精密机械设计基础-r10轴、联轴器、离合器

第十章轴、联轴器、离合器第十章轴联轴器离合器参考文献张策主编，《机械原理与机械设计》（下册），机械工业出版社，2004濮良贵主编，《机械设计》，高等教育出版社，2006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。二、轴的分类1、按载荷和应力的不同，分为三种：心轴——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，不转动心轴受静应力。转轴——既承受弯矩又承受转矩。传动轴——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：直轴——轴的各截面中心在同一直线上。光轴、阶梯轴实心轴、空心轴曲轴——轴的各截面中心不在同一直线上。曲轴通常是专用零件。软轴——轴线可变，把回转运动灵活地传到任何位置。第一节概述第十章轴联轴器离合器三、联轴器和离合器用来联结两根轴，使之一同回转并传递转矩的一种部件。联轴器只有当运动停止后，靠拆卸，才能将轴分开；离合器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：回转精度、强度、刚度、热变形、振动稳定性和结构工艺性。设计内容：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），绘制出轴的零件工作图。轴的设计要与轴承、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10-1）1、选材原则：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、制造工艺性——经济合理。2、常用材料碳素钢——对应力集中敏感性小，价格低廉，常用。45、35、50（调质or正火），Q235、Q275合金钢——较高的力学性能和热处理性能，用于受力较大且尺寸较小、重量轻和耐磨性高的轴。20Cr、40Cr、含Mo合金钢。第二节轴第十章轴联轴器离合器二、轴的结构设计1、轴的结构轴颈——轴上被支承的部位；轴头——安装轮毂的部位；轴身——联结轴颈与轴头的部分。2、轴的结构设计内容1）确定并绘出轴的全部结构和尺寸；2）制定出满足使用要求的技术条件。3、一般应使轴的结构满足如下条件1）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；2）有良好的加工工艺性；3）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零件在轴上的轴向固定第二节轴轴肩、轴环－简单可靠，不需附加零件，承受较大轴向力；但使直径增大，阶梯处产生应力集中。定位面内圆角rRor(C)a=(0.07~0.1)d,b=1.4a第十章轴联轴器离合器第二节轴套筒－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；不宜用于高速转轴；套筒内径与轴的配合较松。螺母－固定可靠，承受较大轴向力，能实现轴上零件的间隙调整；常用于两零件的间距较大除，亦可用于轴端；为减小对轴的强度的消弱，常用细牙螺纹；为防松，须加止动垫圈或使用双螺母。第十章轴联轴器离合器第二节轴轴端挡圈－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。锥面－装拆方便，且可兼作周向定位；宜用于高速、冲击及对中性要求高的场合。第十章轴联轴器离合器第二节轴弹性挡圈－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。紧定螺钉、锁紧挡圈－结构简单，但受力较小，不适于高速场合。第十章轴联轴器离合器零件在轴上的周向固定键联接、销联接、紧定螺钉、过盈联接等第二节轴图8－96图8－98第十章轴联轴器离合器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退刀槽，以保证完整加工。3轴上有多个键槽时，应开在同—直线上，以免加工键槽时多次装夹。4尽可能使轴上各过渡圆角、倒角、键槽、越程槽、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。5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：轴上的螺纹部分直径应符合螺纹标准等。第二节轴第十章轴联轴器离合器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，其轴肩高度常可取0.5～3mm。2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，以便拆卸。第二节轴第十章轴联轴器离合器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㈠按许用切应力计算轴颈已知：轴传递的功率P、转速n639.5510/[]0.2TTTTPnWd6339.5510/0.2[]TPnPdCn（10－1）（10－2）第二节轴㈡按弯曲和扭转复合强度计算轴颈13[]0.1VVbbMMWd310.1[]VbMd（10－3）（10－4）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㈠扭转刚度计算㈡弯曲刚度计算计算法工程－查表法第二节轴66449.5510(/)9.5510(/)(/32)0.1pTLPnLPnLGIGdGdaEIxMdxyd/)(/22第十章轴联轴器离合器联轴器——联结两根轴一同回转，仅在停止时经拆卸才能将二者分离。•联轴器分类：刚性联轴器——用于两轴严格对中，工作中不发生相对偏移的地方。挠性联轴器——用于两轴有相对位移的地方。如果使用弹性元件，则称弹性联轴器。•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、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、刚性联轴器套筒联轴器凸缘联轴器二、挠性联轴器（一）无弹性元件挠性联轴器盘销联轴器十字滑块联轴器单万向节联轴器双万向节联轴器齿轮联轴器链式联轴器（二）有弹性元件挠性联轴器1金属弹性元件挠性联轴器2非金属弹性元件挠性联轴器弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器轮胎式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——联结两根轴一同回转，运动中可随时使二者分离或结合。离合器的分类与典型介绍离合器外力操纵自动操纵机械离合器电磁离合器气压离合器液压离合器啮合式－牙嵌、齿式。摩擦式－单盘、多盘、圆锥、弹簧。超越离合器－牙嵌、滚柱、楔块。离心离合器－闸块、钢珠。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：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）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螺栓第十章轴联轴器离合器特点：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。第三节联轴器第十章轴联轴器离合器图10-12盘销联轴器－允许连接轴的最大轴向位移量要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：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，存在偏心质量，产生离心力，不宜用于高速旋转，效率较低。空回误差较大。第三节联轴器第十章轴联轴器离合器图10-1515特点：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为1。主要用于精度要求不高的传动中。第三节联轴器1－万向接头套2－万向接头环3－球头轴4－销杆第十章轴联轴器离合器特点：用于不对心的两根轴间实现等角速度传动。条件①α1＝α2②中间轴的两端的万向接头环3、5应在同一平面内。第三节联轴器图10-16主动轴中间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：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。第三节联轴器第十章轴联轴器离合器金属弹性元件挠性联轴器序号名称结构图特点及应用1蛇形弹簧联轴器工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。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：用于联结启动频繁，在交变载荷下运转的两根轴。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：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：结构简单，尺寸较小。承载能力大，主、从动轴可同步转动，但接合时有冲击。一般在静止或圆周速度较低情况下结合。查阅手册可获得标准设计。第四节离合器第十章轴联轴器离合器特点：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第十章轴联轴器离合器特点：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，轴向尺寸增加有限，可在高速旋转时结合或脱开。机械、液压、气动、电磁控制方式均有标准化供货。磨损后更换摩擦片即可。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特点：可通过增加摩擦盘直径或调整摩擦盘锥角增加传递的转矩。传递同样转矩情况下比单盘式所需轴向力和径向尺寸均小，可在高速旋转时结合或脱开。第四节离合器摩擦面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特点：（牙嵌式）仅用于静止或低速结合场合。结构紧凑，脱开或结合时，外形上，轴向、径向均无尺寸变化。注意留出电极空间。已有标准件供应。价格较高。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特点：从动轮可以高于或等于主动轮的转速旋转。从手册可查得标准设计。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特点：仅用于传递转矩较小过载时，主动、被动轴自动脱开。负载正常后恢复正常结合。第四节离合器从动盘外套筒弹簧调节螺母主动齿轮'转动方向第十章轴联轴器离合器特点：当主动轴转速达到一定值时，靠离心力与从动轴自动结合。低速旋转时自动脱开。第四节离合器