第十二章-轴和联轴器.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十二章 轴和联轴器,第一节 轴,轴是机器中重要的零件之一，主要用来：支,撑回转件并传递转矩,T,，承受弯矩,M,。,一、轴的分类,1,、按承受载荷的情况分：,1,）传动轴：只承受转矩,T,。,2,）心 轴：只承受弯矩,M,。,3,）转 轴：即承受弯矩,M,，也承受转矩,T,。,2,、按轴线形状分：,1,）直轴：又可分为光轴和阶梯轴。,2,）曲轴：,3,、按轴的刚性分：,1,）刚性轴,2,）挠性轴（钢丝软轴）,二、轴的一般设计步骤和主要内容,（,1,）拟定轴上零件的布置,（,2,）选择轴的材料,（,3,）初步估算轴的直径,（,4,）轴（轴系）的结构设计,（,5,）轴的强度校核,（,6,）刚度（较细及跨度较大时）和临界转速校核（高速时）,（,7,）绘制轴的工作图,主要内容：,轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。,轴的结构设计在轴设计中占很大的比重，轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性。因此，合理地确定轴的结构形式和尺寸，保证轴上零件的顺利安装、精确定位以及符合轴的制造工艺等是轴的结构设计的重要内容。,轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度，这时只需要对轴进行强度计算，以防轴发生断裂或塑性变形。特殊情况下，要进行刚度和稳定性计算。,大多数轴受交变应力的作用，主要失效形式是疲劳断裂，也有因过大的弹性变形或共振失效（高速）等。,1,、对轴的材料要求,1,）、要有较好的强度、韧性和耐磨性。,2,）、要有良好的加工工艺性和经济性。,2,、常用材料,常用碳素钢、合金钢或球墨铸铁制造轴。,1,）碳素钢 价格低廉，主要用,45,或,35,号钢调质或正火处理，轻载和不重要的轴也可以用,Q235,、,Q255,等。,三,轴的材料和热处理,2,）合金钢,合金刚比碳钢具有更高的机械性能，淬火性能好。通常用于重载、高速的重要轴或有特殊要求的轴，如耐高温、耐低温、耐腐蚀、耐磨损，要求尺寸小、重量轻但强度高等场合。,常用,40Cr,、,38CrSi,、,20CrMnTi,、,35SiMn,、,38CrMoAlA,等，通过调质、表面淬火或渗碳淬火等热处理方法提高强度，但材料对应力集中较敏感，结构设计时应注意。,在以刚度为主的重要轴，由于碳素钢与合金,钢的弹性模量相差不大，故不宜选用合金钢。,3,）球墨铸铁,球墨铸铁铸造容易成型，且有廉价、良好的吸振性、,缓冲性,和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，,但韧性低,、可靠性差。,用于制造结构较复杂、尺寸较大的轴，,常用材料的主要性能见表,122 P211,四、轴的直径估算,1,、心 轴,弯曲强度条件：,2,、传动轴,扭转强度条件：,3,、转 轴,扭转强度条件：,考虑弯矩的影响，适当降低,值。,式中：,T=9.55X,10,6,P/n (Nmm),W,p,=,d,3,/16,（对于圆截面）,(mm,3,),得：,式中,C,只与材料有关，其值见表,12-3,。,如有一个键槽，直径要加大,3%,，两个加大,7%,例题：传动比,i=8,的一级齿轮减速器，高速轴,d,1,=20 mm,，低速轴,d,2,=60mm,，两轴的材,料，热处理方法相同，不计摩擦等损耗，,按扭转强度条件设计时，哪一个强度高？,解：,如果等强度，,d,2,=2 d,1,d,1,=20,，则,d,2,=40,，为等强度,现在,d,2,=60,，所以,d,2,强度高。,轴的结构分析基本要求：,（,1,）轴上零件有确定位置（周向定位和轴向定位）,（,2,）轴受力合理，能可靠地传递力和转矩，有利于提,高强度和刚度。,（,3,）具有良好的工艺性,（,4,）便于装配和调整,（,5,）节省材料，,减轻重量,五、轴的结构设计,1,拟定轴上零件的装配方案,2,、零件在轴上的定位和固定,轴上零件的定位是针对安装而言，使其安装一次到位，保证零件在轴上有一,个准确的位置。,零件在轴上必须有牢靠的轴向固定和周向固定，以防止工作时与轴发生相对轴向窜动和周向转动，从而丧失工作能力。,1,）周向定位：键、销、过盈配合或螺钉联接。,2,）轴向定位：轴肩、轴环、挡圈、套筒、圆螺母、轴端挡圈等。,3,、尺寸细节,1),轴上圆角要小于轮毂上圆角或倒角,2),轴上长度要小于轮毂上相应长度,23mm,。,3),与其他零件配合的尺寸，取标准值或整数。,4),非配合的尺寸，可以取非标准值，最好圆整,5),轴肩或轴环的高度一般不小于,5,，如果是,用于滚动轴承定位，则不能高于滚动轴承,内环的三分之二。便于拆卸！,6),各阶梯轴的个段加倒角，便于安装。,7),键槽应在同一个方向，避免重新对刀。,8),加工螺纹或磨削时，要有退刀槽、砂轮越程,槽等。,9),合理安排轴的零件，减轻轴的负荷。,10),减小应力集中，尽量避免端面形状的突然,变化，避免开横孔、切口或凹槽、加大圆,角半径、,减速器,减速器,对于重要的轴，找出危险断面后，要进行,强度校核，,对于不重要的轴，可按经验设计或,类比法设计。,力的分析与简化：,一,.,支点的确定,1.,带轮、齿轮和链轮等，将合力简化到轮宽中点。,2.,轴承按类型定：径向轴承为宽度中点，角接触轴承为外滚道接触点的法线和轴线的交点处，滑动轴承为油膜合力的中点！,二,.,轴上零件作用在轴上的力的简化（大小和方向）,三,.,弯矩图和转矩图的绘制（水平面、垂直面、合成）,六 轴的强度计算,一、按弯扭合成法,校核轴的疲劳强度,由弯矩,M,形成的弯曲应力为：,=,M/W (W=,d,3,/32),由扭矩,T,形成的扭转剪应力为：,=,T/W,p,=T/2W (W,p,=,d,3,/16),按第三强度理论：,转轴的,通常是对称循环的，但则,视情况定,须将不同循环的,转化到与,对称循环相当的值，,引入一个修正系数：,r,为应力特性系数,（,r=,min,/,max,）,对于不变的扭矩，,r=1,对于脉动的扭矩，,r=0,对称循环的扭矩，,r=-1,按弯扭合成法,校核轴的强度条件为：,以此公式计算心轴时，,T=0,。,P220,计算例题（自己看书）,第二节 联轴器、离合器和制动器,一、概述,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。,例如,:,汽车柴油机与变速箱之间联轴器,变速箱与后桥之间联轴器；机床转挡离合器；电机与减速箱之间的联轴器。,根据工作特性分为：,1,联轴器：把两根轴牢固的联接在一起,在工作过程中不能分离。,2,离合器：根据工作需要，随时可将两轴联接或分离。,3,安全联轴器和安全离合器,机器工作时,如果扭矩超过规定值,能自动断开或分离,以保证机器中的主要部件防止过载而损坏。,联轴器和离合器已标准化，所以要求只需掌握不同类型联轴器和离合器的特点及其选用原则和方法，以便根据使用要求进行选择。,一）、刚性联轴器,1,、套筒联轴器,结构简单，制造成本低，,径向尺寸小，但拆装不方便，适用于两轴同轴度高，工作平稳，转速不高（一般速度小于,250 rpm,）的场合！,2,、夹壳联轴器,由两个半圆形的铸铁夹壳组成并用螺栓锁紧，主要靠摩擦力传递扭矩，为传动可靠，可加一平键。特点：拆装方便，结构简单，传递力矩不大，一般用于,d,200mm,的轴。,一、联轴器,2,、夹壳联轴器,夹壳联轴器是利用沿轴向剖分的两半联轴器,夹壳，通过拧紧螺栓产生的预紧力使夹壳与轴连接，并依靠夹壳和轴表面之间的摩擦力来传递转矩。,3,、凸缘联轴器,由两个带有凸缘的半联轴器,用螺栓联接而成，半联轴器轴用,键联接。,对中形式：凸肩对中,(YLD,型,),对中性好；剖分环对中,(YL,型,),，,装拆方便。,螺栓联接：精制螺栓联接,靠摩擦力传力；铰制孔用螺栓，紧配合靠挤压剪切传力。,常用材料：铸铁或碳钢,重载或,V,30m/s,时，应用铸钢或锻钢。,特点：结构简单,能传递较大的扭矩,应用很广,适用于轴的刚性大,对中性较好的场合。,二、挠性联轴器,因具有弹性元件，所以除可以补偿位移外，还可以缓冲吸振，适用于起动频繁高速变载以及经常正反转的场合。,弹性元件,a.,定刚度金属材料,b.,变刚度金属材料,c.,变刚度非金属材料,-,吸振性好，可减少共振的可能性,1,）,无弹性元件的,挠性联轴器,l,、十字滑块联轴器,由两个带有凹槽的半联轴器和一个两端面均带有相互垂直齿牙的圆盘组成。,常用材料：,45,号钢，工作表面经热处理,适用于转速,n,250rpm,，轴的刚性大的场合。,l,、弹性圈柱销联轴器,其构造与凸缘联轴器相似，只是把联接螺栓换上带有弹性圈的栓销,材料：半联轴器,:HT200,或,30,，,35,，柱销,:45,弹性圈,:,耐油橡校，做成梯形剖面使用条件,:,工作温度一,20,50,安装时留有轴向间隙,最大外径速度,V,30m/s,。,这种联轴器已标准化,可根据了,T,、,n,max,以及轴的,直径选取,.,2,）,有弹性元件的,挠性联轴器,2,、尼龙柱销联轴器,用尼龙柱销代替弹性圈柱销,使用条件,:,工作温度,-20,70,结构更简单，更换方便，寿命长，效果比弹性圆柱销好。,己标准化，与,同尺寸的弹性圈柱,销联轴器比，传递,力矩能力大。,3,、轮胎联轴器,由两个半联轴器，轮胎、压板联接螺钉组成,特点：弹性变形,大，寿命长，不需润,滑，径向尺寸大，适,用于起动频繁双向运,转潮湿多水处。,4,、梅花形弹性联轴器,两半联轴器上均有凸爪，中间装梅花形状的橡胶块。,特点：有较大的补偿两轴相对偏移的能力，减振、耐磨性能较好。工作温度在,-35,80,。,汽车、拖拉机、机床上均装有离合器，它的作用是随时将联接的两轴分离或接合，对离合器的主要要求就是接合、分离迅速平稳，耐磨性好，散热性能好。,离合器可分为,操纵式离合器,和,自动式离合器,。,二、离合器,一、操纵式离合器,1,、牙嵌式离合器,由两个端面上带有牙的套筒组成，套筒,l,固定在主动,轴上，套筒,2,安装在从动轴上，并可沿轴上的导键做轴向移动，达到接合和分离的目的。这种离合器采用对中环,对中,将移动套筒放在从动轴上,只有在停车或转速很低时（,n,10 r/min,）,方可嵌入连接。,牙嵌离合器的牙形有三角形、梯形、锯齿形等。,三角形,梯形,锯齿形,常采用梯形牙,(3,15,个,),容易嵌合，牙根强度大，能传递大的扭矩，能自动补偿牙的磨损和间隙。,2,、摩擦式离合器,1,）,单盘式 由两个摩擦盘组成，依靠两圆盘接触面间的摩擦力来传递扭矩。,为了增大摩擦力，也有做成锥面的离合器。,2,、摩擦式离合器,2,）多盘式,一组外摩擦盘插入固连在主动轴的外鼓轮,2,的纵向槽内，一组内摩擦盘套在沿从动轴滑移的套筒凸齿上，借助于曲臂压杆,8,压板,9,，使所有内外摩擦盘压紧在调,节螺母上使离,合器处接合状,态。,摩擦离合器,的操纵方法：,机械、电磁、,气动、液动等。,溜溜球,工作原理,3,、离心式离合器,4,、超越式离合器,1,）、滚柱式,2,）、偏心凸轮式,3,）、棘轮式,3,）、棘轮式,棘轮机构,自行车后轮轴上的棘轮机构。当脚蹬踏板时，经链条带动内圈具有棘齿的链轮,3,顺时针转动，再通过棘爪,4,的作用，使后轮轴,5,顺时针转动，从而驱使自行车前进。自行车前,进时，如果令踏板不动，因惯,性作用后轮轴,5,便会超越主动,链轮,3,而转动，棘爪,4,在棘轮齿,背上滑过，从而实现不蹬踏板,的自由滑行。,三、安全联轴器、安全离合器,通过联接件的折断、脱开、打滑从而使联轴器或离合器自动停止工作达到过载保护的目的。,如：,剪切销,安全联轴器,过载时销被剪断，销材料,45,号淬火或高碳工具钢，销装入两段钢制套管内。按剪切强度计算销的直径。,四、制动器,制动器是用来降低机械运转速度或迫使机械停止运转的装置。制动器在车辆、起重机等机械中有着广泛的应用。对制动器的要求有体积小、散热好、制动可靠、操纵灵活。按结构特征分，制动器有摩擦式和非摩擦式两大类。下面介绍两种常见的摩擦式制动器。,1.,块式制动器,图示为块式制动器的结构图，工作原理是：主弹簧,3,通过制动臂,4,使闸瓦块,2,压紧在制动轮,1,上，制动器经常处于闭合状态。当松闸器,6,通电时，电磁力顶起立柱，通过推杆,5,和制动臂,4,操纵闸瓦块,2,与制动轮,1,松开。闸瓦块,2,磨损时可以调节推杆,5,的长度进行补偿。这种制动器结构简单，性能可靠，间隙调整方便且散热较好。但由于接触面有限，使制动力矩较小，且外形尺寸较大。一般用于工作频繁且空间较大的场合。,2.,带式制动器,图为带式制动器，它主要由制动轮、制动钢带和操纵系统组成。当杠杆上作用外力后，闸带收紧且抱住制动轮，依靠带与轮间的摩擦力实现制动。,带式制动器的特点是结构简单、紧凑，但制动时有附加径向力的作用，,常用于中、小型起,重运输机械和手动,操纵的制动场合。,