机械设计基础 联轴器
机械设计基础-第9章-轴和联轴器
碳素钢
500许用弯曲应力170
75
45
600
200
95
55
700
230
110
65
800
合金钢
900
270
130
75
300
140
80
1000
330
150
90
铸钢
400
500
100
50
30
120
70
40
折合系数取值：α=
0.3 ----转矩不变； 0.6 ----脉动变化； 1 ----频繁正反转。
设计公式： d 3 M d
滑动轴承 向心球轴承 调心球轴承 圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 安装齿轮处轴
的截面
允许偏转角 [θ](rad)
0.001 0.005 0.05 0.0025 0.0016
0.001~0.00 2
四、轴的设计
类比法 根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结构设计，画出 轴的零件图。
设计计算法
根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力。 按扭转强度估算出轴的最小直径。 设计轴的结构，绘制出轴的结构草图。包括
第九章 轴和联轴器
§9.1 轴的分类和材料 §9.2 轴的结构 §9.3 轴的计算 §9.4 轴毂联结 §9.5 联轴器和离合器
§9-1 轴的分类和材料
轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转 运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)，并传递运动和动力。
分类： 按承受载荷分有：
类 型
按轴的形状分有：
为了减少键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径
有一个键槽
有两个键槽
轴径d＞ 100mm
机械设计基础习题解答1
1．凸缘联轴器，用六个普通螺栓联接，螺栓分布在mm D 100=的圆周上，接合面摩擦系数f =0.16，防滑系数 1.2f K =，若联轴器传递扭矩为m N .150，试求螺栓螺纹小径。
（螺栓[]MPa 120=σ）。
解： T K r fF f zi i ≥∑=10N r f TK F f 3750)506(16.0101502.1)6(30=⨯⨯⨯⨯==mm F d 19.712037502.5][2.501=⨯=≥πσπ 结论 取M10的螺栓2．图示刚性联轴器，螺栓孔分布圆直径mm D 160=，其传递的扭矩m N T .1200=，若使用16M 的普通螺栓（螺纹内径mm d 84.131=），被联接件接合面的摩擦系数25.0=f ，防滑系数2.1=K f ，螺栓材料的许用应力[]MPa 80=σ，问至少需要多少个螺栓才能满足联接的要求？ 解：强度条件：302211332211.34 1.3240010[][]/44 1.32400104 1.3 1.22400107.77[]13.840.2516080s s F K d d fzDK z d fD σσσπππσπ⨯⨯⨯=≤∴≤⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯∴≥==⨯⨯⨯⨯至少需8个螺栓3.已知气缸的工作总压力Q=29000N，螺栓材料为35号钢，许用应力[σ]=150N/mm2,螺栓个数Z = 8,剩余预紧力F'0=1.5 F, 试设计气缸盖螺栓联接。
mmd d d F NF F F NF F NZ Q F 000121999.101505.906243.1][43.15.90625.543736255.543736255.15.136258290001212100≥≤⨯⨯≤⨯='=+='+==⨯=='===∑∑πσπσ查表选取M12，其小径d 1=10.106>10.000121999 符合要求。
4.有一受轴向变载荷作用的紧螺栓联接，预紧力N F 40000=，轴向工作载荷在N 4000~0之间变化，假设螺栓与被联接件刚度相等，试绘制受力变形图并计算：（1）螺栓所受最大和最小载荷是多少？（2）被联接件之间的压紧力最大和最小值是多少？（3）螺栓材料的许用应力[]MPa 80=σ，根据受轴向静载荷计算螺栓尺寸1d 。
机械设计基础课程教案讲义联轴器和、离合器和制动器教案讲义
教学目地：1熟悉联轴器的类型、特点、应用和选择2了解离合器的类型和应用3了解制动器的类型和应用教学重点：1常用联轴器的特点和选择2常用离合器的类型和工作原理教学难点：常用联轴器的选择和标注第十三章联轴器和离合器和制动器联轴器和离合器是机械传动中的重要部件。
联轴器和离合器可联接主、从动轴，使其一同回转并传递扭矩，有时也可用作安全装置。
联轴器联接的分与合只能在停机时进行，而离合器联接的分与合可随时进行。
如图13-1、图13-2所示为联轴器和离合器应用实例。
1-电动机2、5-联轴器3-制动器4-减速器6-卷筒7-轴承8-机架图13-2图13-1图13-1所示为电动绞车，电动机输出轴与减速器输入轴之间用联轴器联接，减速器输出轴与卷筒之间同样用联轴器联接来传递运动和扭矩。
图13-2所示为自动车床转塔刀架上用于控制转位的离合器。
联轴器和离合器的类型很多，其中多数已标准化，设计选择时可根据工作要求，查阅有关手册、样本，选择合适的类型，必要时对其中主要零件进行强度校核。
13.1联轴器13.1.1 联轴器的性能要求联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后变形、温度变化和轴承磨损等原因，不能保证严格对中，使两轴线之间出现相对位移，如图13-3所示，如果联轴器对各种位移没有补偿能力，工作中将会产生附加动载荷，使工作情况恶化。
因此，要求联轴器具有补偿一定范围内两轴线相对位移量的能力。
对于经常负载启动或工作载荷变化的场合，要求联轴器中具有起缓冲、减振作用的弹性元件，以保护原动机和工作机不受或少受损伤。
同时还要求联轴器安全、可靠，有足够的强度和使用寿命。
a）b）c）d）a）轴向位移b）径向位移c）角度位移d）综合位移图13-313.1.2 联轴器的分类联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。
刚性联轴器不具有缓冲性和补偿两轴线相对位移的能力，要求两轴严格对中，但此类联轴器结构简单，制造成本较低，装拆、维护方便，能保证两轴有较高的对中性，传递转矩较大，应用广泛。
机械设计基础第5版杨可桢
工作原理：移动滑环，
设计：潘存云
通过杠杆作用，压紧
或放松磨擦片，来实
现两轴的结合与分离。
天津工业大学专用
作者： 潘存云教授
摩擦片材料：淬火钢片、压制石棉片。 摩擦片数量z↑传递扭矩T ↑
但z过大将使各层间压力不均匀，一般取: z=12~15
摩擦扭矩: 表面压强:
Tmax= z Fa f Rf
=
z
Fa
瓦块制动器已经规范ຫໍສະໝຸດ ，可根据所需的制动力矩选型。二、带式制动器
绞制孔螺栓
普通螺栓
对中榫
设计：潘存云
设计：潘存云
普通凸缘联轴器
天津工业大学专用
作者： 潘存云教授
制造与安装要求：半联轴器的凸缘端面应与轴线垂直， 安装时应使两轴精确对中。
材料：一般用铸铁、当重载或 V≥30 m/s时，用铸 钢或锻钢 。
特点：结构简单、使用方便、传递扭矩较大，但不能 缓冲减振 。
应用：用于载荷较平稳的两轴联接 。 90˚
设计：潘存云
轮一起旋转。
当外环反向转动时，则带动滚 柱克服弹簧力而滚到楔形空间 的宽敞位置，离合器处于分离 状态。
天津工业大学专用
作者： 潘存云教授
二、楔块式定向离合器
结构：由内环、外环、楔块、支撑环、拉簧等零件组成。 工作原理： 内外环工作面都为圆形，整圈拉簧压着楔块始终与内 环接触，并力图使楔块绕自身作逆时钟方向偏摆。当 外环顺时钟方向旋转时，楔块克服弹簧力而作顺时钟 方向摆动，从而在内外环间越楔越紧，离合器处于结 合状态。反向时斜块松开而成分离状态。
中碳合金钢：40Cr 、 45MnB。 表面淬火后牙面硬度：48~58 HRC;
天津工业大学专用
作者： 潘存云教授
机械设计基础 名词解释
滚动体的受力分析：滚动体——不稳定脉动循环变应力，固定套圈——稳定的脉动循环
变应力。
滚动轴承的失效形式：1）疲劳点蚀，2）塑性变形 3）磨损、胶合 计算准则：一般轴承——疲劳寿命计算（针对点蚀）静强度计算；低速或摆动轴承——只
进行静强度计算；高速轴承——进行疲劳寿命计算、校验极限转速。
中国石油大学 石工 09-6 班
运转中，可根据需要将两轴分离或结合。
作用：1、用于联接轴与轴，以传递运动与转矩；2、补偿所联两轴的相对位移；3、可用作
安全装置； 4、吸振、缓冲。
刚性联轴器— 用于载荷平稳，转速稳定，同轴度好，无相对位移的场合。挠性联轴器—
用于适用于两轴有偏移或在工作时有相对位移场合。
离合器分类：1、牙嵌式离合器；2、摩擦式离合器。
蜗杆传动失效形式：由于蜗杆传动齿面间相对滑动速度大，发热量大，其失效形式主要
是齿面胶合，其次是点蚀、断齿、磨损和塑性变形等。
热平衡计算
目的： 控制油温稳定地处于规定的范围内 （由于蜗杆传动效率低、 发热量大， 若不及时散热， 会引起箱体内油温升高，润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合） 。
提高散热能力的措施： ①增加散热面积： 例如， 在箱体外壁合理设计并铸出或焊上散热筋片； ②提高表面传热系数：例如，在蜗杆端部加装风扇；③在减速器油池中加装蛇形冷却水管进 行冷却；④采用喷油润滑。
第十六章
按表面润滑情况，摩擦可分为：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。 滑动轴承按承受载荷方向：1、向心滑动轴承 — 径向滑动轴承，主要承受径向载荷 Fr。
2、推力滑动轴承 — 主要承受轴向载荷 Fa。
向心滑动轴承 1）整体式轴承 2）剖分式轴承 径向轴承：
1、限制轴承平均压强目的：防止 p 过高，油被挤出，产生 “过度磨损” 。 2、限制 pv 值目的：限制 pv 是为了限制轴承温升、防止胶合。 3、限制滑动速度 v，目的：防止 v 过高而加速磨损。
机械设计基础作业解答
最小传动角（即最大压力角） ➢ 死点位置： • 取决于从动件是否与连杆共线。
• 连杆与主动件（曲柄）共线，不与从动件（摇杆）共 线，故无死点。
第四页，编辑于星期日：十五点 分。
P96 6-7
6-7 确定下表中所示各机构的极限位置、最大压力角和死点位置。
第二十六页，编辑于星期日：十五点 分。
第二十七页，编辑于星期日：十五点 分。
970
13.2
第二十八页，编辑于星期日：十五点 分。
第二十九页，编辑于星期日：十五点 分。
第三十页，编辑于星期日：十五点 分。
详解
• 双头螺柱连接
第十六页，编辑于星期日：十五点 分。
详解
• 紧定螺钉连接
d=(0.2-0.3)dh
第十七页，编辑于星期日：十五点 分。
P62 4-11
4-11 试选择驱动某水泵电动机与联轴器的平键连接。已知电动机轴的 输出转矩T=50N.m，轴径d=34mm,铸铁联轴器的轮毂长为85mm， 有轻微冲击载荷作用。
第二十二页，编辑于星期日：十五点 分。
大轮带轮基准直径D2为
D2
n1 n2
D1
970 330
125mm
367.4mm
按P134表9-7，选取标准直径D2=355mm,实际传动比i、从动轮的实际转速分别为
i D2 355 2.84
D1 125
n2
n1 i
970 2.84
341(r
/ min)
从动轮的转速误差率为
• 7-10
μr= 1 mm/mm
第十二页，编辑于星期日：十五点 分。
P50 3-17
机械设计基础-14.2联轴器的选择
第二节联轴器的选择联轴器的种类很多，我们本章主要介绍实际中常用的几种。
大家注意，部分联轴器已经标准化，有标准系列产品，对于我们来讲，主要是如何选用的问题。
1、联轴器类型的选择当载荷稳定，转速稳定，同轴性好，无相对位移时，可选刚性联轴器，也可选用弹性联轴器；当载荷稳定，转速稳定，但有相对位移时，可选用无弹性元件的挠性联轴器，也可选用弹性联轴器；当载荷、转速变化时，应选弹性联轴器。
（当然，载荷稳定，转速稳定时，也可以选弹性联轴器的。
）对于标准联轴器，往往是根据传递的转矩的大小，工作转速，轴的直径等确定联轴器的具体型号。
选择联轴器类型时，应考虑：(1)所需传递转矩的大小和性质，对缓冲、减振功能的要求以及是否可能发生共振等。
(2)由制造和装配误差、轴受载和热膨胀变形以及部件之间的相对运动等引起两轴轴线的相对位移程度。
(3)许用的外形尺寸和安装方法，为了便于装配、调整和维修所必需的操作空间。
对于大型的联轴器，应能在轴不需作轴向移动的条件下实现装拆。
此外，还应考虑工作环境、使用寿命以及润滑和密封和经济性等条件，再参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器类型。
联轴器的标准系列，可查机械设计手册2、联轴器型号、尺寸的确定对于已标准化和系列化的联轴器，选定合适类型后，可按转矩、轴直径和转速等确定联轴器的型号和结构尺寸。
联轴器的计算转矩：Tca=K A T式中：T为联轴器的名义转矩(N.m)；T ca为联轴器的计算转矩(N.m)；K A为工作情况系数，其值见表(此系数也适用于离合器的选择)。
根据计算转矩、轴直径和转速等，由下面条件，可从有关手册中选取联轴器的型号和结构尺寸。
T ca[T]n式中：[T]为所选联轴器的许用转矩(N.m)；n为被联接轴的转速(r/min)；为所选联轴器允许的最高转速(r/min)。
多数情况下，每一型号的联轴器适用的轴径均有一个范围。
标准中已给出轴径的最大与最小值，或者给出适用直径的尺寸系列，被联接的两轴应在此范围之内。
杨可桢《机械设计基础》(第5版)笔记和课后习题(联轴器、离合器和制动器)
第17章 联轴器、离合器和制动器17.1 复习笔记联轴器和离合器主要用于轴与轴之间的连接，使它们一起回转并传递转矩。
用联轴器连接的两轴在机器运转时不能分离，停止时才能分离。
用离合器连接的两轴在运转中就能方便地分离和接合。
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。
目前，联轴器、离合器大都已经标准化，其选择过程如下：（1）计算转矩－由于机器起动时的惯性力和工作中可能出现的过载现象，计算转矩的计算公式为c A T K T =式中，T 为公称转矩，N ·m ；K A 为工作情况系数。
（2）确定型号根据轴径、计算转矩T c 、转速n 及所选的类型，按照公式c n T T ≤，p n n ≤从标准中选定合适的型号。
（3）必要时应对其中某些零件进行校核验算。
一、联轴器的种类和特性 1．刚性联轴器（1）固定式刚性联轴器固定式刚性联轴器中应用最广的是凸缘联轴器。
它是用螺栓连接两个半联轴器的凸缘，从而实规两轴的连接。
螺栓可以用普通螺栓，也可以用铰制孔螺栓。
如图17-1所示，这种联轴器主要有普通凸缘联轴器，如图17-1（a ）所示和有对中榫的凸缘联轴器，如图17-1（b ）所示两种结构形式。
（a ） （b ）图17-1凸缘联轴器的结构简单，使用方便，可传递的转矩较大，但不能缓冲减振。
常用于载荷较平稳的两轴连接。
（2）可移式刚性联轴器可移式刚性联轴器的组成零件间构成动连接，具有某一方向或几个方向的活动度，因此能补偿两轴的相对位移。
常见的可移式刚性联轴器有以下3种。
①齿式联轴器：由于是多齿接触，因此承载能力大，能传递很大的转矩以及补偿适量的综合位移，常用于重型机械中。
但是，当传递巨大的转矩时，齿间的压力也随着增大，使联轴器的灵活性降低，且其结构笨重，造价较高。
②十字滑块联轴器：可补偿安装及运转时两轴间的相对位移。
但由于两轴线不对中，转速较高时，将产生较大的离心力，并带有附加动载荷，因此只适用于低速，且轴的转速一般不超过300 r/min的场合。