第七章 联接轴与联轴节.
机械设计-联轴器概述
外观与凸缘联轴器相似，用带橡胶 弹性套的柱销联接两个半联轴器。 预留间隙以补偿轴向位移。
联轴器概述
2 联轴器的分类
2、挠性联轴器：有弹性元件
弹性柱销联轴器
用尼龙制成的柱销置于两个半联轴 器凸缘的孔中。能补偿较大的轴向位 移，并允许微量的径向位移和角位移。
上述两种联轴器的动力通过弹性元 件传递，缓和冲击、吸收振动。
联轴器概述
1 联轴器的功用 2 联轴器的分类 3 小结
CONTENTS
目 录
联轴器概述
1 联轴器的功用
联轴器又称联轴节。用来将不同机构中的主动轴和从动轴牢固地联接起来一 同旋转，并传递运动和扭矩的机械部件。有时也用以联接轴与其他零件（如齿 轮、带轮等）。
2 联轴器的分类
刚性联轴器
联轴器 挠性联轴器
联轴器概述
3 小结
联轴器的功用：传递运动和扭矩的机械部件
刚性联轴器
套筒联轴器 凸缘联轴器
联轴器的分类 挠性联轴器
无弹性元件 有弹性元件
滑块联轴器 万向联轴器 齿轮联轴器
弹性圈柱销联轴器 弹性柱销联轴器 轮胎联轴器
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无弹性元件 有弹性元件
联轴器概述
2 联轴器的分类
1、刚性联轴器 对两轴间的各种相对位移无补偿能力，对两轴对中性要求高。两轴有相对位移
时，会在结构内引起附加载荷。这类联轴器的结构比较简单。
套筒联轴器
凸缘联轴器
联轴器概述
2 联轴器的分类
1、刚性联轴器
套筒联轴器
用套筒通过键或销将两轴连接在一 起，用紧定螺钉来实现轴向固定。如 果销轴尺寸设计得当，过载时会被剪 断，可以防止损坏机械的其他零件。 这种起到安全保护作用的联轴器称为 安全联轴器。
键与花键(第7章)
C
dm d
D
挤压强度条件：
P
2000 T z hl dm
[ ]P
动联接（耐磨性条件）： P 2000 T [P] z hl dm
T——传递扭矩（N.m） Z——花键齿数 l ——键齿工作长度（mm）dm——花键的平均直径 ψ——载荷分布不均系数 h——键齿侧面工作高度（mm）
4、切向键 两个斜度为1：100的楔键联接，上、下两面为工作面（打 入）布置在圆周的切向 工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩
工作面
毂
轴
1:100
二、键联接的选择和强度校核
1、选择 类型尺寸： （b×h）×L
由轴径d 由轮毂宽
从标准中选b×h 选键长L（系列值）
由结构确定，而 不是由强度确定。
弹 性 环 的 材 料 为 高 碳 钢 或 高 碳 合 金 钢 （ 65 ， 70 ， 55Cr2 、 60Cr2）并经热处理。锥角一般为12.5~17°，另外要求内、外 环锥面配合良好。
l
L
特点：可传递较大扭矩和轴向力，无应力集中，对中性好， 但加工要求较高，应用受限制。
D d
§7—4 销联接
定位销——主要用于零件间位置定位，左图，常用作组合加 工和装配时的主要辅助零件。
2000T kld
[ ]P
允许传递的扭矩：
T
1 2
kld[
]P
T——扭矩（Nmm）k——工作高度 k=h/2
d——轴径（mm）
l——工作长度 A型键：l=L-b B型键：l=L C型键：l=L-b/2
L——公称长度
b）剪切强度条件
N 1000T / d 2 2000T [ ]
第七章联接轴与联轴节-PPT
在叉股得内表面(即在EF线上)处等于:
xx内＝
M xx Wxx内
式中 Wxx内 :该断面对于x—x轴得断面系数
• 力N所产生得拉应力
＝
N
N F
式中 F:I—I断面面积
• 力矩Myy在E点或F点处所产生得弯曲应力
＝
yy
M yy Wyy
式中 Wyy:该断面对于y-y轴得断面系数。
• 扭转应力,其最大值在B点:
十字轴万向接轴
11
十字轴万向接轴
十字轴式万向联轴特点
1、 承载能力高 ,与其它型式得万向联轴器比较,在回转直径 相同得条件下,能传递更大得扭矩,这对于回转直径受到 严格限制得机械设备更为重要;
2、 传递效率高 传递效率高达98、7-99、9%,用于大功率传 动节能显著,可降低电耗5-15％;
3、传动平稳、噪音低 用于轧机传动,可提高轧材质量,提高机 器性能,改善操作者得劳动条件。一般噪声为30-40db(A);
＝
B
M KP WKPB
式中 WKPB: I—I断面在B点处得抗扭转断面系数
第四节 联轴节
联轴节包括主电机联轴节与主联轴节。 主电机联轴节用来连接电动机与主减速器得传动轴。 主联轴节用来连接主减速器与人字齿轮机座得传动轴。 主联轴节应用最广得就是齿轮联轴节,尼龙棒销联轴节也逐渐 被某些轧机所采用,在带有飞轮得轧机主传动中也有采用安全 联轴节得。
鼓形齿式联轴器
WH型原称KL-滑块连轴器
鼓形齿式联轴器
凸缘联轴器
SL十字滑块联轴器
计算应力:
如果在接轴中心线作一由接轴 传递得总力矩M得向量,可瞧到总力 矩得分力矩为:
M1 M cos M 2 M sin
在扁头I—I断面上,相应地引起得扭转应力与弯曲应力为:
联轴器的类型及特点
（二）有弹性元件联轴器6、星形弹性联轴器结构：两个半联轴器上均制有凸牙，用橡胶等材料制成星形弹性元件，放置在两半联轴器的凸牙之间。工作时，星形弹性元件受压冰传递扭矩。应用范围：允许两轴的相对径向位移约为：0.2 mm，偏角位移约为：1˚- 30’
四、挠性联轴器
（二）有弹性元件联轴器7、其它金属弹性元件的挠性联轴器
（一）无弹性元件联轴器4、滚子联轴器结构：利用一条公用的双排链条同时与两个齿数相同的并列链轮啮合来实现两半链轴器的联接。特点：结构简单、尺寸紧凑、质量小、装拆方便、维修容易、成本低廉。优点：结构简单、尺寸紧凑、质量小、装拆方便、维修容易、成本低廉，有一定的补偿性能和缓冲性能。缺点：因链条的套筒与链轮之间存在间隙，不适于逆向传动和启动频繁或立式轴传动。同时受离心力的影响不适于高速传动。
α
y
四、挠性联轴器
（一）无弹性元件联轴器3、滑块联轴器结构：与十字滑块联轴器结构相似，只是沟槽很宽，中间为不带凸牙的方形滑块，其材料为夹布胶木。工作特点：由于中间滑块质量小，且有弹性，故允许较高的极限转速。优点：结构简单、尺寸紧凑。应用：适用于小功率，高转速而无剧烈冲击的场合。
四、挠性联轴器
1、套筒联轴器
三、刚性联轴器
结构：用一个套筒通过键将两轴联接在一起。用紧定螺钉来实现轴向固定。
套筒联轴器
型式：
半圆键
普通平键
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 。
2、凸缘刚性联轴器
结构：半联轴器通过键与轴相联，用螺栓将两个半联轴器的凸缘联接在一起。
型式：
有对中榫的凸缘联轴器
普通凸缘联轴器
---靠铰制孔螺栓对中。
联轴器
什么是联轴器及联轴器分类一、概念联轴器属于机械通用零部件范畴，用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。
在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。
联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。
一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接，是机械产品轴系传动最常用的联接部件。
20世纪后期国内外联轴器产品发展很快，在产品设计时如何从品种甚多、性能各异的各种联轴器中选用能满足机器要求的联轴器，对多数设计人员来讲，始终是一个困扰的问题。
常用联轴器有膜片联轴器鼓形齿式联轴器，万向联轴器，安全联轴器，弹性联轴器及蛇形弹簧联轴器。
下图简要说明驱动机与从动机间的传动系统图，并明确所要求的联轴器品种。
二、联轴器分类：刚性联轴器：刚性联轴器不具有补偿被联两轴轴线相对偏移的能力，也不具有缓冲减震性能；但结构简单，价格便宜。
只有在载荷平稳，转速稳定，能保证被联两轴轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。
挠性联轴器：具有一定的补偿被联两轴轴线相对偏移的能力，最大量随型号不同而异。
无弹性元件的挠性联轴器：承载能力大，但也不具有缓冲减震性能，在高速或转速不稳定或经常正、反转时，有冲击噪声。
适用于低速、重载、转速平稳的场合。
非金属弹性元件的挠性联轴器在转速不平稳时有很好的缓冲减震性能；但由于非金属（橡胶、尼龙等）弹性元件强度低、寿命短、承载能力小、不耐高温和低温，故适用于高速、轻载和常温的场合金属弹性元件的挠性联轴器：除了具有较好的缓冲减震性能外，承载能力较大，适用于速度和载荷变化较大及高温或低温场合。
安全联轴器：在结构上的特点是，存在一个保险环节（如销钉可动联接等），其只能承受限定载荷。
当实际载荷超过事前限定的载荷时，保险环节就发生变化，截断运动和动力的传递，从而保护机器的其余部分不致损坏，即起安全保护作用。
起动安全联轴器：除了具有过载保护作用外，还有将机器电动机的带载起动转变为近似空载起动的作用。
键与花键(第7章)
一、型面联接
轴和毂孔有柱形和圆锥形等。 特点：没有应力集中源，对中性好，承载能力强，装拆方便，
但加工不方便，需用专用设备，应用较少。另外成形面 还有方形、六边形及切边圆形等，但对中性较差。
二、胀紧联接
如图为弹性环联接——利用锥面贴合并挤紧在轴毂之间用摩 擦力传递扭矩，有过载保护作用。
联接销——主要用于零件间的联接或锁定，中图，可传递不 大的载荷
安全销——主要用于安全保护装置中的过载剪断元件 ，右图
1、销联接
圆柱销靠过盈配合固定在 销孔中，经多次装拆会降低定 位精度和可靠性。
圆锥销具有1:50的锥度， 安装方便，定位精度高。
开尾圆锥销在联接时的防松 效果好，适用于有冲击、振动的 场合的联接。
装配方法： 1）压入法—利用压力机将被包容件压入包容件中，由于压
入过程中表面微观不平度的峰尖被擦伤或压平，因而降 低了联接的紧固性 2）温差法——加热包容件，冷却被包容件。可避免擦伤联 接表面，联接牢固。
允许传递的扭矩：
T
1 2
kld[ ]P
T——扭矩（Nmm）k——工作高度 k=h/2
d——轴径（mm）
l——工作长度 A型键：l=L-b B型键：l=L C型键：l=L-b/2
L——公称长度
b）剪切强度条件
N 1000T / d 2 2000T [ ]
bl
bl
bld
2、半圆键联接强度校核
利用两个被联接件本身的过盈配合来实现，一为包容 件，另一为被包容件
无辅助件——用于轴与轮毂联接，轮圈与轮芯的联接及滚动轴 承与轴及座孔的联接
摩擦
力 力矩
轴向固定 周向固定
F/2
联轴器的作用是什么？
联轴器的作用是什么？联轴器又称联轴节。
用来将不同机构中的自动轴和从动轴坚固地联接起来一同旋转，并传递运动和扭矩的机械部件。
有时也用以联接轴与其他零件（如齿轮、带轮等）。
常由两半合成，分别用键或紧搭配等联接，紧固在两轴端，再通过某种方式将两半联接起来。
联轴器是在机械设备安装中，常常要使用联轴器，联轴器作为连接两轴的中心载体，广泛应用于石化冶金电镀等行业中，可是说联轴器是联接两轴轴端使其共同回转并传递转矩的一种机械部件。
必需在机器停车后，用拆卸方法才能使两轴分别。
联轴器的种类很多，按被联接两轴轴线的相对位置及变化情况，可分为固定式及可移式两大粪。
大多数联轴器已经标准化，从有关手册中可以查出它们的结构、尺寸及有关设计数据。
对于非标准的联轴器，也可相应地查出其重要的参考资料。
使用联轴器，目的是传递功率，补偿泵轴与电动机轴的相对位移，降低泵与电动机的安装精度和对中的要求，缓和冲击，更改轴系的自振频率和避开发生危害性振动等。
联轴器在传动系统的载荷类别是选择联轴器品种的基本依据。
冲击、振动和转矩变化较大的工作载荷，应选择具有弹性元件的挠性联轴器即弹性联轴器，以缓冲、减振、补偿轴线偏移，改善传动系统工作性能。
起动频繁、正反转、制动时的转矩是正常平稳工作时转矩的数倍，是超载工作，必定缩短膜片联轴器弹性元件使用寿命，联轴器只允许短时超载，一般短时超载不得超过公称转矩的2—3倍。
联轴器的作用：联轴器被安装在动力传动的驱动侧和被动侧之间，起到传递旋转扭力、补偿轴间安装偏差、汲取设备振动和缓冲载荷冲击等作用。
联轴器的功能之一是通过自身形变来汲取和补偿轴与轴之间偏差。
柔性越大则表示其汲取偏差的本领越强；柔性越小则表示汲取偏差的本领越弱。
通常来讲，这种轴与轴之间的偏差分为以下三个方面：联轴器与外围设备的连接都是通过将设备的轴插入联轴器的轴孔来实现。
联轴器的轴孔形式一般有键槽式，夹紧式，夹紧+键槽，顶丝式，胀紧式等。
键槽式应用广泛，适用于一般电机，一般减速机及一般传动轴。
第7章 键联接
机械设计
单项选择题
第 7章
轴毂联接
35
1. 导向平键联接的主要失效形式是( )。 A.剪切和压溃 B.磨损 C.断裂 2. 矩形花键联接采用( )定心。 A.大径 B.小径 C.齿面 3. 花键联接的主要失效形式是( )。 A.剪切和压溃 B.扭转变形 C.弯曲断裂 4. 销联接主要失效形式是( )。 A.剪切和压溃 B.扭转变形 C.弯曲断裂 5. 设计键联接时，键的截面尺寸通常根据( )按标准选择。 A.所传递转矩的大小 B.所传递功率的大小 C.轴的直径
3、滑键
承载能力：耐磨性。（主要失效形式：磨损 ）
动联接，键固定在毂上，一起沿键槽移动。
移动距离大时，采用滑键。
机械设计
二、平键的选择计算 1、键的选择
第 7章
轴毂联接
12
确定键的类型尺寸： （b×h）×L
由轴径d 由轮毂宽 键长小于轮毂的宽度， 由结构确定，而 不是由强度确定。 校核 2、强度计算 从键的标准中选b×h 选键长L（系列值）
作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。 按用途分
类 型 按形状分
安全销：作为安全装置中的过载剪 切元件。安全销在过载时被剪断， 因此，销的直径应按剪切条件确定。 为了确保安全销被剪断而不提前发 生挤压破坏，通常可在安全销上加 一个销套。
§7－3 销连接
定位销 连接销 安全销
潘存云教授研制
机械设计
§.1 键联接
第 7章
轴毂联接
7
键为标准件
松 联 接 紧 联 接 普通平键
静联接
圆头（A)
方头（B) 一头圆一头(C)
键 联 接
平键
半圆键
导向平键 滑键
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三、弧形齿接轴
弧形齿接轴由外齿轴套、内齿圈及中间接轴轴体组成， 其外齿侧面的节圆线为弧线，外齿套的齿顶和齿根表面是弧 面，齿的断面两侧也是弧面，即外齿纵断面上，齿的母线呈 鼓形。这样，当弧面外齿套与内齿圈啮合，能在xoz和xoy两 个互相垂直的平面内倾斜。
I—I断面应力
• 由主要弯曲力矩Mxx所产生的弯曲应力 在叉股的内表面(即在EF线上)处等于：
xx内＝
M xx Wxx内
式中 Wxx内 ：该断面对于x—x轴的断面系数
• 力N所产生的拉应力
N＝
N F
式中 F：I—I断面面积
• 力矩Myy在E点或F点处所产生的弯曲应力
yy＝
M yy Wyy
普通联轴器的分类如下：
套筒联轴器 普 通 联 轴 器 刚性联轴器 夹壳式联轴器 凸缘式联轴器 齿式联轴器 滑块联轴器 无弹性元件
十字轴万向联轴器
滚子链联轴器 挠性联轴器 簧片联轴器 金属弹性元件 弹簧联轴器 膜片联轴器 有弹性元件 弹性套柱销联轴器 弹性柱销联轴器 非金属弹性元件 轮胎式柱销联轴器
3．对该断面y-y轴的弯曲力矩为：
M yy＝ M sin（＋） 2
4. 扭转力矩为：
M kp＝ M cos （＋） 2
I—I断面中应力的最大值通常是在EF线上的B点，或 者是在E点和F点处。这些应力y由弯曲力矩Mxx所产生的弯 曲应力、力N所产生的拉应力、力矩Myy在E点或F点处所产 生的弯曲应力和扭转应力四部分组成。
式中 Wyy：该断面对于y-y轴的断面系数。
• 扭转应力，其最大值在B点：
B＝
M KP WKP B
式中 WKPB： I—I断面在B点处的抗扭转断面系数
第四节 联轴节
联轴节包括主电机联轴节和主联轴节。 主电机联轴节用来连接电动机与主减速器的传动轴。 主联轴节用来连接主减速器与人字齿轮机座的传动轴。 主联轴节应用最广的是齿轮联轴节，尼龙棒销联轴节也逐渐被 某些轧机所采用，在带有飞轮的轧机主传动中也有采用安全联 轴节的。
其他联接轴
第二节 联接轴强度计算
一、开口式扁头的受力分析和强度计算 在危险断面I—I中
P M b0 2 b 3
Mw＝Px x-合力P的力臂，它等于： 2 x 0.5(b0 b) sin x1 3
Ⅰ-Ⅰ断面中的扭矩等于： b Mn P 6 弯曲应力
扭转应力
6 Mn bS 2 Mn S3
滑块式万向接轴
根据万向接轴的装拆方式，滑块式万向接轴又可 分为轴向装拆的和侧向装拆的两种 。
轴向装拆滑块式万向接轴
两个月牙形滑块之间装上上下具有轴颈的小方轴， 再装入接轴叉头的径向膛孔中，把带切口的扁头插入两 个滑块之间，小方轴则正好位于扁头的切口之中，这样 叉头和扁头即形成一个虎克十字铰链。
侧向装拆滑块式万向接轴
P＝3M /2b1
叉头的受力分析图
X1：I—I断面中性线的横坐标； Y1：I—I断面中性线的纵坐标。
1. 截面X—Z轴的弯曲力矩：
M xx P x
X—p力的力臂
x ( x1 y1tg ) cos x1 cos y1 sin
2. 拉力N为：
N=Psin(α十β)
Β：I—1断面的倾角。
弧形齿接轴特点
在运动过程中，弧形齿接 轴的角速度几乎是恒定的，加 之径向间隙甚小，所以传动平 稳，冲击和振动小，有利于提 高轧制速度和改善产品质量； 密封和润滑条件好，使用寿命 长。提高轧机的作业率，装卸 方便，节省有色金属；当接轴 接轴小时，其承载能力较大。 由于弧形由接轴有较大的外形尺寸，所以在某些场合受限制。
一、万向接轴
• 万向接轴形式：滑块式万向接轴和十字头万 向接轴，工作原理是按照虎克十字铰链。
十字轴万向接轴
11
十字轴万向接轴
十字轴式万向联轴特点
1、 承载能力高 ，与其它型式的万向联轴器比较，在回转直 径相同的条件下，能传递更大的扭矩，这对于回转直径 受到严格限制的机械设备更为重要； 2、 传递效率高 传递效率高达98.7-99.9%，用于大功率传动 节能显著，可降低电耗5-15％； 3、传动平稳、噪音低 用于轧机传动，可提高轧材质量，提 高机器性能，改善操作者的劳动条件。一般噪声为3040db(A)； 4、结构合理，使用安全可靠，寿命长； 5、许用倾角大，可达10°-25°。
这种万向接轴具有带孔的扁头和径向镗孔中没 有凹槽的叉头，以圆销代替小方轴，圆销轴贯穿叉 头和扁头后，用螺母将其固定。如将圆销轴拆卸抽 出后，扁头和月牙形滑块可从叉头侧向拆卸
二、 梅花接轴
• 梅花接轴由断面 呈梅花瓣状的轴 体．轧辊辊头和 轴套构成。 • 接轴传递力矩靠 轴套(套筒)和接 轴、辊头 的梅花 瓣完成。 • 接轴的倾角由轴 套与接轴、辊头 间的间隙决定
二、闭口式扁头的受力和强度计算
如果在接轴中心线作一由接轴 传递的总力矩M的向量，可看到总 力矩的分力矩为：
M 1 M cos
计算应力：
M 2 M sin
在扁头I—I断面上，相应地引起的扭转应力与弯曲应力为：
6M 2 b0 S 2 M1 源自S3式中 η与比值b0：S有关的系数
第六章 联接轴与联轴节
第一节 联接轴的结构 第二节 联接轴的主要参数 第三节 联接轴强度计算 第四节 联轴节
第一节 联接轴的结构
• 联接轴的作用
用来将扭矩从人字齿轮机座或主电机传递给轧辊， 或者从一个工作机座的轧辊传递给另一个工作机 座的轧辊(在横列式轧机上)。
• 联接轴的形式 轧钢机上常用的联接轴型式是万向接轴， 梅花接轴，弧形齿接轴。
鼓形齿式联轴器
WH型原称KL-滑块连轴器
计算应力为：
j 2 3 2
三、叉头的受力分析和强度计算
合力P位于距铰链中心线b1/3处， b1为叉股的宽度。 由接轴传来的力矩M所决定的合力 P将等于： 假设A—A断面的中心线上有两个 大小等于力P、方向相反的力P1与P2， 将有力偶P与P1作用在叉股上，其力 矩等于M/2， 力P2在叉股中引起弯曲应力、拉 应力及剪应力。