聯(lián)軸器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

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1、第十章 軸、聯(lián)軸器、離合器第一節(jié)概述第二節(jié)軸第三節(jié)聯(lián)軸器第四節(jié)離合器 第一節(jié)概述一 軸的分類： 1 載荷、應(yīng)力：心軸:只受彎矩不受轉(zhuǎn)矩鍵聯(lián)接：隨回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)，圖10-1a；受變應(yīng)力間隙配合：不隨回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)，圖10-1b；受靜應(yīng)力轉(zhuǎn)軸：受彎矩又受轉(zhuǎn)矩，圖10-2傳動(dòng)軸：只受轉(zhuǎn)矩或主要受轉(zhuǎn)矩 心軸:只受彎矩不受轉(zhuǎn)矩鍵聯(lián)接：隨回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)，圖10-1a；受變應(yīng)力間隙配合：不隨回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)，圖10-1b；受靜應(yīng)力 轉(zhuǎn)軸：受彎矩又受轉(zhuǎn)矩，圖10-2 2 軸的中心線形狀：直軸：空心軸、實(shí)心軸 光軸：加工容易 階梯軸：強(qiáng)度接近、便于安裝、定位曲軸鋼絲軟軸 直軸：空心軸、實(shí)心軸光軸：加工容易階梯軸：強(qiáng)度接近、便于安

2、裝、定位 空心軸 曲軸:專用零件 鋼絲軟軸用于受連續(xù)振動(dòng)的場合具有緩和沖擊的作用 共同點(diǎn)：聯(lián)接兩軸、與之回轉(zhuǎn)、傳遞轉(zhuǎn)矩區(qū)別 ：分離方式，聯(lián)軸器: 停止離合器: 運(yùn)動(dòng)二、聯(lián)軸器、離合器 第二節(jié)軸軸的設(shè)計(jì)包括：選定軸的材料、確定結(jié)構(gòu)計(jì)算強(qiáng)度、剛度，對于高速軸要計(jì)算其振動(dòng)穩(wěn)定性繪制軸的零件圖 一軸的材料、選擇一）選材依據(jù)： 1軸的工作能力、實(shí)現(xiàn)其能力的熱處理方式強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)穩(wěn)定性、耐磨性 2考慮其制造工藝等問題 二）軸的材料：碳素鋼、合金鋼碳素鋼：對應(yīng)力集中敏感性小、價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：35、45、50鋼， 45鋼最常用。熱處理：調(diào)質(zhì)或正火處理不重要的或受力較小的傳動(dòng)軸： Q235

3、、Q275等普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 合金鋼：較高的力學(xué)性能、熱處理性能應(yīng)用：受力較大并要求尺寸小、重量輕或耐磨性較高的重要軸常用：20Cr、40Cr當(dāng)溫度超過300c時(shí)，用含Mo的合金鋼 受力較小而耐磨性高的軸：為保證其硬度，用T8A、T10A等碳素工具鋼防磁：黃銅、青銅作軸防腐：2Cr13、4Cr13等不銹鋼 二軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的組成：軸頸軸頭軸身 軸的組成：軸頸、軸頭、軸身軸頸：軸上被支承的部分軸頭：安裝輪轂部分軸身：聯(lián)接軸頸和軸頭的部分軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求： 1 軸和裝在軸上零件要有準(zhǔn)確的軸向工作位置，并便于裝拆、調(diào)整； 2 軸應(yīng)有良好的加工工藝性 一）軸的外形結(jié)構(gòu)圖10-3a一級圓柱齒輪減速器簡圖圖

4、10-3b減速器軸的外形圖在滿足工作要求的前提下，軸的外形結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單加工方便、熱處理時(shí)不易變形、并能減少應(yīng)力集中有利于提高軸的疲勞強(qiáng)度 圖10-3a一級圓柱齒輪減速器簡圖圖10-3b減速器軸的外形圖 二）零件在軸上的固定方法：軸向、周向軸向固定：軸肩、軸環(huán)、擋環(huán)、螺母、套筒軸肩：定位面、內(nèi)圓角r，r軸倒角C or 外圓角R軸環(huán)：a=(0.070.1)d , b=1.4a 軸向固定： 軸強(qiáng)度_降低軸過盈配合處的應(yīng)力集中 軸強(qiáng)度_降低軸過盈配合處的應(yīng)力集中 周向固定：平鍵、半圓鍵銷聯(lián)接、緊定螺釘聯(lián)接、壓合聯(lián)接 軸的設(shè)計(jì)首先進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)三軸的強(qiáng)度計(jì)算一）按許用切應(yīng)力計(jì)算軸徑校驗(yàn)公式 TTT d

5、. n/P.WT 362010559 設(shè)計(jì)公式 33 620 10559 nPC. n/P.d T 二）按彎曲和扭轉(zhuǎn)復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算軸徑軸的空間受力簡圖彎矩M圖彎矩M圖合成彎矩M圖轉(zhuǎn)矩T圖當(dāng)量彎矩MV圖計(jì)算軸徑d式(10-4) 3 110 bV. Md 軸的危險(xiǎn)截面，鍵槽削弱軸的強(qiáng)度需增大軸徑鍵槽：個(gè)軸徑增大4%，個(gè)，180。軸徑增大10 軸的設(shè)計(jì)步驟： 1)形狀不復(fù)雜的軸： 2)主要傳遞轉(zhuǎn)矩(不受彎矩或彎矩很小)的傳動(dòng)軸： 3)傳遞轉(zhuǎn)矩、受彎矩的轉(zhuǎn)軸： 1)形狀不復(fù)雜的軸：直接設(shè)計(jì)從已知條件出發(fā)傳動(dòng)輪的輪體-軸頭尺寸軸承工作條件-軸頸尺寸直接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必要的校核計(jì)算軸的布置簡圖-軸的零件工作圖 2

6、)主要傳遞轉(zhuǎn)矩(不受彎矩或彎矩很小)的傳動(dòng)軸：許用切應(yīng)力-計(jì)算軸頸軸的結(jié)構(gòu)化軸的最終形狀和尺寸 3)傳遞轉(zhuǎn)矩、受彎矩的轉(zhuǎn)軸：彎矩與軸的具體結(jié)構(gòu)有關(guān)彎矩大小、分布與軸上個(gè)零件的軸向位置及支承跨距的有關(guān)取決于軸頸尺寸的大小軸頸尺寸未定時(shí)，軸上的彎矩?zé)o法確定轉(zhuǎn)矩：許用切應(yīng)力估算軸徑傳遞的轉(zhuǎn)矩許用切應(yīng)力-軸的直徑估算出軸徑，軸的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)根據(jù)需要彎扭復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算軸的最終形狀和尺寸-軸的零件圖 四軸的剛度計(jì)算目的：軸的變形載荷作用下-軸的彎扭變形軸上零件的正常工作和傳動(dòng)精度高速軸剛度不足-共振一)軸的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算相對轉(zhuǎn)角 461010559 Gd. L)nP(.GITLP 二)軸的彎曲剛度計(jì)算彎曲變形：

7、撓度、轉(zhuǎn)角工程：查表法 提高軸的強(qiáng)度的方法從上降低應(yīng)力集中的影響盡可能不在軸的受載區(qū)段切制螺紋可能時(shí)適當(dāng)放松零件與軸的配合采用能強(qiáng)化材料機(jī)械性能的提高材料的疲勞強(qiáng)度減小配合表面及圓角處的加工粗糙度對零件進(jìn)行表面淬火、氮化、氰化、滲碳處理對零件表面進(jìn)行噴丸硬化、滾壓加工改用或高強(qiáng)度材料對應(yīng)力集中的敏感性較高采用高強(qiáng)度材料時(shí)，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及表面粗糙 度要求，不要形成較大的應(yīng)力集中 第三節(jié)聯(lián)軸器分類：剛性：兩軸能嚴(yán)格對中且工作中不發(fā)生相對位移撓性：兩軸有相對位移 撓性聯(lián)軸器：兩軸有相對位移無彈性元件彈性聯(lián)軸器金屬彈性元件非金屬彈性元件 基本要求：剛性聯(lián)軸器：載荷平穩(wěn)、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、同軸度好、無相對位移

8、無彈性元件的撓性聯(lián)軸器：有相對位移彈性聯(lián)軸器(緩沖、減振)：同軸度不易保證，載荷、轉(zhuǎn)速變化較大的場合其他要求：裝拆方便尺寸較小質(zhì)量較輕維護(hù)方便選用： 安裝位置：聯(lián)軸器的安裝位置盡量靠近軸承聯(lián)軸器類型：部分標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)步驟：根據(jù)工作要求確定聯(lián)軸器型號軸徑、計(jì)算轉(zhuǎn)矩、工作轉(zhuǎn)速、位移量、工作溫度重要場合，個(gè)別關(guān)鍵零件-必要的驗(yàn)算 聯(lián)軸器、離合器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tj T：工作轉(zhuǎn)矩 Tn：許用名義轉(zhuǎn)矩，手冊 K：載荷系數(shù)剛性、無彈性元件的撓性聯(lián)軸器：大些彈性聯(lián)軸器：小些摩擦離合器：中間值安全離合器：小些nj TKTT 一剛性聯(lián)軸器一)凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)： 2絞制孔、受剪螺栓對中： 兩軸分離時(shí)，裝卸方便 1凸肩、凹槽

9、嵌合對中兩軸分離時(shí)需移動(dòng)軸 型式：(對中方法) 材料：中等以下載荷，35m/s，中等強(qiáng)度的鑄鐵重載，75m/s，鑄鋼、鍛鋼型式：(對中方法) 1凸肩、凹槽嵌合對中： 2絞制孔、受剪螺栓對中：兩軸分離時(shí)，裝卸方便 要求：制造時(shí)，準(zhǔn)確保持半聯(lián)軸器的凸緣端面與孔的軸線垂直安裝時(shí)，使兩軸精確對中特點(diǎn)：對中精度可靠傳遞轉(zhuǎn)矩較大，但不能緩沖減振要求兩軸同軸度好結(jié)構(gòu)簡單、使用方便應(yīng)用：用于載荷平穩(wěn)的聯(lián)接 1.凸肩、凹槽嵌合對中：制造簡便、價(jià)格較低六角螺栓，與螺栓孔間有少量間隙校核螺栓的尺寸螺栓預(yù)緊力4KT/ (D+D1)zf 特點(diǎn)：制造較簡便，價(jià)格較低 2.絞制孔、受剪螺栓對中：孔、螺栓的配合：H7/k6、

10、H7/js6校核螺栓的尺寸螺栓剪力 F02KT/(D0z)特點(diǎn)：能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩 二)套筒聯(lián)軸器鍵聯(lián)接銷釘聯(lián)接 緊定螺釘：傳遞力矩較小過盈配合套筒的彈性力直徑相同或不同不同聯(lián)接方式 剪切銷安全聯(lián)軸器：銷釘材料：45鋼淬火或高碳工具鋼缺點(diǎn)：精度不高銷釘剪斷，需停車才能更換優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單應(yīng)用于：很少過載的機(jī)器 剛性聯(lián)軸器總結(jié)：主要優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡便、價(jià)格較低缺點(diǎn)： 1無法補(bǔ)償兩軸之間的傾斜、位移，對兩軸對中性要求較高 2聯(lián)軸器中均為剛性零件，缺乏緩沖、吸振的能力當(dāng)兩軸之間的傾斜、位移無法避免時(shí)，出現(xiàn)附加應(yīng)力，工作情況惡化 二撓性聯(lián)軸器補(bǔ)償兩軸之間的傾斜、位移的方法無彈性元件撓性聯(lián)軸器利用聯(lián)軸器工作零件

11、之間構(gòu)成的動(dòng)聯(lián)接具有某一個(gè)或幾個(gè)方向的活動(dòng)度彈性聯(lián)軸器利用聯(lián)軸器彈性元件的變形來補(bǔ)償 一) 無彈性元件撓性聯(lián)軸器 1.盤銷聯(lián)軸器：允許兩軸有軸向位移，軸向位移量 (兩盤最大間隙，0.81.5mm) 一) 無彈性元件撓性聯(lián)軸器空回誤差 =s/r(rad)=s/r3438 s-銷釘與槽的間隙 r-銷釘軸線與被聯(lián)接軸線的距離銷釘與槽的配合：H7/h6 或H8/h7 傳動(dòng)誤差:兩軸線徑向位移e引起的傳動(dòng)誤差=1-2 sin/ sin2=e/r r-銷釘軸線與主動(dòng)軸線的距離 arcsin(sin2e/r)傳動(dòng)誤差-正弦規(guī)律 | maxarcsin(e/r)減小，應(yīng)減小e，增大r 2.滑塊聯(lián)軸器：主要用于

12、聯(lián)接徑向位移或角位移很小的兩軸 兩軸偏心距e圓盤兩榫-半聯(lián)軸器的凹槽：相對移動(dòng)榫-槽：相對移動(dòng) - 榫-槽的工作面需要加潤滑劑圓盤中心- e/2-圓周運(yùn)動(dòng)離心力正壓力加劇磨損軸和軸承附加動(dòng)載荷減小離心力中間圓盤制成空心，內(nèi)徑0.7外徑，e0.04d(軸徑)低速不超過300r/min軸的剛度較大，且無強(qiáng)烈沖擊 延長使用壽命榫與槽的摩擦表面需淬硬至55HRC，并適當(dāng)潤滑允許的徑向位移0.04d， 允許的角位移30聯(lián)接部分的間隙引起空回誤差，榫與槽的配合：H7/h6 3.萬向聯(lián)軸器：單、雙萬向聯(lián)軸器 1) 單萬向聯(lián)軸器:相交軸結(jié)構(gòu)簡單，最大轉(zhuǎn)角15度聯(lián)接兩交叉軸不能傳遞等角位移 tg2= tg1 c

13、os瞬時(shí)傳動(dòng)比不恒定平均傳動(dòng)比不恒定用于精度不高的傳動(dòng) 2) 雙萬向聯(lián)軸器: 實(shí)現(xiàn)等角位移傳動(dòng)的兩個(gè)條件： (1) 12 (2)中間軸兩端的萬向接頭環(huán)3、5應(yīng)在同一平面內(nèi) 傳動(dòng)誤差精度要求不高時(shí)，傳動(dòng)誤差無須計(jì)算精度要求較高時(shí)，不能忽略傳動(dòng)角誤差：若1= 2， =0，主從軸絕對平行，沒有傳動(dòng)誤差實(shí)際上， 0，傳動(dòng)角誤差 ：按正弦規(guī)律變化空回誤差，： ，(s1+s2+2s3)/R 12 22 1 sintg 221tgmax 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便應(yīng)用：組合機(jī)床、汽車、拖拉機(jī)等傳動(dòng)系統(tǒng)小型萬向聯(lián)軸器：按標(biāo)準(zhǔn)選用采用合金鋼 二) 有彈性元件撓性聯(lián)軸器(彈性聯(lián)軸器)彈性元件：補(bǔ)償兩軸位移、偏斜緩沖

14、、吸振儲(chǔ)存能量緩沖，彈性滯后性能消振應(yīng)用：頻繁啟動(dòng)、變載荷、高速、經(jīng)常反向、兩軸不便于嚴(yán)格對中彈性聯(lián)軸器：減小軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)改變傳動(dòng)系統(tǒng)的自振頻率 1 金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器 2非金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器 1 金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器性能：良好的補(bǔ)償兩軸位移、偏斜能力，一定的緩沖、吸振能力 2 非金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器優(yōu)點(diǎn)： 1、彈性滯后性能，具有一定的消振能力 2、單位重量儲(chǔ)存能量多，緩沖性能好。 3、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜缺點(diǎn)：強(qiáng)度低尺寸大壽命短 (1) 彈性套柱銷聯(lián)軸器構(gòu)造與凸緣聯(lián)軸器類似，彈性套柱銷聯(lián)接螺栓 材料：半聯(lián)軸器鑄鐵，35鍛鋼柱銷35鋼，正火處理彈性套天然橡膠或合成橡膠擋圈Q235鋼

15、應(yīng)用：頻繁啟動(dòng)、變載荷工作環(huán)境溫度：20+50。C，無油質(zhì)及其他有害于橡膠的介質(zhì)與聯(lián)軸器接觸 間隙C:以便兩軸作少量的軸向移動(dòng)允許的最大位移量：軸向 27.5mm徑向 0.20.7mm角度130 30外徑的最大圓周速度=30m/s 驗(yàn)算公式彈性套柱銷聯(lián)軸器彈性套單位面積上的壓力(載荷均布在80的彈性套上)柱銷的彎曲強(qiáng)度 pzldD KT.zldD. KTp 00 52280 bb zdD KTl.z.DKT 300 512802 (2) 彈性圓盤聯(lián)軸器材料：非金屬材料，皮革、橡膠、夾布膠木彈性圓盤的彈性，吸收有害的振動(dòng)、沖擊允許兩軸作微量的徑向移動(dòng)、少量的軸向移動(dòng) 第四節(jié)離合器基本要求接合迅速

16、、分離徹底、動(dòng)作準(zhǔn)確可靠、平穩(wěn)無沖擊結(jié)構(gòu)簡單、制造調(diào)整維修方便強(qiáng)度高、散熱好適用壽命長重量輕尺寸小 一、牙嵌離合器 1半離合器 2半離合器 3導(dǎo)向環(huán) 4撥叉牙嵌離合器的承載能力主要取決于牙根的彎曲強(qiáng)度 牙型：矩形、梯形、鋸齒形矩形牙：不便于接合，齒根強(qiáng)度低傳遞載荷時(shí)，牙與牙之間無軸向力，分離比較困難梯形牙：強(qiáng)度較高，能傳遞較大載荷能自行補(bǔ)償牙的磨損和牙側(cè)間隙，避免載荷和速度變化時(shí)因間隙而產(chǎn)生沖擊，應(yīng)用廣泛鋸齒形：強(qiáng)度最高若利用傾角大的一面工作，會(huì)因 牙與牙之間很大的軸向力迫使離合器分離矩形、梯形牙：傳遞雙向轉(zhuǎn)矩鋸齒形：傳遞單向轉(zhuǎn)矩低速，用三角形：開合比較容易 ，牙形角為30度 牙數(shù)：360要求

17、傳遞轉(zhuǎn)矩越大，選用牙數(shù)越少要求接合時(shí)間越短，選用牙數(shù)越多；但牙數(shù)多時(shí)，各牙分擔(dān)的載荷越不均勻三角形牙：傳遞中、小轉(zhuǎn)矩牙數(shù)為1560梯形牙、鋸齒形：傳遞中、小轉(zhuǎn)矩牙數(shù)為315 各牙應(yīng)精確等分，以使載荷均布 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、尺寸較小、傳動(dòng)精確缺點(diǎn)：結(jié)合速度較低用于兩軸不回轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速差很小時(shí)的接合，否則牙齒可能會(huì)因?yàn)槭茏矒舳蹟?性能要求：工作表面有較高硬度，以減少磨損材料：低碳合金鋼20Cr、20MnB滲碳淬火，牙面硬度達(dá)到5662HRC中碳合金鋼40Cr、45MnB表面淬火，牙面硬度達(dá)到4858HRC牙嵌離合器的主要尺寸：從手冊選取 必要時(shí)，可驗(yàn)算牙面上的強(qiáng)度合牙根彎曲應(yīng)力 二、摩擦式離合器 (一)單圓盤式摩擦離合器 (二)圓錐式摩擦離合器特點(diǎn)：散熱好，能自動(dòng)對心；楔形增壓作用，所需軸向壓緊力小錐面加工較困難 摩擦式離合器優(yōu)點(diǎn)：可在任何角速度下合、離改變軸向壓緊力，可調(diào)節(jié)從動(dòng)軸的加速時(shí)間接合時(shí)，沖擊振動(dòng)小工作面存在彈性打滑，不宜用于示數(shù)數(shù)傳動(dòng)。