轴和联轴器的结构与工作原理

1、,做回转运动的传动零件，如图所示减速器示意图中的齿轮、联轴器等，都是安装在轴上，并通过轴实现传动。因此，轴的主要功用就是支承零件并传递运动和动力。,9.1.2 轴的分类,轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。,转轴同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。,心轴只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。,传动轴只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。,传动轴1端接变速器，2端接后桥齿轮系,传动轴,分析火车轮轴属于什么类型？,分析自行车轴属于什么类型？,心轴,火车轮轴,转动心轴,转动轴,曲轴,阶梯轴,光轴,挠性钢丝轴,曲轴,1.轴的设计要求 （1）结构设计要求 轴应具有合理的结构形状和尺寸。 （2）工作能力要求

2、轴应具有足够的疲劳强度，对于某些特殊用途的轴，还应有刚度、振动稳定性等方面的要求,9.1.3 轴设计的要求和步骤,2.轴的设计步骤 为转轴设计程序框图，其他类型轴的设计步骤与此类似，其中结构设计与验算工作能力往往是交叉进行的，也是最重要的两步。,转轴设计程序框图,长期承受交变应力作用下的疲劳破坏是轴的主要失效形式 因此，轴的材料要求具有较好的强度、韧性，与轴上零件有相对滑动的部位还应具有较好的耐磨性 （1）碳素钢 工程中广泛采用35、45、50等优质碳素钢 对于轻载和不重要的轴也可采用Q235、Q255等普通碳素钢 （2）合金钢 常用于高温、高速、重载以及结构要求紧凑的轴，有较高的力学性能，但

3、价格较贵，对应力集中敏感，所以在结构设计时必须尽量减少应力集中. 40Cr 35SiMn （3）球墨铸铁 耐磨、价格低，但可靠性较差，一般用于形状复杂的轴,9.2 轴的材料,轴的结构设计主要取决于轴在机器中的安装位置及形式，轴上零件的定位、固定以及联接方法，轴所承受的载荷，轴的加工工艺以及装配工艺要求等 如果轴的结构设计不合理，可能会影响轴的工作能力，增加轴的制造成本或轴上零件装配的困难。因此轴的结构设计是轴设计中的重要内容,9.3.1 轴的结构及各部分名称,轴颈,与轴承配合的轴段,轴肩,支承传动零件、联轴器等，并与这些零件保持一定的配合的轴段,轴身,联接轴头与轴颈的轴段,轴头,轴环,1.轴上

4、零件的轴向定位、固定和周向固定,轴肩和轴环,(1) 轴向固定 轴上零件的轴向定位主要靠轴肩和轴环或套筒来完成。,为了保证轴上零件靠紧定位面，轴肩处的圆角半径R必须小于零件内孔的圆角R1 或倒角C1 轴肩高度一般取h=（0.070.1）d，轴环宽度b1.4h,9.3.2 轴的结构设计中重点解决的问题,轴上零件的轴向固定就是不允许轴上零件沿轴向窜动。,应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位。轴上间距不大的两零件的轴向定位。与滚动轴承组合时，套筒的厚度不应超过轴承内圈的厚度，以便轴承拆卸。,套筒,圆螺母,特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降,应用：常用于轴

5、的中部和端部,正确,错误,错误,弹性挡圈,特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力。,应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位,轴端压板,应用：用于轴端零件的固定，,特点：可承受剧烈振动和冲击。,紧定螺钉,应用：适用于轴向力很小，转速低的场合,特点：可承受很小的轴向力。,（2） 周向固定,为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，轴上零件的周向固定必须可靠。常用的周向固定方法有键、花键、销和过盈配合等联接。,a)普通平键、导向平键、滑键,b)半圆键,返回,c)楔键,e)花键,2.制造工艺和装配工艺要求 要求是指轴的结构应尽可能便于加工，节约加工成本。,轴的形状要力求简单，阶梯轴的级数应尽可能

6、少，轴上各段的圆角半径、倒角等尺寸应尽可能统一，以利于加工和检验,轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退刀槽,当轴上有多处键槽时，应使各键槽位于轴的同一母线上,为使轴便于装配，轴端应有倒角 、中心孔。,对于阶梯轴常设计成两端小中间大的形状，以便于零件从两端装拆,轴肩高度不能妨碍零件的拆卸,装配段不宜过长。,L = B-(13）mm,保证轴上零件压紧可靠，轴上零件宽度应大于相配轴段长度。,3.标准尺寸要求 轴上的零件多数都是标准零件，如滚动轴承、联轴器、圆螺母等，因此与标准零件配合处的轴段尺寸必须符合标准零件的标准尺寸系列. 4.提高轴的疲劳强度 加大轴肩处的过渡圆角半径和减

7、小轴肩高度，就可以减少应力集中，从而提高轴的疲劳强度。提高轴的表面质量、合理分布载荷等也可以提高轴的疲劳强度,轴系结构改错,四处错误,正确答案,分析下图错误,如图所示，共有6处错误。 （1）轴肩高度超过轴承内圈高度，轴承无法拆卸； （2）键过长，无法装配； （3）轴头长度太长（轮毂长度过短），轮毂定位不准确； （4）套筒高度超过轴承内圈高度，轴承无法拆卸； （5）轴承处直径和右端直径一样，导致装配和加工难度增加; （6）没有密封装置，导致润滑剂流失。,如图所示，共有7处错误。 （1）轴肩高度超过轴承内圈高度，轴承无法拆卸； （2）轴头长度太长（轮毂长度过短），轮毂定位不准确； （3）键过长，无

8、法装配； （4）套筒高度超过轴承内圈高度，轴承无法拆卸； （5）没有退导槽，螺母无法拧紧，轴承定位不可靠； （6）半联轴器没有定位。 （7）轴过长。,轴的设计步骤,1、按扭转强度初步估算最小轴径。 2、轴的结构设计（确定轴各段的直径和长度） 3、按弯扭合成强度校核轴的强度,9.4 轴的工作能力计算,设计如图所示斜齿轮减速器输出轴。已知：输出功率 P=15KW，转速n=280r/min,齿轮直径d=320mm,所受的作用力Ft=3197N,Fr=1200N,Fa=812N.齿轮的轮毂宽度为80mm。,轴的强度验算方法有:按抗扭强度条件估算转轴的最小直径和验算传动轴的强度 按抗弯扭合成强度条件验算

9、转轴的强度。,对于圆截面传动轴，其抗扭强度条件为,9.4.1 按抗扭强度计算,实心轴的直径为：,9.4.2 按抗弯扭合成强度计算 在轴的结构设计完成后，要验算其强度，对于一般钢制的转轴，按第三强度理论校核抗弯扭合成强度.,危险截面强度校核：,建立力学模型:,按弯扭合成的理论进行轴危险截面的强度校核。,通常把轴当作置于铰链支座上的梁,计算步骤,计算步骤,（1）画出轴的空间力系图。将轴上作用力分解为水平面分力和垂直面 分力，并求出水平面和垂直面的支点反力。,（2）分别作出水平面的弯矩图和垂直面上的弯矩图,（3）计算出合成弯矩 绘出合成弯矩图,（4）作出转矩（T）图,（5）计算当量弯矩 ，绘出当量弯

10、矩图,（6）校核危险截面的强度。,（1）安装时，要严格按照轴上零件的先后顺序进行，注意保证安装精度 （2）安装结束后，要严格检查轴在机器中的位置以及轴上零件的位置，并将其调整到最佳工作位置，同时轴承的游隙也要按工作要求进行调整 （3）在工作中，尽量使轴避免承受过量载荷和冲击载荷，并保证润滑，从而保证轴的疲劳强度,9.5 轴的使用与维护,轴若使用不当，没有良好的维护，就会影响其正常工作，甚至产生意外损坏，降低轴的使用寿命。因此，轴的正确使用和良好的维护，对轴的正常工作及保证轴的疲劳寿命有着很重要的意义.,9.5.1 轴的使用,（1）认真检查轴和轴上零件的完好程度，若发现问题应及时维修或更换。轴的

11、维修部位主要是轴颈及轴端 对精度要求较高的轴，在磨损量较小时，可采用电镀法在其配合表面镀上一层硬质合金层，并磨削至规定尺寸精度 对尺寸较大的轴颈和轴端，还可采用热喷涂（或喷焊）进行修复。 （2）认真检查轴以及轴上主要传动零件工作位置的准确性、轴承的游隙变化并及时调整 （3）轴上的传动零件（如齿轮、链轮等）和轴承必须保证良好的润滑,9.5.2 轴的维护,54,2 联轴器和离合器,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。,联轴器联接的两根轴，必须停车后，经拆卸后才能将两轴分开。,离合器联接的两轴，在工作时能很方便的将两轴分离和接合。,两者的区别：,联轴器和离合器均已标准

12、化了，应用时根据需要选用。 类型？型号？, 安全联轴器与离合器-机器工作时，若转矩超过规定值，即可自行断开或打滑， 以保证机器中的主要零件不因过载而损坏；, 特殊功用的联轴器与离合器用于某些特殊要求处，如：在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；,55,一、联轴器所联两轴的相对位移,两轴线的相对位移: 轴向、径向、角度、综合。,制造误差,安装误差,受力变形,56,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，会在结构内引起附加载荷。这类联轴器的结构比较简单。,刚性联轴器,挠性联轴器,无弹性元件挠性联轴器：联轴器具有挠性，可补偿两

13、轴的相对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。,有弹性元件挠性联轴器：因联轴器中装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。弹性元件所能储蓄的能量越多，则联轴器的减振能力越强。这类联轴器的品种多，应用广泛。,对被联接两轴间的各种相对位移有补偿能力，进一步分为：,57,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。,联轴器,刚性 挠性,凸缘联轴器 套筒联轴器 夹壳联轴器,盘销联轴器 滑块联轴器 万向联轴器,弹性套柱销联轴器 弹性圆盘联轴器 金属弹性元件挠性联轴器,二、联轴器的类型、特点及应用,具有缓冲、吸振性；强度低、寿命短。适

14、用于频繁启动、高速及双向运转的场合。,无弹性元件 有弹性元件,58,套筒联轴器,凸缘联轴器,61,夹壳联轴器,滑块联轴器,万向联轴器,65,潘存云教授研制,滚子联轴器,结构：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。,特点：结构简单、尺寸紧凑、质量小、装拆方便、维修容易、成本低廉。,优点：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。,缺点：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。,66,弹性柱销联轴器,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。,弹性套柱销联轴器,弹性圆盘联轴器,潘存云教授研制,圆柱孔,圆锥孔,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。,69,二、 联轴器的选择,1.根据