軸和聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)與工作原理

1、,做回轉(zhuǎn)運動的傳動零件，如圖所示減速器示意圖中的齒輪、聯(lián)軸器等，都是安裝在軸上，并通過軸實現(xiàn)傳動。因此，軸的主要功用就是支承零件并傳遞運動和動力。,9.1.2 軸的分類,軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運動和動力。,轉(zhuǎn)軸同時承受彎矩和扭矩的軸，如減速器的軸。,心軸只承受彎矩的軸，如火車車輪軸。,傳動軸只承受扭矩的軸，如汽車的傳動軸。,傳動軸1端接變速器，2端接后橋齒輪系,傳動軸,分析火車輪軸屬于什么類型？,分析自行車軸屬于什么類型？,心軸,火車輪軸,轉(zhuǎn)動心軸,轉(zhuǎn)動軸,曲軸,階梯軸,光軸,撓性鋼絲軸,曲軸,1.軸的設(shè)計要求 （1）結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 軸應(yīng)具有合理的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。 （2）工作能力要求

2、軸應(yīng)具有足夠的疲勞強度，對于某些特殊用途的軸，還應(yīng)有剛度、振動穩(wěn)定性等方面的要求,9.1.3 軸設(shè)計的要求和步驟,2.軸的設(shè)計步驟 為轉(zhuǎn)軸設(shè)計程序框圖，其他類型軸的設(shè)計步驟與此類似，其中結(jié)構(gòu)設(shè)計與驗算工作能力往往是交叉進行的，也是最重要的兩步。,轉(zhuǎn)軸設(shè)計程序框圖,長期承受交變應(yīng)力作用下的疲勞破壞是軸的主要失效形式 因此，軸的材料要求具有較好的強度、韌性，與軸上零件有相對滑動的部位還應(yīng)具有較好的耐磨性 （1）碳素鋼 工程中廣泛采用35、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素鋼 對于輕載和不重要的軸也可采用Q235、Q255等普通碳素鋼 （2）合金鋼 常用于高溫、高速、重載以及結(jié)構(gòu)要求緊湊的軸，有較高的力學(xué)性能，但

3、價格較貴，對應(yīng)力集中敏感，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須盡量減少應(yīng)力集中. 40Cr 35SiMn （3）球墨鑄鐵 耐磨、價格低，但可靠性較差，一般用于形狀復(fù)雜的軸,9.2 軸的材料,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要取決于軸在機器中的安裝位置及形式，軸上零件的定位、固定以及聯(lián)接方法，軸所承受的載荷，軸的加工工藝以及裝配工藝要求等 如果軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，可能會影響軸的工作能力，增加軸的制造成本或軸上零件裝配的困難。因此軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是軸設(shè)計中的重要內(nèi)容,9.3.1 軸的結(jié)構(gòu)及各部分名稱,軸頸,與軸承配合的軸段,軸肩,支承傳動零件、聯(lián)軸器等，并與這些零件保持一定的配合的軸段,軸身,聯(lián)接軸頭與軸頸的軸段,軸頭,軸環(huán),1.軸上

4、零件的軸向定位、固定和周向固定,軸肩和軸環(huán),(1) 軸向固定 軸上零件的軸向定位主要靠軸肩和軸環(huán)或套筒來完成。,為了保證軸上零件靠緊定位面，軸肩處的圓角半徑R必須小于零件內(nèi)孔的圓角R1 或倒角C1 軸肩高度一般取h=（0.070.1）d，軸環(huán)寬度b1.4h,9.3.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計中重點解決的問題,軸上零件的軸向固定就是不允許軸上零件沿軸向竄動。,應(yīng)用：齒輪、帶輪、聯(lián)軸器、軸承等的軸向定位。軸上間距不大的兩零件的軸向定位。與滾動軸承組合時，套筒的厚度不應(yīng)超過軸承內(nèi)圈的厚度，以便軸承拆卸。,套筒,圓螺母,特點：定位可靠，裝拆方便，可承受較大的軸向力 由于切制螺紋使軸的疲勞強度下降,應(yīng)用：常用于軸

5、的中部和端部,正確,錯誤,錯誤,彈性擋圈,特點：結(jié)構(gòu)簡單緊湊，只能承受很小的軸向力。,應(yīng)用：常用于固定滾動軸承等的軸向定位,軸端壓板,應(yīng)用：用于軸端零件的固定，,特點：可承受劇烈振動和沖擊。,緊定螺釘,應(yīng)用：適用于軸向力很小，轉(zhuǎn)速低的場合,特點：可承受很小的軸向力。,（2） 周向固定,為了傳遞運動和轉(zhuǎn)矩，防止軸上零件與軸作相對轉(zhuǎn)動，軸上零件的周向固定必須可靠。常用的周向固定方法有鍵、花鍵、銷和過盈配合等聯(lián)接。,a)普通平鍵、導(dǎo)向平鍵、滑鍵,b)半圓鍵,返回,c)楔鍵,e)花鍵,2.制造工藝和裝配工藝要求 要求是指軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能便于加工，節(jié)約加工成本。,軸的形狀要力求簡單，階梯軸的級數(shù)應(yīng)盡可能

6、少，軸上各段的圓角半徑、倒角等尺寸應(yīng)盡可能統(tǒng)一，以利于加工和檢驗,軸上需磨削的軸段應(yīng)設(shè)計出砂輪越程槽，需車制螺紋的軸段應(yīng)有退刀槽,當軸上有多處鍵槽時，應(yīng)使各鍵槽位于軸的同一母線上,為使軸便于裝配，軸端應(yīng)有倒角 、中心孔。,對于階梯軸常設(shè)計成兩端小中間大的形狀，以便于零件從兩端裝拆,軸肩高度不能妨礙零件的拆卸,裝配段不宜過長。,L = B-(13）mm,保證軸上零件壓緊可靠，軸上零件寬度應(yīng)大于相配軸段長度。,3.標準尺寸要求 軸上的零件多數(shù)都是標準零件，如滾動軸承、聯(lián)軸器、圓螺母等，因此與標準零件配合處的軸段尺寸必須符合標準零件的標準尺寸系列. 4.提高軸的疲勞強度 加大軸肩處的過渡圓角半徑和減

7、小軸肩高度，就可以減少應(yīng)力集中，從而提高軸的疲勞強度。提高軸的表面質(zhì)量、合理分布載荷等也可以提高軸的疲勞強度,軸系結(jié)構(gòu)改錯,四處錯誤,正確答案,分析下圖錯誤,如圖所示，共有6處錯誤。 （1）軸肩高度超過軸承內(nèi)圈高度，軸承無法拆卸； （2）鍵過長，無法裝配； （3）軸頭長度太長（輪轂長度過短），輪轂定位不準確； （4）套筒高度超過軸承內(nèi)圈高度，軸承無法拆卸； （5）軸承處直徑和右端直徑一樣，導(dǎo)致裝配和加工難度增加; （6）沒有密封裝置，導(dǎo)致潤滑劑流失。,如圖所示，共有7處錯誤。 （1）軸肩高度超過軸承內(nèi)圈高度，軸承無法拆卸； （2）軸頭長度太長（輪轂長度過短），輪轂定位不準確； （3）鍵過長，無

8、法裝配； （4）套筒高度超過軸承內(nèi)圈高度，軸承無法拆卸； （5）沒有退導(dǎo)槽，螺母無法擰緊，軸承定位不可靠； （6）半聯(lián)軸器沒有定位。 （7）軸過長。,軸的設(shè)計步驟,1、按扭轉(zhuǎn)強度初步估算最小軸徑。 2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（確定軸各段的直徑和長度） 3、按彎扭合成強度校核軸的強度,9.4 軸的工作能力計算,設(shè)計如圖所示斜齒輪減速器輸出軸。已知：輸出功率 P=15KW，轉(zhuǎn)速n=280r/min,齒輪直徑d=320mm,所受的作用力Ft=3197N,Fr=1200N,Fa=812N.齒輪的輪轂寬度為80mm。,軸的強度驗算方法有:按抗扭強度條件估算轉(zhuǎn)軸的最小直徑和驗算傳動軸的強度 按抗彎扭合成強度條件驗算

9、轉(zhuǎn)軸的強度。,對于圓截面?zhèn)鲃虞S，其抗扭強度條件為,9.4.1 按抗扭強度計算,實心軸的直徑為：,9.4.2 按抗彎扭合成強度計算 在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，要驗算其強度，對于一般鋼制的轉(zhuǎn)軸，按第三強度理論校核抗彎扭合成強度.,危險截面強度校核：,建立力學(xué)模型:,按彎扭合成的理論進行軸危險截面的強度校核。,通常把軸當作置于鉸鏈支座上的梁,計算步驟,計算步驟,（1）畫出軸的空間力系圖。將軸上作用力分解為水平面分力和垂直面 分力，并求出水平面和垂直面的支點反力。,（2）分別作出水平面的彎矩圖和垂直面上的彎矩圖,（3）計算出合成彎矩 繪出合成彎矩圖,（4）作出轉(zhuǎn)矩（T）圖,（5）計算當量彎矩 ，繪出當量彎

10、矩圖,（6）校核危險截面的強度。,（1）安裝時，要嚴格按照軸上零件的先后順序進行，注意保證安裝精度 （2）安裝結(jié)束后，要嚴格檢查軸在機器中的位置以及軸上零件的位置，并將其調(diào)整到最佳工作位置，同時軸承的游隙也要按工作要求進行調(diào)整 （3）在工作中，盡量使軸避免承受過量載荷和沖擊載荷，并保證潤滑，從而保證軸的疲勞強度,9.5 軸的使用與維護,軸若使用不當，沒有良好的維護，就會影響其正常工作，甚至產(chǎn)生意外損壞，降低軸的使用壽命。因此，軸的正確使用和良好的維護，對軸的正常工作及保證軸的疲勞壽命有著很重要的意義.,9.5.1 軸的使用,（1）認真檢查軸和軸上零件的完好程度，若發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時維修或更換。軸的

11、維修部位主要是軸頸及軸端 對精度要求較高的軸，在磨損量較小時，可采用電鍍法在其配合表面鍍上一層硬質(zhì)合金層，并磨削至規(guī)定尺寸精度 對尺寸較大的軸頸和軸端，還可采用熱噴涂（或噴焊）進行修復(fù)。 （2）認真檢查軸以及軸上主要傳動零件工作位置的準確性、軸承的游隙變化并及時調(diào)整 （3）軸上的傳動零件（如齒輪、鏈輪等）和軸承必須保證良好的潤滑,9.5.2 軸的維護,54,2 聯(lián)軸器和離合器,聯(lián)軸器和離合器主要是用于軸與軸間的聯(lián)接，使兩根軸一起旋轉(zhuǎn)并傳遞扭矩。,聯(lián)軸器聯(lián)接的兩根軸，必須停車后，經(jīng)拆卸后才能將兩軸分開。,離合器聯(lián)接的兩軸，在工作時能很方便的將兩軸分離和接合。,兩者的區(qū)別：,聯(lián)軸器和離合器均已標準

12、化了，應(yīng)用時根據(jù)需要選用。 類型？型號？, 安全聯(lián)軸器與離合器-機器工作時，若轉(zhuǎn)矩超過規(guī)定值，即可自行斷開或打滑， 以保證機器中的主要零件不因過載而損壞；, 特殊功用的聯(lián)軸器與離合器用于某些特殊要求處，如：在一定的回轉(zhuǎn)方向或達到一定轉(zhuǎn)速時，聯(lián)軸器或離合器即可自動接合或分離等；,55,一、聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸的相對位移,兩軸線的相對位移: 軸向、徑向、角度、綜合。,制造誤差,安裝誤差,受力變形,56,被聯(lián)接兩軸間的各種相對位移無補償能力，故對兩軸對中性的要求高。當兩軸有相對位移時，會在結(jié)構(gòu)內(nèi)引起附加載荷。這類聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)比較簡單。,剛性聯(lián)軸器,撓性聯(lián)軸器,無彈性元件撓性聯(lián)軸器：聯(lián)軸器具有撓性，可補償兩

13、軸的相對位移。但因無彈性元件，故不能緩沖減振。,有彈性元件撓性聯(lián)軸器：因聯(lián)軸器中裝有彈性元件，不僅可以補償兩軸間的相對位移，而且具有緩沖減振的能力。彈性元件所能儲蓄的能量越多，則聯(lián)軸器的減振能力越強。這類聯(lián)軸器的品種多，應(yīng)用廣泛。,對被聯(lián)接兩軸間的各種相對位移有補償能力，進一步分為：,57,傳遞的轉(zhuǎn)矩大、運轉(zhuǎn)可靠、壽命長；對沖擊載荷較敏感、要求兩軸對中。適用于兩軸嚴格對中的場合。,聯(lián)軸器,剛性 撓性,凸緣聯(lián)軸器 套筒聯(lián)軸器 夾殼聯(lián)軸器,盤銷聯(lián)軸器 滑塊聯(lián)軸器 萬向聯(lián)軸器,彈性套柱銷聯(lián)軸器 彈性圓盤聯(lián)軸器 金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器,二、聯(lián)軸器的類型、特點及應(yīng)用,具有緩沖、吸振性；強度低、壽命短。適

14、用于頻繁啟動、高速及雙向運轉(zhuǎn)的場合。,無彈性元件 有彈性元件,58,套筒聯(lián)軸器,凸緣聯(lián)軸器,61,夾殼聯(lián)軸器,滑塊聯(lián)軸器,萬向聯(lián)軸器,65,潘存云教授研制,滾子聯(lián)軸器,結(jié)構(gòu)：利用一條公用的雙排鏈條同時與兩個齒數(shù)相同 的并列鏈輪嚙合來實現(xiàn)兩半鏈軸器的聯(lián)接。,特點：結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、質(zhì)量小、裝拆方便、維修容易、成本低廉。,優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、質(zhì)量小、裝拆方便、維修容易、成本低廉，有一定的補償性能和緩沖性能。,缺點：因鏈條的套筒與鏈輪之間存在間隙，不適于逆向傳動和啟動頻繁或立式軸傳動。同時受離心力的影響不適于高速傳動。,66,彈性柱銷聯(lián)軸器,特點：上述兩種聯(lián)軸器的動力通過彈性元件傳遞，緩和沖擊、吸收振動。,彈性套柱銷聯(lián)軸器,彈性圓盤聯(lián)軸器,潘存云教授研制,圓柱孔,圓錐孔,結(jié)構(gòu)特點：外觀與凸緣聯(lián)軸器相似，用帶橡膠彈性套的柱銷聯(lián)接兩個半聯(lián)軸器。,69,二、 聯(lián)軸器的選擇,1.根據(jù)