启动频繁的高速轴。适用范围：-12˚≤t≤60˚v≤8000r/min

能补偿较大的轴向位移，并允许微量的径向位移和角位移。联轴器、离合器大都已经标准化了，可直接选用。工作条件

选类型转矩转速轴径

确定型号与规格计算转矩：Tc=KTKA为工作情况系数T为名义转矩

工作情况系数K工作机原动机为电动机时带式运输机、鼓风机、连续运转的金属切削机床1.25~1.5链式运输机、刮板运输机、螺旋运输机、离心泵、木工机械1.5~2.0往复运动的金属切削机床1.5~2.0往复式泵、往复式压缩机、球磨机、破碎机、冲剪机2.0~3.0起重机、轧钢机、升降机3.0~4.0四、联轴器的选择离合器离合器一、离合器性能要求工作可靠，接合、分离迅速平稳，操纵灵活、省力，调节和维修方便，外形尺寸小，重量轻；对摩擦式离合器，要求其耐磨性好并具有良好的散热能力。二、离合器的分类按两轴接合分离过程分操纵离合器自动离合器按离合器工作原理分牙嵌式离合器摩擦式离合器三、常用离合器的结构和特点结构：由端面带牙的固定套筒、活动套筒、对中环组成。固定套筒活动套筒滑环对中环工作原理：利用操纵杆移动滑环，实现两套筒的结合与分离。1.牙嵌用离合器牙型30˚~40˚2˚~8˚2˚~8˚60˚三角形梯形锯齿形—传递中小转矩、牙数为16~60—传递较大转矩、牙数为3~15梯形牙可以补偿磨损后的牙侧间隙。锯齿形只能单向工作。制造要求：各牙应精确等分，以使载荷均匀分布。特点：结构简单、外廓尺寸小、能传递较大的转矩。材料：低碳合金钢：20Cr、20MnB。渗碳淬火后牙面硬度：56~62HRC;中碳合金钢：40Cr、45MnB。表面淬火后牙面硬度：48~58HRC;承载能力：取决于齿根的弯曲强度:hKATzWD0σb=≤[σb]

2KATzD0ah

p=≤[p]

W-齿根弯曲截面系数；D0-牙平均直径；a-牙的宽度。D0ah式中：h为牙齿高度；z为牙齿数；设计：潘存云1232.圆盘摩擦离合器摩擦扭矩:Tmax=FafRf结构：由固定圆盘1、活动圆盘2、滑环组成。工作原理：移动滑环，可实现两圆盘的结合与分离，靠摩擦力带动从动轴转动。缺点：结合过程中不可避免出现打滑，引起磨损和发热；2.过载时打滑，起保护作用；3.结合平稳、冲击和振动小。优点：

1.在任何转速条件下两轴都可以进行结合；Fa213FaRf单片式圆盘摩擦离合器主动摩擦片杠杆滑环工作原理：移动滑环，通过杠杆作用，压紧或放松磨擦片，来实现两轴的结合与分离。调整螺母被动摩擦片多片式圆盘摩擦离合器结构特点：多个摩擦片叠加在一起；摩擦片材料：淬火钢片、压制石棉片。摩擦片数量z↑

传递扭矩T↑但z过大将使各层间压力不均匀，一般取:z=12~15摩擦扭矩:Tmax=zFafRfzFaf(D1+D2)=4≥KA

T4Fap=π(D1

+D2)表面压强:≤[p]D1D2

有润滑剂无润滑剂[p]/MPa

常用摩擦片材料的f和[p]

摩擦片材料

f圆盘摩擦离合器铸铁—铸铁或钢0.05~0.060.15~0.20.25~0.30淬火钢—淬火钢0.05~0.060.180.6~0.8青铜—钢或铸铁0.080.17~0.180.4~0.5压制石棉—钢或铸铁

0.120.3~0.50.20~0.30对于频繁启动的离合器，可将表中[p]降低15~30%。类型

反应敏捷，但摩擦片易磨损。油式磨擦离合器干式磨擦离合器

磨损轻微、寿命长、并能在繁重的条件下运转。磁粉材料：铁钴镍、铁钴钒等合金粉，加入少量二硫化钼。形状为球形或椭球形，颗粒直径为：20~70μm。优点：1）励磁电流I与转矩T呈线性关系、转矩调节简单而且精确，调节范围宽。2)可用作恒张力控制，是造纸机、纺织机、印刷机、绕线机等的理想装置。3)若将主动件固定，则可作制动器使用。缺点：相对而言比较笨重。4)操纵方便、离合平稳、工作可靠。设计：潘存云当外环反向转动时，则带动滚柱克服弹簧力而滚到楔形空间的宽敞位置，离合器处于分离状态。结构：由星轮、外环、滚柱、弹簧推杆等零件组成。工作原理：当外环逆时钟转动时，以摩擦力带动滚柱向前滚动，进一步楔紧内外接触面，从而驱动星轮一起旋转。3.滚柱超越离合器滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态。设计：潘存云制动器结构：由瓦块、制动轮等零件组成。工作原理：通电松开，断电后靠弹簧拉力实现制动。

作用：降低机械运转速度或停止运转的装置。应用：车辆、起重机械等。一、外抱块式制动器设计：潘存云DhH制动力矩的计算：FF弹簧力FNFN制动反力FN=0.95FH/h0.95---摩擦损耗的系数

杠杆连接处制动力矩：T=FN

fD瓦块材料：铸铁、或铸铁表面复以皮革或石棉带。瓦块制动器已经规范化，可根据所需的制动力矩选型。二、内涨蹄式制动器内涨蹄式制动器结构紧凑，散热条件、密封性和刚性均好，广泛用于各种车辆及结构尺寸受限的机械上设计：潘存云abaF特点：结构简单、紧凑。三、带式制动器FωF工作原理：在外力的作用下，闸带收紧抱住制动轮实现制动。计算：

Ft=D2T圆周力Ft=F1–F2

拉力F1=F2efα由欧拉公式得设计：潘存云FabaF1F2ωαα—闸带的包角；F2=efα-1Ft

=D2T1efα-1aF=(F2+F1)a+b=Da+befα-12Taefα+1制动力为了增加摩擦，钢带复以石棉或夹铁纱帆布。设计：潘存云键联接和花键联接作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，或实现零件的轴向固定或移动。一、键联接的类型、特点及应用类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。（一）平键联接工作面特点：定心好、装拆方便。种类普通平键导向平键间隙轴滑键设计：潘存云结构单圆头(C型)圆头(A型)方头(B型)用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大用盘铣刀加工，轴的应力集中小用于轴端普通平键应用最广。A型B型C型盘铣刀

1.普通平键普通平键和键槽尺寸（GB1095-2003、GB1096-2003）A型B型C型bhR=b/2C×45˚或r1LLLbhbt1d-t1bt2d+t2标记实例：圆头普通平键(A型):键16×100GB1096-2003方头普通平键(B型):键B16×100GB1096-2003单圆头普通平键(C型):键C16×100GB1096-2003ddbhC或rLtt1

半径r

键的尺寸键槽轴的直径自6~8226~201.21〉8~10330.16~0.256~361.81.40.08~0.16

〉10~12448~452.51.8〉12~175510~563.02.3〉17~22660.25~0.414~703.52.80.16~0.25〉22~308718~904.03.3〉30~3810822~1105.03.3〉38~4412828~1405.03.3〉44~501490.4~0.636~1605.53.80.25~0.4〉50~58161045~1806.04.3〉58~65181150~2007.04.4〉65~75201256~2207.54.9〉75~85221463~2509.05.40.6~0.8

0.4~0.6普通平键和键槽尺寸（GB1095-2003、GB1096-2003）设计：潘存云起键螺孔2.导向平键和滑键固定螺钉零件可以在轴上移动，构成动联接。结构特点：长度较长，需用螺钉固定。为便于装拆，制有起键螺孔。起键螺孔固定螺钉导向平键滑键轮毂带动滑键在轴槽中做轴向移动。构成动联接。结构特点：滑移距离较长，滑键固定在轮毂上。设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云（二）半圆键联接优点：定心好，装配方便。缺点：对轴的削弱较大，只适用于轻载联接。特别适用于锥形轴端的联接。工作面设计：潘存云（三）楔键联接结构特点：键的上表面有1:100的斜度，轮毂槽的底面也有1:100的斜度。缺点：定心精度不高。应用：只能应用于定心精度不高，载荷平稳和低速的联接。安装时用力打入工作面设计：潘存云设计：潘存云dd类型：普通楔键、钩头楔键。拆卸空间斜度1：100120˚~130˚

在重型机械中常采用切向键——一对楔键组成。窄面工作面设计：潘存云设计：潘存云bA型d二、平键联接的强度校核键的材料：σB≥370Mpa的碳素钢，常用45钢。键的截面尺寸b、h查表选取，长度L参照轮毂长度从标准中选取。键的主要失效形式：压溃、磨损(动联接)、剪断。Lbh/2挤压强度条件：σp=SFt(d/2)(h/2)lT=≤[σp

]MPa

dhl4T=l=L-bl=LbB型ld≤[p

]dhl4Tp=对于导向平键联接，计算依据是磨损，应限制压强：钢125~150100~12060~90

键联接的许用压强许用值轮毂材料静载荷轻微冲击冲击载荷性质铸铁70~8050~6030~45钢504030[p][σp

]若强度不时，可采用两个键按180˚布置。考虑到载荷分布的不均匀性，校核强度时按1.5个键计算。设计：潘存云设计：潘存云