教学第12章-轴和联轴器课件1

第十二章轴和联轴器第一节轴第二节联轴器、离合器和制动器第十二章轴和联轴器第一节轴第一节轴一、轴的用途及分类二、轴设计的主要内容三、轴的材料和热处理

四、转轴的初算直径

五、轴的结构设计六、轴的强度计算

第一节轴一、轴的用途及分类一、轴的用途及分类1.用途2.分类②按轴线形状可分为曲轴、直轴和钢细软轴。③按传递载荷分为心轴、传动轴和转轴。心轴：只承受弯矩；不受转矩。传动轴：不承受转矩；只承受弯矩。

转轴：既受弯矩又受转矩。①按轴的外形分为光轴、阶梯轴、空心轴和实心轴。①支撑回转零件（如卷筒、齿轮、皮带轮、联轴器等）。②传递转矩。一、轴的用途及分类1.用途2.分类②按轴线形状可分为曲轴、心轴、光轴固定心轴转轴钢细软轴曲轴心轴、光轴固定心轴转轴钢细软轴曲轴二、轴设计的主要内容1.设计内容：结构设计和工作能力计算。2.设计步骤材料选择估算最小直径

结构设计（合理地确定轴的结构形式和尺寸，保证轴上零件顺利拆、装和调整、精确定位、使轴受力合理及具有良好的加工工艺性等是轴结构设计的重要内容）

强度校核、刚度（重要轴）校核，高速下稳定性校核绘制零件图。不合格不合格不合格二、轴设计的主要内容1.设计内容：结构设计和工作能力计算。三、轴的材料和热处理1.对轴材料的性能要求

①具有足够的强度；

②对应力集中敏感性小；

③良好的加工工艺性和经济性。2.

轴的常用材料轴的常用材料为碳素钢、合金钢。

①碳索钢价格便宜，对应力集中敏感性小，应用最广。如45调制。

②合金钢机械强度高，热处理性能好，淬火性好。如40CrNi，

42CrMo等调制处理；20CrMnTi渗碳淬火。常用于高速、重载，要求结构紧凑，耐磨性好的工况下。③铸铁流动性好,吸振性耐磨性强,对应力集中敏感性较低，易得到复杂结构。发动机曲轴。三、轴的材料和热处理1.对轴材料的性能要求四、转轴的初算直径

若上有一个键槽，加大3％（双键槽增大7％）。根据强度条件

按扭转强度条件初步估算轴的直径，用降低许用应力的办法考虑弯矩的影响。四、转轴的初算直径若上有一个键槽，加大3五、轴的结构设计1．拟定轴上零件的装配方案2．轴上零件的定位3．确定各轴段直径和长度4．轴的结构工艺性5.提高轴的强度五、轴的结构设计1．拟定轴上零件的装配方案

中低速级小齿轮轴的结构设计简图

1-轴端档圈；2-V带轮；3-轴承盖；4-滚动轴承；5-套筒；6-平键；7-齿轮中低速级小齿轮轴的结构设计简图1-轴端档圈；2-V带定位－使轴上零件处于正确的工作位置；轴肩或轴环2、轴上零件的轴向定位和固定固定－使轴上零件牢固地保持这一位置。目的－防止轴上零件工作时发生轴向蹿动。常用的轴向定位和固定方法：定位轴肩：h＝(0.07~0.1)d＞R

或C非定位轴肩：h＝1～2mm，作用是便于轴上零件的装拆为保证定位准确，R或C＞r轴环宽度一般取：b

=1.4h滚动轴承的定位轴肩或轴环高度－查标准定位－使轴上零件处于正确的工作位置；轴肩或轴环2、轴上零套筒轴端挡圈弹性挡圈圆螺母锥面对轴上零件起固定作用。常用于近距离的两个零件间的固定。用于轴上两零件距离较远时，或轴端。需切制螺纹，削弱了轴的强度。需切环槽，削弱了轴的强度。承受不大的轴向力。用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。常与轴端挡圈配合使用。注意：采用这些方法固定轴上零件时，为保证固定可靠，应使：与轮毂相配的轴段长度比轮毂宽度短2～3mm，即：l＝B-(2~3)套筒轴端挡圈弹性挡圈圆螺母锥面对轴平键轴上零件的周向固定目的－防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。常用的周向固定方法：花键紧定螺钉提高轴的强度减小应力集中适当加大截面变化处的过渡圆角半径。或采用：凹切圆角过渡肩环减载槽平键轴上零件的周向固定目的－防止轴上零件与轴发生相对轴肩轴环

套筒

圆螺母

轴端挡圈

弹性挡圈

紧定螺钉

轴上零件的轴向固定轴肩轴环套筒圆螺母轴端挡圈弹性挡圈紧定螺钉轴上

3．确定各轴段直径和长度

①为提高安装工艺性，设计成中间大、两头小阶梯轴；②与标准件配合的轴段直径应按标准件的内径选取；

③与密封装置相接触的轴段直径应按密封装置的要求选取；④滚动轴承的定位轴肩应低于轴承内圈端面厚度的2/3；⑤有配合要求的轴段直径取标准直径；无配合要求的轴段直径取为整数值；

⑥轴段长度应略小于与之配合的轮毂长度。

4．轴的结构工艺性

①加工工艺性

越程槽、退刀槽所有轴段的键槽应布置在轴的同一母线上。

②装、拆工艺性

轴端加工450倒角。

轴肩高度

导锥。

5.提高轴的强度

①合理布置轴上零件，以减少轴的载荷；

②改进轴上零件的结构，以减少轴的载荷；③改进轴的结构，减少应力集中;④改进轴的表面质量，以提高轴的疲劳强度。

3．确定各轴段直径和长度

结构设计示例结构设计示例确定各轴段直径和长度图

1-轴端档圈；2-V带轮；3-轴承盖；4-滚动轴承；5-套筒；6-平键；7-齿轮确定各轴段直径和长度图

1-轴端档圈；2-V带轮；3-轴承盖轴的结构工艺性和提高轴的强度图越程槽、退刀槽键槽的布置轮的不同布局零件的不同结构轴的结构工艺性和提高轴的强度图越程槽、退刀槽键槽的布置轮的1.方法①弯扭合成法（一般用途轴）；②安全系数法（重要轴）。2.步骤①作轴计算简图求支反力。确定支反力的作用点（近似取轴承宽度的1/2处)、确定轴上载荷的大小、方向及作用点，将轴上的力分解为水平面（下标用H表示）和垂直面（下标用V表示），分别求各面支反力。②

计算水平面弯矩及垂直面弯矩，分别绘制两平面的弯矩图。计算合成弯矩并绘制合成弯矩图。③计算转矩并绘制转矩图。④计算当量弯矩并绘制当量弯矩图。⑤确定危险截面，按弯扭合成法校核轴的强度。校核公式：

为将扭矩折合为当量弯矩的折合系数。轴产生的弯曲应力一般属于对称循环应力；轴产生的扭剪应力理论上为静应力

=0.3，考虑到运转不均匀、振动、启动、停车等影响因素，假定为脉动循环应力=0.59，对于经常正、反转的轴，把扭剪应力视为对称循环应力=1。实例六、轴的强度计算1.方法校核公式：为将扭矩折合为当量弯矩的折合系数实例设计一单级斜齿圆柱齿轮减速器中的低速轴（包括选择两端轴承及外伸端的联轴器）。已知：低速轴传递功率P=3.88kW，转速n2=130r/min，大齿轮分度圆直径=300mm，轮毂宽度b2=90mm，斜齿轮螺旋角β=12°，法面压力角

°

。解题步骤实例设计一单级斜齿圆柱齿轮减速器中的低速轴解题步骤解题步骤1．选择材料、确定许用应力2．确定轴上零件的装配方案3．估算最小轴径4．进行轴的结构设计5．计算齿轮受力6.按弯扭合成强度计算法校核轴的强度①

计算简图②

求支座反力③弯矩图④合成弯矩M⑤转矩⑥当量弯矩⑦按弯扭合成法校核轴的强度解答1234

56①②

③④⑤

⑥⑦解题步骤1．选择材料、确定许用应力解答1231．选择材料、确定许用应力选用45钢，调质。许用弯曲应力为

2．确定轴上零件的装配方案根据轴上零件的安装和固定要求初步确定有5个轴段。

3．估算最小轴径

有一个键槽，加大3%，则dmin=34.1（1+0.03）=35.1mm。取dmin=35mm。

4．进行轴的结构设计

装联轴器：选YL7的凸缘联轴器（GB/T583—1986），。轴承：7208AC，轴承宽度B=23mm。

dmin=35mm，d2=40mm，d3=45mm，d4=52mm，d5=40mm。

齿轮和联轴器与轴用键周向固定。12341．选择材料、确定许用应力12345

5．计算齿轮受力转矩圆周力径向力轴向力N·mm55．计算齿轮受力转矩圆周力径向力轴向力N·mm6①②6、按弯扭合成强度计算法校核轴的强度①

计算简图②

求支座反力

水平面支反力

垂直面支反力6①②6、按弯扭合成强度计算法校核轴的强度

③

弯矩图水平面弯矩；垂直面弯矩图见图。

C点左边

C点右边⑤转矩⑥当量弯矩⑦按弯扭合成法校核轴的强度

C和E点所在危险断面经校核强度合格。④合成弯矩MC点左边

C点右边③④⑤

⑥⑦

⑤转矩⑥当量弯矩⑦按弯扭合成法校核轴的强度C和E点所在第12章-轴和联轴器课件1第二节联轴器、离合器和制动器一、联轴器二、离合器三、制动器

概述第二节联轴器、离合器和制动器一、联轴器概述一、用途联轴器和离合器是把机器中的两根轴联接起来,使之一同回转，以便传递动力和运动的常用部件。

二、区别

联轴器：只能在停车时联接或分离两轴。

离合器：绝大多数可以在运动过程中联接或分离两轴。三、计算转矩

选取或校核时，考虑启动、惯性力及过载等的影响，按计算扭矩进行。

为工作情况系数

选定类型（依据工作条件）

选择型号和尺寸（依据计算转矩、轴的转速和轴的估算直径）

必要时校核选用步骤概述一、用途为工作情况系数选定类型（依据工一、联轴器刚性联轴器挠性联轴器

夹壳式联轴器凸缘联轴器十字滑块联轴器万向联轴器齿轮联轴器可以补偿位移套筒联轴器无位移补偿能力对中性要求高。无弹性元件有弹性元件缓冲吸振，用于起动频繁、高速变载以及经常正反转的场合。弹性圈柱销联轴器尼龙柱销联轴器轮胎联轴器

一、联轴器刚性联轴器挠性联轴器夹壳式联轴器凸缘联轴器十字1、套筒式联轴器用两圆锥销（或平键）传递转矩，结构简单，径向尺寸小，需自行设计。2、凸缘联轴器I型联轴器用普通螺栓联接，靠接合面间的摩擦力来传递转矩；II型联轴器用铰制孔螺栓联接，靠螺栓杆承受挤压与剪切来传递转矩；1、套筒式联轴器用两圆锥销（或平键）传递转矩，结构简单，径向刚性联轴器图夹壳联轴器凸缘联轴器套筒联轴器刚性联轴器图夹壳联轴器凸缘联轴器套筒联轴器1、十字滑块联轴器浮动盘的凸块可在套筒的凹槽中滑动，可补偿一定的径向位移和少量的角位移。常用在工作平稳、有较大位移的低速大转矩的场合。2、万向联轴器由于两个叉形接头都可以分别绕十字头的轴线1-1、2-2转动，因此联轴器可在较大的偏斜角下工作。1、十字滑块联轴器浮动盘的凸块可在套筒的凹槽中滑动，可补偿一无弹性元件十字滑块联轴器齿轮联轴器万向联轴器无弹性元件十字滑块联轴器齿轮联轴器万向联轴器1、弹性套柱销联轴器弹性套的变形可以补偿两轴线的径向位移和角位移，并有缓冲和吸振作用。但橡胶易坏，寿命较短。2、弹性柱销联轴器结构简单，两半联轴器可以互换，加工容易，维修方便。耐磨性好，结构紧凑，适合于冲击不大，经常正反转的中、低速以及较大转矩的传动轴系。1、弹性套柱销联轴器弹性套的变形可以补偿两轴线的径向位移和角有弹性元件轮胎联轴器弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器弹性套柱销联轴器有弹性元件轮胎联轴器弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器弹性套柱销二、离合器离合器牙嵌式离合器圆盘摩擦离合器操纵离合器自动离合器安全离合器超越式离合器离心式离合器二、离合器离合器牙嵌式离合器圆盘摩擦离合器操纵离合器自动离牙嵌式离合器圆盘摩擦离合器多片摩擦离合器操纵离合器牙嵌式离合器圆盘摩擦离合器多片摩擦离合器操纵离合器自动离合器离心离合器安全离合器超越离合器自动离合器离心离合器安全离合器超越离合器三、制动器带式制动器块式制动器三、制动器带式制动器块式制动器第十二章轴和联轴器第一节轴第二节联轴器、离合器和制动器第十二章轴和联轴器第一节轴第一节轴一、轴的用途及分类二、轴设计的主要内容三、轴的材料和热处理

四、转轴的初算直径

五、轴的结构设计六、轴的强度计算

第一节轴一、轴的用途及分类一、轴的用途及分类1.用途2.分类②按轴线形状可分为曲轴、直轴和钢细软轴。③按传递载荷分为心轴、传动轴和转轴。心轴：只承受弯矩；不受转矩。传动轴：不承受转矩；只承受弯矩。

转轴：既受弯矩又受转矩。①按轴的外形分为光轴、阶梯轴、空心轴和实心轴。①支撑回转零件（如卷筒、齿轮、皮带轮、联轴器等）。②传递转矩。一、轴的用途及分类1.用途2.分类②按轴线形状可分为曲轴、心轴、光轴固定心轴转轴钢细软轴曲轴心轴、光轴固定心轴转轴钢细软轴曲轴二、轴设计的主要内容1.设计内容：结构设计和工作能力计算。2.设计步骤材料选择估算最小直径

结构设计（合理地确定轴的结构形式和尺寸，保证轴上零件顺利拆、装和调整、精确定位、使轴受力合理及具有良好的加工工艺性等是轴结构设计的重要内容）

强度校核、刚度（重要轴）校核，高速下稳定性校核绘制零件图。不合格不合格不合格二、轴设计的主要内容1.设计内容：结构设计和工作能力计算。三、轴的材料和热处理1.对轴材料的性能要求

①具有足够的强度；

②对应力集中敏感性小；

③良好的加工工艺性和经济性。2.

轴的常用材料轴的常用材料为碳素钢、合金钢。

①碳索钢价格便宜，对应力集中敏感性小，应用最广。如45调制。

②合金钢机械强度高，热处理性能好，淬火性好。如40CrNi，

42CrMo等调制处理；20CrMnTi渗碳淬火。常用于高速、重载，要求结构紧凑，耐磨性好的工况下。③铸铁流动性好,吸振性耐磨性强,对应力集中敏感性较低，易得到复杂结构。发动机曲轴。三、轴的材料和热处理1.对轴材料的性能要求四、转轴的初算直径

若上有一个键槽，加大3％（双键槽增大7％）。根据强度条件

按扭转强度条件初步估算轴的直径，用降低许用应力的办法考虑弯矩的影响。四、转轴的初算直径若上有一个键槽，加大3五、轴的结构设计1．拟定轴上零件的装配方案2．轴上零件的定位3．确定各轴段直径和长度4．轴的结构工艺性5.提高轴的强度五、轴的结构设计1．拟定轴上零件的装配方案

中低速级小齿轮轴的结构设计简图

1-轴端档圈；2-V带轮；3-轴承盖；4-滚动轴承；5-套筒；6-平键；7-齿轮中低速级小齿轮轴的结构设计简图1-轴端档圈；2-V带定位－使轴上零件处于正确的工作位置；轴肩或轴环2、轴上零件的轴向定位和固定固定－使轴上零件牢固地保持这一位置。目的－防止轴上零件工作时发生轴向蹿动。常用的轴向定位和固定方法：定位轴肩：h＝(0.07~0.1)d＞R

或C非定位轴肩：h＝1～2mm，作用是便于轴上零件的装拆为保证定位准确，R或C＞r轴环宽度一般取：b

=1.4h滚动轴承的定位轴肩或轴环高度－查标准定位－使轴上零件处于正确的工作位置；轴肩或轴环2、轴上零套筒轴端挡圈弹性挡圈圆螺母锥面对轴上零件起固定作用。常用于近距离的两个零件间的固定。用于轴上两零件距离较远时，或轴端。需切制螺纹，削弱了轴的强度。需切环槽，削弱了轴的强度。承受不大的轴向力。用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。常与轴端挡圈配合使用。注意：采用这些方法固定轴上零件时，为保证固定可靠，应使：与轮毂相配的轴段长度比轮毂宽度短2～3mm，即：l＝B-(2~3)套筒轴端挡圈弹性挡圈圆螺母锥面对轴平键轴上零件的周向固定目的－防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。常用的周向固定方法：花键紧定螺钉提高轴的强度减小应力集中适当加大截面变化处的过渡圆角半径。或采用：凹切圆角过渡肩环减载槽平键轴上零件的周向固定目的－防止轴上零件与轴发生相对轴肩轴环

套筒

圆螺母

轴端挡圈

弹性挡圈

紧定螺钉

轴上零件的轴向固定轴肩轴环套筒圆螺母轴端挡圈弹性挡圈紧定螺钉轴上

3．确定各轴段直径和长度

①为提高安装工艺性，设计成中间大、两头小阶梯轴；②与标准件配合的轴段直径应按标准件的内径选取；

③与密封装置相接触的轴段直径应按密封装置的要求选取；④滚动轴承的定位轴肩应低于轴承内圈端面厚度的2/3；⑤有配合要求的轴段直径取标准直径；无配合要求的轴段直径取为整数值；

⑥轴段长度应略小于与之配合的轮毂长度。

4．轴的结构工艺性

①加工工艺性

越程槽、退刀槽所有轴段的键槽应布置在轴的同一母线上。

②装、拆工艺性

轴端加工450倒角。

轴肩高度

导锥。

5.提高轴的强度

①合理布置轴上零件，以减少轴的载荷；

②改进轴上零件的结构，以减少轴的载荷；③改进轴的结构，减少应力集中;④改进轴的表面质量，以提高轴的疲劳强度。

3．确定各轴段直径和长度

结构设计示例结构设计示例确定各轴段直径和长度图

1-轴端档圈；2-V带轮；3-轴承盖；4-滚动轴承；5-套筒；6-平键；7-齿轮确定各轴段直径和长度图

1-轴端档圈；2-V带轮；3-轴承盖轴的结构工艺性和提高轴的强度图越程槽、退刀槽键槽的布置轮的不同布局零件的不同结构轴的结构工艺性和提高轴的强度图越程槽、退刀槽键槽的布置轮的1.方法①弯扭合成法（一般用途轴）；②安全系数法（重要轴）。2.步骤①作轴计算简图求支反力。确定支反力的作用点（近似取轴承宽度的1/2处)、确定轴上载荷的大小、方向及作用点，将轴上的力分解为水平面（下标用H表示）和垂直面（下标用V表示），分别求各面支反力。②

计算水平面弯矩及垂直面弯矩，分别绘制两平面的弯矩图。计算合成弯矩并绘制合成弯矩图。③计算转矩并绘制转矩图。④计算当量弯矩并绘制当量弯矩图。⑤确定危险截面，按弯扭合成法校核轴的强度。校核公式：

为将扭矩折合为当量弯矩的折合系数。轴产生的弯曲应力一般属于对称循环应力；轴产生的扭剪应力理论上为静应力

=0.3，考虑到运转不均匀、振动、启动、停车等影响因素，假定为脉动循环应力=0.59，对于经常正、反转的轴，把扭剪应力视为对称循环应力=1。实例六、轴的强度计算1.方法校核公式：为将扭矩折合为当量弯矩的折合系数实例设计一单级斜齿圆柱齿轮减速器中的低速轴（包括选择两端轴承及外伸端的联轴器）。已知：低速轴传递功率P=3.88kW，转速n2=130r/min，大齿轮分度圆直径=300mm，轮毂宽度b2=90mm，斜齿轮螺旋角β=12°，法面压力角

°

。解题步骤实例设计一单级斜齿圆柱齿轮减速器中的低速轴解题步骤解题步骤1．选择材料、确定许用应力2．确定轴上零件的装配方案3．估算最小轴径4．进行轴的结构设计5．计算齿轮受力6.按弯扭合成强度计算法校核轴的强度①

计算简图②

求支座反力③弯矩图④合成弯矩M⑤转矩⑥当量弯矩⑦按弯扭合成法校核轴的强度解答1234

56①②

③④⑤

⑥⑦解题步骤1．选择材料、确定许用应力解答1231．选择材料、确定许用应力选用45钢，调质。许用弯曲应力为

2．确定轴上零件的装配方案根据轴上零件的安装和固定要求初步确定有5个轴段。

3．估算最小轴径

有一个键槽，加大3%，则dmin=34.1（1+0.03）=35.1mm。取dmin=35mm。

4．进行轴的结构设计

装联轴器：选YL7的凸缘联轴器（GB/T583—1986），。轴承：7208AC，轴承宽度B=23mm。

dmin=35mm，d2=40mm，d3=45mm，d4=52mm，d5=40mm。

齿轮和联轴器与轴用键周向固定。12341．选择材料、确定许用应力12345

5．计算齿轮受力转矩圆周力径向力轴向力N·mm55．计算齿轮受力转矩圆周力径向力轴向力N·mm6①②6、按弯扭合成强度计算法校核轴的强度①

计算简图②

求支座反力

水平面支反力

垂直面支反力6①②6、按弯扭合成强度计算法校核轴的强度

③

弯矩图水平面弯矩；垂直面弯矩图见图。

C点左边

C点右边⑤转矩⑥当量弯矩⑦按弯扭合成法校核轴的强度

C和E点所在危险断面经校核强度合格。④合成弯矩MC点左边

C点右边③④⑤

⑥⑦

⑤转矩⑥当量弯矩⑦按弯扭合成法校核轴的强度C和E点所在第12章-轴和联轴器课件1第二节联轴器、离合器和制动器一、联轴器二、离合器三、制动器

概述第二节联轴器、离合器和制动器一、联轴器概述一、用途联轴器和离合器是把机器中的两根轴联接起来,使之一同回转，以便传递动力和运动的常用部件。

二、区别

联轴器：只能在停车时联接或分离两轴。

离合器：绝大多数可以在运动过程中联接或