第七章

軸、聯(lián)軸器、離合器參考文獻(xiàn)張策主編，《機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)》（下冊(cè)），機(jī)械工業(yè)出版社，2004濮良貴主編，《機(jī)械設(shè)計(jì)》，高等教育出版社，2006其他機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)書(shū)籍第一節(jié)概述一、軸是軸系的核心零件，一切做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件，只有裝在軸上后才能實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)。二、軸的分類1、按載荷和應(yīng)力的不同，分為三種：

心軸——隨同回轉(zhuǎn)零件一起或不一起轉(zhuǎn)動(dòng)。只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)動(dòng)心軸受變應(yīng)力，不轉(zhuǎn)動(dòng)心軸受靜應(yīng)力。動(dòng)畫(huà)1轉(zhuǎn)動(dòng)心軸2固定心軸

轉(zhuǎn)軸——既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩。動(dòng)畫(huà)1減速器中的軸2

傳動(dòng)軸——主要承受轉(zhuǎn)矩。動(dòng)畫(huà)1汽車變速箱至后橋的傳動(dòng)軸2、按軸的中心線的不同，分為三種：

直軸——軸的各截面中心在同一直線上。光軸、階梯軸實(shí)心軸、空心軸

曲軸——軸的各截面中心不在同一直線上。曲軸通常是專用零件。

軟軸——軸線可變，把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳到任何位置。第一節(jié)概述三、聯(lián)軸器和離合器

用來(lái)聯(lián)結(jié)兩根軸，使之一同回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩的一種部件。

聯(lián)軸器只有當(dāng)運(yùn)動(dòng)停止后，靠拆卸，才能將軸分開(kāi)；

離合器可在運(yùn)動(dòng)中隨時(shí)使兩軸分離或結(jié)合。第一節(jié)概述第一節(jié)概述圖10-1心軸第一節(jié)概述圖10-2轉(zhuǎn)軸第一節(jié)概述第一節(jié)概述第一節(jié)概述第一節(jié)概述設(shè)計(jì)軸時(shí)的考慮因素：回轉(zhuǎn)精度、強(qiáng)度、剛度、熱變形、振動(dòng)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)工藝性。設(shè)計(jì)步驟：

選擇軸的材料→粗略估算軸的最小直徑→結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→強(qiáng)度校核→畫(huà)出軸的零件工作圖。

軸的設(shè)計(jì)要與軸承、軸系零件統(tǒng)一考慮。

第二節(jié)軸第一步驟：軸的材料及其選擇（表10-1）1、選材原則：根據(jù)軸的工作能力（強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)穩(wěn)定性、耐磨性等）、熱處理方式、制造工藝性——經(jīng)濟(jì)合理。2、常用材料

碳素鋼——對(duì)應(yīng)力集中敏感性小，價(jià)格低廉，常用。

45、35、50（調(diào)質(zhì)or正火），Q235、Q275

合金鋼——較高的力學(xué)性能和熱處理性能，用于受力較大且尺寸較小、重量輕和耐磨性高的軸。

20Cr、40Cr、含Mo合金鋼。第二節(jié)軸第二步驟、估算最小軸徑

已知：軸傳遞的功率P、轉(zhuǎn)速n，按照材料力學(xué)知識(shí)進(jìn)行估算（10－1）（10－2）第二節(jié)軸參數(shù)說(shuō)明見(jiàn)書(shū)本P216當(dāng)在軸上開(kāi)有鍵槽或銷釘孔時(shí)，會(huì)削弱軸的強(qiáng)度。因此要將軸徑適當(dāng)加大。第三步驟：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、軸的結(jié)構(gòu)

軸頸—軸上被支承的部位③⑦；軸頭—安裝旋轉(zhuǎn)零件的部位①④；軸身——聯(lián)結(jié)軸頸與軸頭的部分。②⑤⑥

2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容1）確定并繪出軸的全部結(jié)構(gòu)和尺寸；2）制定出滿足使用要求的技術(shù)條件。3、一般應(yīng)使軸的結(jié)構(gòu)滿足如下條件1）軸和裝在軸上的零件有準(zhǔn)確的軸向、周向工作位置，并便于裝拆和調(diào)整；2）有良好的加工工藝性；3）有足夠的強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)精度。第二節(jié)軸軸上零件的安裝過(guò)程零件在軸上的軸向固定第二節(jié)軸軸肩、軸環(huán)－簡(jiǎn)單可靠，不需附加零件，承受較大軸向力；但使直徑增大，階梯處產(chǎn)生應(yīng)力集中。定位面內(nèi)圓角r<Ror(C)a=(0.07~0.1)d,b=1.4a第二節(jié)軸套筒－簡(jiǎn)單可靠，簡(jiǎn)化軸的結(jié)構(gòu)且不消弱軸的強(qiáng)度；常用于軸上兩個(gè)近距零件間的相對(duì)固定；不宜用于高速轉(zhuǎn)軸；套筒內(nèi)徑與軸的配合較松。螺母－固定可靠，承受較大軸向力，能實(shí)現(xiàn)軸上零件的間隙調(diào)整；常用于兩零件的間距較大除，亦可用于軸端；為減小對(duì)軸的強(qiáng)度的消弱，常用細(xì)牙螺紋；為防松，須加止動(dòng)墊圈或使用雙螺母。第二節(jié)軸軸端擋圈－工作可靠，承受較大軸向力；只用于軸端，且采用止動(dòng)墊片等防松措施。錐面－裝拆方便，且可兼作周向定位；宜用于高速、沖擊及對(duì)中性要求高的場(chǎng)合。第二節(jié)軸彈性擋圈－結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，裝拆方便，但受力較小，且軸上切槽引起應(yīng)力集中；常用于軸承的固定。緊定螺釘、鎖緊擋圈－結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但受力較小，不適于高速場(chǎng)合。零件在軸上的周向固定

鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接、緊定螺釘、過(guò)盈聯(lián)接等第二節(jié)軸軸系結(jié)構(gòu)實(shí)例第二節(jié)軸圖10-3進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對(duì)于僅僅承受扭矩的軸(傳動(dòng)軸),應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件（10－1）計(jì)算；對(duì)于只承受彎矩的軸（心軸），應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì)于既承受彎矩又承受扭矩的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件（10－3）進(jìn)行計(jì)算，需要時(shí)還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核。此外，對(duì)于瞬時(shí)過(guò)載很大或應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性較為嚴(yán)重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生過(guò)量的塑性變形。強(qiáng)度校驗(yàn)時(shí)需要繪制軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（受力簡(jiǎn)圖、彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖等），強(qiáng)度校驗(yàn)步驟見(jiàn)P218第四步驟：強(qiáng)度校核通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步確定出軸的尺寸后，根據(jù)受載情況，進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算。

必要時(shí)進(jìn)行軸的剛度計(jì)算㈠扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算㈡彎曲剛度計(jì)算

計(jì)算法

工程－查表法第二節(jié)軸聯(lián)軸器——聯(lián)結(jié)兩根軸一同回轉(zhuǎn)，僅在停止時(shí)經(jīng)拆卸才能將二者分離。聯(lián)軸器分類：

剛性聯(lián)軸器——用于兩軸嚴(yán)格對(duì)中，工作中不發(fā)生相對(duì)偏移的地方。

撓性聯(lián)軸器——用于兩軸有相對(duì)位移的地方。如果使用彈性元件，則稱彈性聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)選用原則:

拆卸方便、質(zhì)量較輕、尺寸較小、便于拆卸安裝、位置盡量靠近軸承第三節(jié)聯(lián)軸器一、剛性聯(lián)軸器

套筒聯(lián)軸器

凸緣聯(lián)軸器二、撓性聯(lián)軸器（一）無(wú)彈性元件撓性聯(lián)軸器

盤銷聯(lián)軸器

十字滑塊聯(lián)軸器

單萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器

雙萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器

齒輪聯(lián)軸器

鏈?zhǔn)铰?lián)軸器

（二）有彈性元件撓性聯(lián)軸器

1金屬?gòu)椥栽闲月?lián)軸器

2非金屬?gòu)椥栽闲月?lián)軸器

彈性套柱銷聯(lián)軸器

彈性柱銷聯(lián)軸器

輪胎式聯(lián)軸器

彈性圓盤聯(lián)軸器第三節(jié)聯(lián)軸器

離合器——聯(lián)結(jié)兩根軸一同回轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)中可隨時(shí)使二者分離或結(jié)合。

離合器的分類與典型介紹離合器外力操縱自動(dòng)操縱機(jī)械離合器電磁離合器氣壓離合器液壓離合器嚙合式－牙嵌、齒式。摩擦式－單盤、多盤、

圓錐、彈簧。超越離合器－牙嵌、滾柱、楔塊。離心離合器－閘塊、鋼珠。安全離合器－牙嵌、鋼珠、圓盤、圓錐。第四節(jié)離合器（離合方式）（操縱方式）（工作原理）（特性）第三節(jié)聯(lián)軸器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊（特別是徑向尺寸），成本低廉，便于裝卸與維護(hù)。可以一定程度上起安全保護(hù)作用。要求在兩軸嚴(yán)格對(duì)中情況下使用。（已有標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)資料）第三節(jié)聯(lián)軸器圖10-11第三節(jié)聯(lián)軸器半聯(lián)軸器螺栓凸緣聯(lián)軸器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可傳遞較大轉(zhuǎn)距，要求在兩軸嚴(yán)格對(duì)中情況下使用。是一種應(yīng)用廣泛，便于購(gòu)得標(biāo)準(zhǔn)件的聯(lián)軸器類型。其中凸肩－凹槽型拆卸時(shí)需要軸向位移，受剪螺栓型無(wú)需軸向位移。第三節(jié)聯(lián)軸器圖10-13盤銷聯(lián)軸器－允許連接軸的最大軸向位移量要小于兩盤間最大間隙。

在讀數(shù)系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，應(yīng)注意兩軸線不重合所引起的傳動(dòng)誤差。第三節(jié)聯(lián)軸器十字滑塊聯(lián)軸器特點(diǎn)：用于聯(lián)結(jié)徑向位移或角位移很小的兩根軸。可傳遞中等力矩。滑動(dòng)面間存在磨損，存在偏心質(zhì)量，產(chǎn)生離心力，不宜用于高速旋轉(zhuǎn)，效率較低?？栈卣`差較大。動(dòng)畫(huà)第三節(jié)聯(lián)軸器單萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于聯(lián)接兩交叉軸。不能傳遞等角位移，在轉(zhuǎn)動(dòng)一周過(guò)程中，兩軸傳動(dòng)比不能始終為1。主要用于精度要求不高的傳動(dòng)中。第三節(jié)聯(lián)軸器1－萬(wàn)向接頭套2－萬(wàn)向接頭環(huán)3－球頭軸4－銷桿圖片特點(diǎn)：用于不對(duì)心的兩根軸間實(shí)現(xiàn)等角速度傳動(dòng)。條件①

α1＝α2

②中間軸的兩端的萬(wàn)向接頭環(huán)3、5應(yīng)在同一平面內(nèi)。

動(dòng)畫(huà)1

動(dòng)畫(huà)2

第三節(jié)聯(lián)軸器圖10-16主動(dòng)軸中間軸從動(dòng)軸第三節(jié)聯(lián)軸器特點(diǎn)：對(duì)兩軸綜合偏移有很好的補(bǔ)償性。齒輪聯(lián)軸器外廓緊湊。因?yàn)楹芏帻X同時(shí)工作，故傳遞轉(zhuǎn)矩大、工作可靠。適用于啟動(dòng)頻繁，經(jīng)常正反轉(zhuǎn)使用的場(chǎng)合。第三節(jié)聯(lián)軸器第三節(jié)聯(lián)軸器特點(diǎn)：拆卸方便。第三節(jié)聯(lián)軸器金屬?gòu)椥栽闲月?lián)軸器序號(hào)名稱結(jié)構(gòu)圖特點(diǎn)及應(yīng)用1蛇形彈簧聯(lián)軸器工作轉(zhuǎn)矩通過(guò)菱形的齒和彈簧來(lái)傳遞。適用于轉(zhuǎn)矩變化不大的兩軸聯(lián)接，多用于有嚴(yán)重沖擊載荷的重型機(jī)械中。2彈性桿聯(lián)軸器在兩半聯(lián)軸器凸緣上的孔中插有圓形截面的金屬鋼絲。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，彈性均勻，尺寸小，價(jià)格便宜，彈性元件容易制造。一般用于風(fēng)機(jī)、泵等機(jī)械設(shè)備中。3簧片聯(lián)軸器高彈性，可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，有良好的阻尼性能。主要用于載荷變化大，可能發(fā)生扭振的軸系中。4波紋管聯(lián)軸器由波紋管和兩個(gè)套筒組成。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，慣性小，彈性回差小。主要用于儀表和控制器。第三節(jié)聯(lián)軸器第三節(jié)聯(lián)軸器特點(diǎn)：用于聯(lián)結(jié)啟動(dòng)頻繁，在交變載荷下運(yùn)轉(zhuǎn)的兩根軸。動(dòng)畫(huà)第三節(jié)聯(lián)軸器圖10-18第三節(jié)聯(lián)軸器動(dòng)畫(huà)第三節(jié)聯(lián)軸器第三節(jié)聯(lián)軸器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，彈性好，價(jià)廉，減震性能好。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸較小。承載能力大，主、從動(dòng)軸可同步轉(zhuǎn)動(dòng)，但接合時(shí)有沖擊。

一般在靜止或圓周速度較低情況下結(jié)合。查閱手冊(cè)可獲得標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。動(dòng)畫(huà)第四節(jié)離合器特點(diǎn)：可通過(guò)增加摩擦盤直徑或軸向壓緊力增加傳遞的轉(zhuǎn)矩。軸向尺寸不變，可在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)結(jié)合或脫開(kāi)。有安全保護(hù)作用。第四節(jié)離合器第四節(jié)離合器第四節(jié)離合器第四節(jié)離合器1—主動(dòng)軸

2—主動(dòng)軸套筒

3—外摩擦盤

4—內(nèi)摩擦盤

5—從動(dòng)套筒

6—滑環(huán)套

7—從動(dòng)軸多盤式摩擦離合器

特點(diǎn)：可通過(guò)增加摩擦盤數(shù)目增加傳遞的轉(zhuǎn)矩。離合器的徑向尺寸、軸向壓緊力不變，軸向尺寸增加有限，可在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)結(jié)合或脫開(kāi)。機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、電磁控制方式均有標(biāo)準(zhǔn)化供貨。磨損后更換摩擦片即可。第四節(jié)離合器第四節(jié)離合器特點(diǎn)：可通過(guò)增加摩擦盤直徑或調(diào)整摩擦盤錐角增加傳遞的轉(zhuǎn)矩。傳遞同樣轉(zhuǎn)矩情況下比單盤式所需軸向力和徑向尺寸均小，可在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)結(jié)合或脫開(kāi)。第四節(jié)離合器摩擦面第四節(jié)離合器特點(diǎn)：（牙嵌式）僅用于靜止或低速結(jié)合場(chǎng)合。結(jié)構(gòu)緊湊