第12章 轴与联轴器

1、t实验准备实验准备t认真阅读实验指导书和报告认真阅读实验指导书和报告t实验时间地点实验时间地点t12月月1日日 F楼楼2楼楼t8:3010:00 1102201，1102202（110220216及前）及前）44人人 t10:0011:30 1102202（110220216后），后），1102203 44人人t14:0015:30 1102101，1102102（110210219及前）及前）47人人t15:3017:00 1102102（110210219后），后），1102103 47人人t19:0020:30 重修学生重修学生第第1212章章 轴与联轴器轴与联轴器12-1 轴轴12-2

2、 联轴器联轴器轴轴是机器中的重要零件之一，用来支承轴是机器中的重要零件之一，用来支承轴上的零件，并传递运动和动力。上的零件，并传递运动和动力。联轴器联轴器用来连接轴与轴或轴与其他回转零用来连接轴与轴或轴与其他回转零件，以传递运动和转矩。件，以传递运动和转矩。第第1212章章 轴与联轴器轴与联轴器 二级圆柱齿轮减速器12.1 轴 直 轴按轴的轴线形状分按轴的轴线形状分12.1 轴轴的分类和材料 光轴和阶梯轴12.1 轴轴的分类和材料按轴的外部形状直轴分为按轴的外部形状直轴分为 曲 轴12.1 轴轴的分类和材料按轴的轴线形状分按轴的轴线形状分内 燃 机12.1 轴轴的分类和材料按轴的轴线形状分按轴

3、的轴线形状分 挠性轴12.1 轴轴的分类和材料按轴的轴线形状分按轴的轴线形状分 心轴：心轴： 只承受弯矩而不传递转矩的轴。 心轴又分为：转动心轴、固定心轴。 传动轴：传动轴： 用来传递转矩而不承受弯矩的轴。 转轴：转轴： 工作时既承受弯矩又承受转矩的轴。12.1 轴轴的分类和材料按承受的载荷分按承受的载荷分心 轴 转动心轴12.1 轴轴的分类和材料按承受的载荷分按承受的载荷分 固定心轴按承受的载荷分按承受的载荷分12.1 轴轴的分类和材料传动轴12.1 轴轴的分类和材料按承受的载荷分按承受的载荷分 转 轴12.1 轴轴的分类和材料按承受的载荷分按承受的载荷分 一级减速装置中的转轴实例12.1

4、轴轴的分类和材料按承受的载荷分按承受的载荷分1 1、按轴的轴线形状分：、按轴的轴线形状分： 直轴、曲轴、挠性轴。2、按轴承受的载荷性质分：、按轴承受的载荷性质分： 传动轴、心轴、转轴。3、按轴的外部结构形状、按轴的外部结构形状,直轴分为：直轴分为： 光轴、阶梯轴。4、按轴的截面形状分：、按轴的截面形状分： 实心轴 、空心轴。12.1 轴轴的分类和材料轴的常见失效形式轴的常见失效形式: 疲劳失效疲劳失效材料要求材料要求: 具有足够的疲劳强度具有足够的疲劳强度,对应力集中敏感性小对应力集中敏感性小,加加工工艺性好工工艺性好,价格合理价格合理.轴的常用材料价格低廉价格低廉对应力集中的敏感性小对应力集

5、中的敏感性小调质或正火处理调质或正火处理机械强度较高机械强度较高用于特殊要求和重要轴用于特殊要求和重要轴价格较高价格较高对应力集中的敏感性较高对应力集中的敏感性较高碳素钢（常用碳素钢（常用3030、4040、4545、5050号，其中号，其中4545号号钢最常用）钢最常用）合金钢（常用合金钢（常用20Cr20Cr、40Cr40Cr、35SiMn35SiMn、35CrMo35CrMo）12.1 轴轴的分类和材料轴的设计要求和设计步骤 轴的设计必须满足的基本要求：轴的设计必须满足的基本要求： 合理的结构和足够的强度。 轴的设计步骤：轴的设计步骤： 1）选材；2）估算轴的直径；3）轴的结构设计； 4

6、）轴的强度校核；5）必要时作刚度和稳定性校核。已知已知条件条件选择选择轴的轴的材料材料初算初算轴径轴径结构结构设计设计计算计算弯矩弯矩校核校核计算计算完善完善设计设计修改直径修改直径转轴设计程序框图转轴设计程序框图12.1 轴轴的分类和材料受转矩作用的轴，其剪切强度条件为：639.55 10 0.2TPTnMPaWd12.1 轴轴径的初步估算 63339.55 10A0.2TPPdmmnn轴的基本轴径估算式为：轴的基本轴径估算式为：轴的材料轴的材料Q235Q235、2020 454540Cr 35SiMn 35CrMo40Cr 35SiMn 35CrMo / MPa122030404052 A

7、 A 159135 1181061069712.1 轴轴径的初步估算（注：当轴所受弯矩较小或只受转矩时，（注：当轴所受弯矩较小或只受转矩时，A取小值，否则取较取小值，否则取较大值。若求的直径的轴段上开有键槽时，应适当增大轴径，大值。若求的直径的轴段上开有键槽时，应适当增大轴径，当当d100mm时，单键增大时，单键增大3%,双键增大双键增大7%；当；当d=100时，单时，单键增大键增大57%,双键增大双键增大1015%。最后圆整为标准直径。最后圆整为标准直径。 ）轴的结构设计的主要要求是：轴的结构设计的主要要求是： 1、满足使用要求：满足使用要求：、周向固定；、轴向固定。 2 2、良好的结构工艺

8、性：、良好的结构工艺性：、加工工艺性；、装配工艺性。 3 3、受力均匀，提高轴的强度和刚度：、受力均匀，提高轴的强度和刚度：、改进轴的结构形状；、改善轴的表面状态。12.1 轴轴的结构设计一、满足使用的要求为实现轴的功能，必须保证轴上零件有准确的工作位置，要求轴上零件沿周向和轴向固定。 1 1 、周向固定、周向固定键键连连接接花键连接花键连接型面连接型面连接胀紧连接胀紧连接销连接销连接过盈配合过盈配合连接连接12.1 轴轴的结构设计、轴向固定方法12.1 轴轴的结构设计一、满足使用的要求11rCaC轴肩圆角半径倒角轴肩高rRaR轴肩圆角半径圆角半径轴肩高（）（）轴轴肩肩和和轴轴环环12.1 轴

9、轴的结构设计（2）套筒固定12.1 轴轴的结构设计（3）圆螺母固定12.1 轴轴的结构设计（4）轴端挡圈固定12.1 轴轴的结构设计（5）弹性挡圈固定12.1 轴轴的结构设计（6）紧定螺钉与锁紧挡圈紧定螺钉紧定螺钉锁紧挡圈锁紧挡圈12.1 轴轴的结构设计（7） 锥 面装拆方便，可兼作周向固定。宜用于高速、冲击及对中性要求高的场合。只用于轴端。常与轴端挡圈联合使用，实现零件的双向固定。 12.1 轴轴的结构设计二、良好的结构工艺性1 1、装配工艺性：、装配工艺性：、合理的阶梯轴直径；、轴端导角；、满足轴承装拆要求等。 2 2、加工工艺性：、加工工艺性：退刀槽、越程槽以及键 槽的布置等。12.1

10、轴轴的结构设计三、受力均匀，提高轴的强度和刚度1 1、改善轴的结构形状、改善轴的结构形状增加过渡轴环加工内凹圆角12.1 轴轴的结构设计2、加工卸载槽减少应力集中 配合轴段上的卸载槽轮毂上的卸载槽12.1 轴轴的结构设计3、改善轴的表面状态 采用滚压、喷丸或渗碳、氰化、氮化、高频淬火等表面强化处理方法，有助于极大地提高轴的承载能力。12.1 轴轴的结构设计减速器低速轴结构图A 10 15 2HAHb箱体内壁位置B 125 10 2CCCBAC轴承座端面位置 3 810 15 轴承端面至内壁距离或12.1 轴轴的结构设计K轴外伸长度12.1 轴轴的结构设计第一段第一段 长度长度 由连轴器尺寸确定

11、，且短由连轴器尺寸确定，且短（23）mmmm1l)32( ch第二段第二段hdd212第三段第三段 且满足轴承内径系列且满足轴承内径系列321 2dd第四段第四段431 2dd42 3lb第五段第五段542ddh51.4lh第六段第六段 直径要保证右侧轴承拆卸尺寸直径要保证右侧轴承拆卸尺寸12.1 轴轴的结构设计 判断轴结构设计中的错误12.1 轴轴的结构设计绘制轴的计算简图的假设简化成简支梁简化成简支梁力的作用点：力的作用点： 弯矩、扭矩，简化在中点，支反力作用点：支反力作用点： 与轴承类型和布置方式有关。作用在轴上的扭矩，简化为从动件轮毂宽度的中点算起作用在轴上的扭矩，简化为从动件轮毂宽度

12、的中点算起的转矩的转矩。12.1 轴轴的强度计算 斜齿轮减速器低速轴12.1 轴轴的强度计算当危险截面既受弯矩又受扭矩时当危险截面既受弯矩又受扭矩时: : ( (第三强度理论第三强度理论) ) 224ebb33/320.1bMMMWdd2TTTWW2222421ebMTWWMTW12.1 轴轴的强度计算2222421ebMTWWMTW221310.1eebMMTWd当量弯矩当量弯矩12.1 轴轴的强度计算折合系数，转矩恒定折合系数，转矩恒定:0.3；脉动；脉动:0.6；对称；对称:1（1）画出轴的空间受力简图；（2）将外载荷分解到水平面和垂直面内；（3）作垂直面弯矩MV 图和水平面弯矩MH 图

13、；（4）作合成弯矩M 图；（5）作转矩T图；（6）作当量弯矩Me图；（7）强度计算（确定危险剖面、强度校验或轴径计算）22;HVMMM22() ;eMMT310.1ebMdmm按弯扭合成组合强度进行校核的一般步骤如下：WeeedMWM1 . 01312.1 轴轴的强度计算12.1 轴轴的强度计算小齿轮方向向上小齿轮方向向上12.1 轴轴的强度计算12.1 轴轴的强度计算12.1 轴轴的强度计算12.1 轴轴的强度计算12.1 轴轴的强度计算12.1 轴轴的强度计算12.1 轴轴的强度计算12.1 轴轴的强度计算12.1 轴轴的强度计算设计时的轴的刚度条件为设计时的轴的刚度条件为yy 挠度偏转角

14、 扭转角12.1 轴轴的刚度计算振动：振动：轴的转速达到一定值时，运转便不稳定而发生显著的反复变形，这种现象叫轴的振动。共振：共振：若轴所受的外力频率与轴的自振频率一致时,运转便不稳定而发生显著的振动,这种现象称为轴的共振。12.1 轴轴的振动稳定性计算金属橡胶弹性支承提高轴的振动稳定性12.1 轴轴的振动稳定性计算产生共振时轴的转速称为临界转速 。轴的临界转速可以有许多个,一阶、二阶、三阶刚性轴刚性轴: :工作转速低于一阶临界转速的轴。挠性轴挠性轴: :超过一阶临界转速的轴。crn1)8 . 075. 0(crnn 217 . 04 . 1crcrnnn12.1 轴轴的振动稳定性计算联轴器：

15、联轴器：用于轴与轴之间的联接，传递运动和转矩。用于轴与轴之间的联接，传递运动和转矩。必须停车后必须停车后, ,经过拆卸才能分离。经过拆卸才能分离。 12.2 联轴器 刚性联轴器刚性联轴器 弹性联轴器弹性联轴器 联轴器联轴器12.2 联轴器n1 1、刚性联轴器、刚性联轴器 特点：特点：由刚性零件组成，可以传递较大转矩，无缓冲减振能力。 应用：应用：适用于无冲击、被联接的两轴轴心线对中要求较高的场合。 固定式联轴器固定式联轴器 可移动式联轴器可移动式联轴器 刚性联轴器刚性联轴器12.2 联轴器固定式刚性联轴器固定式刚性联轴器凸缘联轴器凸缘联轴器套筒联轴器套筒联轴器12.2 联轴器可移式刚性联轴器可

16、移式刚性联轴器齿式联轴器齿式联轴器十字滑块联轴器十字滑块联轴器万向联轴器万向联轴器12.2 联轴器齿式联轴器齿式联轴器12.2 联轴器十字滑块联轴器十字滑块联轴器12.2 联轴器万向联轴器万向联轴器12.2 联轴器n2 2、弹性联轴器、弹性联轴器 装有弹性元件，靠弹性元装有弹性元件，靠弹性元件的变形补偿两轴的相对位移，具有缓冲、件的变形补偿两轴的相对位移，具有缓冲、吸振能力吸振能力 弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器 弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器 轮胎式联轴器轮胎式联轴器 弹性联轴器弹性联轴器12.2 联轴器 弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器结构简单,制造方便,成本低。适用于转矩小、转速高、正反向变化多、起动频繁的高速转轴。12.2 联轴器弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器 结构简单,制造容易,装拆方便,成本较低。适用于转矩小、转速高、频繁正反转、需要缓和冲击的地方。12.2 联轴器轮胎式联轴器轮胎式联轴器12.2 联轴器弹性元件：由橡胶或橡胶织物制成的轮胎环。联轴器的选择联轴器的选择 联轴器的类型选择联轴器的类型选择 选择联轴器类型的原则是联轴器的选择联轴器类型的原则是联轴器的使用要求使用要求和和类型特性类型特性一致。一致。2.2.轴线相交的两轴，选用万向联轴器；轴线相交的两轴，选用万向联轴器；3.3.速度较高、且有冲击或振动的轴，选用弹性联轴器；速度较高、且有冲击或振动的轴