1、第十章 軸、聯(lián)軸器、離合器 第一節(jié)概述 第二節(jié)軸 第三節(jié)聯(lián)軸器 第四節(jié)離合器第一節(jié)概述 一 軸的分類： 1 載荷、應(yīng)力： 心軸:只受彎矩不受轉(zhuǎn)矩 鍵聯(lián)接：隨回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動，圖10-1a；受變應(yīng)力 間隙配合：不隨回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動，圖10-1b；受靜應(yīng)力 轉(zhuǎn)軸：受彎矩又受轉(zhuǎn)矩，圖10-2 傳動軸：只受轉(zhuǎn)矩或主要受轉(zhuǎn)矩心軸:只受彎矩不受轉(zhuǎn)矩 鍵聯(lián)接：隨回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動，圖10-1a；受變應(yīng)力 間隙配合：不隨回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動，圖10-1b；受靜應(yīng)力轉(zhuǎn)軸：受彎矩又受轉(zhuǎn)矩，圖10-2 2 軸的中心線形狀： 直軸：空心軸、實心軸 光軸：加工容易 階梯軸：強度接近、便于安裝、定位 曲軸 鋼絲軟軸直軸： 空心軸、實心軸 光軸：加工容

2、易 階梯軸：強度接近、便于安裝、定位空心軸曲軸:專用零件鋼絲軟軸 用于受連續(xù)振動的場合 具有緩和沖擊的作用 共同點： 聯(lián)接兩軸、與之回轉(zhuǎn)、傳遞轉(zhuǎn)矩 區(qū)別 ： 分離方式， 聯(lián)軸器: 停止 離合器: 運動二、聯(lián)軸器、離合器第二節(jié)軸 軸的設(shè)計包括： 選定軸的材料、確定結(jié)構(gòu) 計算強度、剛度， 對于高速軸要計算其振動穩(wěn)定性 繪制軸的零件圖一軸的材料、選擇 一）選材依據(jù)： 1軸的工作能力、實現(xiàn)其能力的熱處理方式 強度、剛度、振動穩(wěn)定性、耐磨性 2考慮其制造工藝等問題二）軸的材料：碳素鋼、合金鋼 碳素鋼： 對應(yīng)力集中敏感性小、價格低廉，應(yīng)用廣泛 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：35、45、50鋼， 45鋼最常用。 熱處理：

3、調(diào)質(zhì)或正火處理 不重要的或受力較小的傳動軸： q235、q275等普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 合金鋼：較高的力學(xué)性能、熱處理性能 應(yīng)用： 受力較大并要求尺寸小、重量輕或耐磨性較高的重要軸 常用：20cr、40cr 當(dāng)溫度超過300c時，用含mo的合金鋼 受力較小而耐磨性高的軸： 為保證其硬度，用t8a、t10a等碳素工具鋼 防磁：黃銅、青銅作軸 防腐：2cr13、4cr13等不銹鋼二軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的組成： 軸頸 軸頭 軸身 軸的組成：軸頸、軸頭、軸身 軸頸：軸上被支承的部分 軸頭：安裝輪轂部分 軸身：聯(lián)接軸頸和軸頭的部分 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求： 1 軸和裝在軸上零件要有準(zhǔn)確的軸向工作位置， 并便于裝拆、調(diào)整

4、； 2 軸應(yīng)有良好的加工工藝性一）軸的外形結(jié)構(gòu) 圖10-3a一級圓柱齒輪減速器簡圖 圖10-3b減速器軸的外形圖 在滿足工作要求的前提下，軸的外形結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單 加工方便、熱處理時不易變形、并能減少應(yīng)力集中有利于提高軸的疲勞強度圖10-3a一級圓柱齒輪減速器簡圖圖10-3b減速器軸的外形圖二）零件在軸上的固定方法：軸向、周向 軸向固定： 軸肩、軸環(huán)、擋環(huán)、螺母、套筒 軸肩：定位面、內(nèi)圓角r， r軸倒角c or 外圓角r 軸環(huán)：a=(0.070.1)d , b=1.4a軸向固定：軸強度_降低軸過盈配合處的應(yīng)力集中軸強度_降低軸過盈配合處的應(yīng)力集中 周向固定：平鍵、半圓鍵 銷聯(lián)接、緊定螺釘聯(lián)接、

5、壓合聯(lián)接軸的設(shè)計首先進(jìn)行強度設(shè)計 三軸的強度計算 一）按許用切應(yīng)力計算軸徑 校驗公式 tttd.n/p.wt362010559 設(shè)計公式3362010559npc.n/p.dt二）按彎曲和扭轉(zhuǎn)復(fù)合強度計算軸徑 軸的空間受力簡圖 彎矩m圖 彎矩m圖 合成彎矩m圖 轉(zhuǎn)矩t圖 當(dāng)量彎矩mv圖 計算軸徑d式(10-4)3110bv.md 軸的危險截面， 鍵槽削弱軸的強度需增大軸徑 鍵槽：個軸徑增大4%， 個，180。軸徑增大10軸的設(shè)計步驟： 1)形狀不復(fù)雜的軸： 2)主要傳遞轉(zhuǎn)矩(不受彎矩或彎矩很小)的傳動軸： 3)傳遞轉(zhuǎn)矩、受彎矩的轉(zhuǎn)軸：1)形狀不復(fù)雜的軸：直接設(shè)計 從已知條件出發(fā) 傳動輪的輪體-

6、軸頭尺寸 軸承工作條件-軸頸尺寸 直接結(jié)構(gòu)設(shè)計 必要的校核計算 軸的布置簡圖-軸的零件工作圖2)主要傳遞轉(zhuǎn)矩(不受彎矩或彎矩很小)的傳動軸： 許用切應(yīng)力-計算軸頸 軸的結(jié)構(gòu)化 軸的最終形狀和尺寸3)傳遞轉(zhuǎn)矩、受彎矩的轉(zhuǎn)軸： 彎矩與軸的具體結(jié)構(gòu)有關(guān) 彎矩大小、分布 與軸上個零件的軸向位置及支承跨距的有關(guān) 取決于軸頸尺寸的大小 軸頸尺寸未定時，軸上的彎矩?zé)o法確定 轉(zhuǎn)矩：許用切應(yīng)力估算軸徑 傳遞的轉(zhuǎn)矩 許用切應(yīng)力-軸的直徑 估算出軸徑，軸的結(jié)構(gòu)化設(shè)計 根據(jù)需要彎扭復(fù)合強度計算 軸的最終形狀和尺寸-軸的零件圖四軸的剛度計算 目的：軸的變形 載荷作用下-軸的彎扭變形 軸上零件的正常工作和傳動精度 高速軸

7、剛度不足-共振 一)軸的扭轉(zhuǎn)剛度計算 相對轉(zhuǎn)角461010559gd.l)np(.gitlp 二)軸的彎曲剛度計算 彎曲變形：撓度、轉(zhuǎn)角 工程：查表法提高軸的強度的方法 從上降低應(yīng)力集中的影響 盡可能不在軸的受載區(qū)段切制螺紋 可能時適當(dāng)放松零件與軸的配合 采用能強化材料機械性能的提高材料的疲勞強度 減小配合表面及圓角處的加工粗糙度 對零件進(jìn)行表面淬火、氮化、氰化、滲碳處理 對零件表面進(jìn)行噴丸硬化、滾壓加工 改用或 高強度材料對應(yīng)力集中的敏感性較高 采用高強度材料時，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)設(shè)計及表面粗糙度要求，不要形成較大的應(yīng)力集中第三節(jié)聯(lián)軸器 分類： 剛性： 兩軸能嚴(yán)格對中且工作中不發(fā)生相對位移 撓性：兩

8、軸有相對位移 撓性聯(lián)軸器：兩軸有相對位移 無彈性元件 彈性聯(lián)軸器金屬彈性元件非金屬彈性元件 基本要求： 剛性聯(lián)軸器： 載荷平穩(wěn)、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、同軸度好、無相對位移 無彈性元件的撓性聯(lián)軸器： 有相對位移 彈性聯(lián)軸器(緩沖、減振)： 同軸度不易保證，載荷、轉(zhuǎn)速變化較大的場合 其他要求： 裝拆方便 尺寸較小 質(zhì)量較輕 維護(hù)方便選用： 安裝位置： 聯(lián)軸器的安裝位置盡量靠近軸承 聯(lián)軸器類型：部分標(biāo)準(zhǔn)化 設(shè)計步驟： 根據(jù)工作要求確定聯(lián)軸器型號 軸徑、計算轉(zhuǎn)矩、工作轉(zhuǎn)速、位移量、工作溫度 重要場合，個別關(guān)鍵零件-必要的驗算 聯(lián)軸器、離合器的計算轉(zhuǎn)矩tj t：工作轉(zhuǎn)矩 tn：許用名義轉(zhuǎn)矩，手冊 k：載荷系數(shù) 剛性

9、、無彈性元件的撓性聯(lián)軸器：大些 彈性聯(lián)軸器：小些 摩擦離合器：中間值 安全離合器：小些njtktt一剛性聯(lián)軸器 一)凸緣聯(lián)軸器 結(jié)構(gòu)： 2絞制孔、受剪螺栓對中： 兩軸分離時，裝卸方便 1凸肩、凹槽嵌合對中 兩軸分離時需移動軸 型式：(對中方法) 材料： 中等以下載荷，35m/s，中等強度的鑄鐵 重載，75m/s，鑄鋼、鍛鋼 型式：(對中方法) 1凸肩、凹槽嵌合對中： 2絞制孔、受剪螺栓對中： 兩軸分離時，裝卸方便 要求： 制造時，準(zhǔn)確保持半聯(lián)軸器的凸緣端面與孔的軸線垂直 安裝時，使兩軸精確對中 特點： 對中精度可靠 傳遞轉(zhuǎn)矩較大，但不能緩沖減振 要求兩軸同軸度好 結(jié)構(gòu)簡單、使用方便 應(yīng)用： 用

10、于載荷平穩(wěn)的聯(lián)接1.凸肩、凹槽嵌合對中： 制造簡便、價格較低 六角螺栓，與螺栓孔間有少量間隙 校核螺栓的尺寸 螺栓預(yù)緊力 4kt/ (d+d1)zf 特點： 制造較簡便，價格較低2.絞制孔、受剪螺栓對中： 孔、螺栓的配合：h7/k6、h7/js6 校核螺栓的尺寸 螺栓剪力 f02kt/(d0z) 特點： 能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩二)套筒聯(lián)軸器鍵聯(lián)接銷釘聯(lián)接緊定螺釘：傳遞力矩較小過盈配合套筒的彈性力 直徑相同或不同 不同聯(lián)接方式 剪切銷安全聯(lián)軸器： 銷釘材料：45鋼淬火或高碳工具鋼 缺點：精度不高 銷釘剪斷，需停車才能更換 優(yōu)點：構(gòu)造簡單 應(yīng)用于：很少過載的機器剛性聯(lián)軸器總結(jié)： 主要優(yōu)點： 構(gòu)造簡便、價

11、格較低 缺點： 1無法補償兩軸之間的傾斜、位移，對兩軸對中性要求較高 2聯(lián)軸器中均為剛性零件，缺乏緩沖、吸振的能力 當(dāng)兩軸之間的傾斜、位移無法避免時，出現(xiàn)附加應(yīng)力，工作情況惡化二撓性聯(lián)軸器 補償兩軸之間的傾斜、位移的方法 無彈性元件撓性聯(lián)軸器 利用聯(lián)軸器工作零件之間構(gòu)成的動聯(lián)接具有某一個或幾個方向的活動度 彈性聯(lián)軸器 利用聯(lián)軸器彈性元件的變形來補償一) 無彈性元件撓性聯(lián)軸器 1.盤銷聯(lián)軸器： 允許兩軸有軸向位移， 軸向位移量 (兩盤最大間隙，0.81.5mm)一) 無彈性元件撓性聯(lián)軸器 空回誤差 =s/r(rad)=s/r3438 s-銷釘與槽的間隙 r-銷釘軸線與被聯(lián)接軸線的距離 銷釘與槽的

12、配合：h7/h6 或h8/h7傳動誤差: 兩軸線徑向位移e 引起的傳動誤差=1-2 sin/ sin2=e/r r-銷釘軸線與主動軸線的距離 arcsin(sin2e/r) 傳動誤差-正弦規(guī)律 |maxarcsin(e/r) 減小，應(yīng)減小e，增大r2.滑塊聯(lián)軸器： 主要用于聯(lián)接徑向位移或角位移很小的兩軸 兩軸偏心距e 圓盤兩榫-半聯(lián)軸器的凹槽：相對移動 榫-槽：相對移動 - 榫-槽的工作面需要加潤滑劑 圓盤中心- e/2-圓周運動 離心力正壓力加劇磨損軸和軸承附加動載荷 減小離心力中間圓盤制成空心， 內(nèi)徑0.7外徑，e0.04d(軸徑) 低速 不超過300r/min 軸的剛度較大，且無強烈沖擊

13、 延長使用壽命榫與槽的摩擦表面需淬硬至55hrc，并適當(dāng)潤滑 允許的徑向位移0.04d， 允許的角位移30 聯(lián)接部分的間隙引起空回誤差，榫與槽的配合：h7/h6 3.萬向聯(lián)軸器： 單、雙萬向聯(lián)軸器 1) 單萬向聯(lián)軸器:相交軸 結(jié)構(gòu)簡單，最大轉(zhuǎn)角15度 聯(lián)接兩交叉軸 不能傳遞等角位移 tg2= tg1 cos 瞬時傳動比不恒定 平均傳動比不恒定 用于精度不高的傳動2) 雙萬向聯(lián)軸器: 實現(xiàn)等角位移傳動的兩個條件： (1) 12 (2)中間軸兩端的萬向接頭環(huán)3、5應(yīng)在同一平面內(nèi) 傳動誤差 精度要求不高時，傳動誤差無須計算 精度要求較高時，不能忽略 傳動角誤差： 若1= 2， =0，主從軸絕對平行，

14、 沒有傳動誤差 實際上， 0， 傳動角誤差 ：按正弦規(guī)律變化 空回誤差，： ，(s1+s2+2s3)/r12221sintg221tgmax 特點： 結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便 應(yīng)用： 組合機床、汽車、拖拉機等傳動系統(tǒng) 小型萬向聯(lián)軸器： 按標(biāo)準(zhǔn)選用 采用合金鋼二) 有彈性元件撓性聯(lián)軸器(彈性聯(lián)軸器) 彈性元件： 補償兩軸位移、偏斜 緩沖、吸振 儲存能量緩沖， 彈性滯后性能消振 應(yīng)用： 頻繁啟動、變載荷、高速、經(jīng)常反向、兩軸不便于嚴(yán)格對中 彈性聯(lián)軸器： 減小軸的扭轉(zhuǎn)振動 改變傳動系統(tǒng)的自振頻率 1 金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器 2非金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器 1 金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器 性能：良好的補償兩軸位移、

15、偏斜能力， 一定的緩沖、吸振能力 2 非金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器 優(yōu)點： 1、彈性滯后性能，具有一定的消振能力 2、單位重量儲存能量多，緩沖性能好。 3、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜 缺點： 強度低 尺寸大 壽命短(1) 彈性套柱銷聯(lián)軸器 構(gòu)造 與凸緣聯(lián)軸器類似， 彈性套柱銷聯(lián)接螺栓 材料：半聯(lián)軸器鑄鐵，35鍛鋼 柱銷35鋼，正火處理 彈性套天然橡膠或合成橡膠 擋圈q235鋼 應(yīng)用： 頻繁啟動、變載荷 工作環(huán)境 溫度：20+50。c， 無油質(zhì)及其他有害于橡膠的介質(zhì)與聯(lián)軸器接觸 間隙c: 以便兩軸作少量的軸向移動 允許的最大位移量： 軸向 27.5mm 徑向 0.20.7mm 角度130 30 外徑的最大圓

16、周速度=30m/s驗算公式 彈性套柱銷聯(lián)軸器 彈性套單位面積上的壓力(載荷均布在80的彈性套上) 柱銷的彎曲強度 pzl ddkt.zl dd.ktp0052280bbzddktl.z.dkt300512802(2) 彈性圓盤聯(lián)軸器 材料： 非金屬材料，皮革、橡膠、夾布膠木 彈性圓盤的彈性， 吸收有害的振動、沖擊 允許兩軸作微量的徑向移動、 少量的軸向移動第四節(jié)離合器 基本要求 接合迅速、分離徹底、動作準(zhǔn)確可靠、平穩(wěn)無沖擊 結(jié)構(gòu)簡單、制造調(diào)整維修方便 強度高、散熱好適用壽命長 重量輕尺寸小一、牙嵌離合器 1半離合器 2半離合器 3導(dǎo)向環(huán) 4撥叉 牙嵌離合器的承載能力 主要取決于牙根的彎曲強度牙

17、型：矩形、梯形、鋸齒形 矩形牙： 不便于接合，齒根強度低 傳遞載荷時，牙與牙之間無軸向力，分離比較困難 梯形牙： 強度較高，能傳遞較大載荷 能自行補償牙的磨損和牙側(cè)間隙，避免載荷和速度變化時因間隙而產(chǎn)生沖擊，應(yīng)用廣泛 鋸齒形： 強度最高 若利用傾角大的一面工作，會因牙與牙之間很大的軸向力迫使離合器分離 矩形、梯形牙： 傳遞雙向轉(zhuǎn)矩 鋸齒形： 傳遞單向轉(zhuǎn)矩 低速，用三角形： 開合比較容易 ，牙形角為30度 牙數(shù)：360 要求傳遞轉(zhuǎn)矩越大，選用牙數(shù)越少 要求接合時間越短，選用牙數(shù)越多； 但牙數(shù)多時，各牙分擔(dān)的載荷越不均勻 三角形牙： 傳遞中、小轉(zhuǎn)矩 牙數(shù)為1560 梯形牙、鋸齒形： 傳遞中、小轉(zhuǎn)矩 牙數(shù)為315 各牙應(yīng)精確等分，以使載荷均布 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、尺寸較小、傳動精確 缺點：結(jié)合速度較低 用于兩軸不回轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速差很小時的接合，否則牙齒可能會因為受撞擊而折斷 性能要求：