轴与联轴器
联轴器尺寸和轴径的关系
联轴器尺寸和轴径的关系
联轴器是用于连接两根轴或轴与旋转部件的机械元件，以传递运动和转矩。
联轴器的尺寸和轴径之间存在密切的关系，因为正确的尺寸匹配对于确保联轴器的可靠连接和正常运转至关重要。
一般而言，联轴器的尺寸应该与所连接的轴径相匹配。
联轴器的孔径应该略大于轴径，以确保联轴器能够轻松地套在轴上，并提供足够的间隙，使轴能够自由旋转。
如果联轴器的孔径过小，将导致轴与联轴器之间的过紧配合，增加安装难度，并可能导致轴的损坏或卡住。
相反，如果联轴器的孔径过大，将导致联轴器与轴之间的间隙过大，影响传递转矩的效率，并可能导致联轴器的不稳定。
此外，联轴器的尺寸还应考虑到所传递的转矩大小、转速、轴的材料和强度等因素。
不同类型和规格的联轴器适用于不同的轴径范围和工作条件。
因此，在选择和设计联轴器时，需要根据具体的应用要求和轴的尺寸来确定合适的联轴器尺寸，以确保联轴器与轴之间的良好匹配和可靠的传动性能。
《机械基础》(教程全集)11、12章
2.轴上零件的轴向固定 轴上零件的轴向位置必须固定，以承受轴向力或不产生轴向移动。 轴向定位和固定主要有两类方法：一是利用轴本身部分结构，如轴
肩、轴环、锥面、过盈配合等；二是采用附件，如套筒、圆螺母、 弹性挡圈、轴端挡圈、紧定螺钉、楔键和销等，详见表11-2。
3.轴上零件的定位 图11-9定位轴肩的结构尺寸 轴上零件利用轴肩或轴环来定位是最方便而有效的办法，如图11-8
11.3轴的结构设计 轴的结构设计主要是确定轴的结构形状和尺寸。由于影响轴结构的 因素很多，故其结构设计具有较大的灵活性和多样性，但一般来说 需满足如下要求： 1)为节省材料、减轻质量，应尽量采用等强度外形和高刚度的剖面 形状； 2)要便于轴上零件的定位、固定、装配、拆卸和位置调整； 3)轴上安装有标准零件(如轴承、联轴器、密封圈等)时，轴的直径 要符合相应的标准或规范； 4)轴上结构要有利于减小应力集中以提高疲劳强度； 5)应具有良好的加工工艺性。多数情况采用阶梯轴，因为它既接近 于等强度，加工也不复杂，且有利于轴上零件的装拆、定位和固定。
图11-4 曲轴
图11-5 挠性轴
a)结构图b)实物图
直轴按形状又可分为光轴、阶梯轴和空心轴三类。 (1)光轴光轴的各截面直径相同。它加工方便，但零件不易定位(图1 1-6a)。
(2)阶梯轴轴上零件容易定位，便于装拆，一般机械中常用(图11-6 b)。 (3)空心轴图11-7所示为空心轴。它可以减轻质量、增加刚度，还可
图11-2传动轴
图11-3转轴
11.1.2按轴线的几何形状分类 按轴线的几何形状不同，轴可分为直轴、曲轴和挠性轴三类。 曲轴(图11-4)常用于往复式机械(如曲柄压力机、内燃机)中，以 实现运动的转换和动力的传递。挠性轴是由几层紧贴在一起的钢 丝层构成的(图11-5)，它能把旋转运动和转矩灵活地传到任何位 置，但它不能承受弯矩，多用于转矩不大、以传递运动为主的简 单传动装置中。机械中最常用的是直轴，它是本章研究的对象。
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。
联轴器 工作原理
联轴器工作原理
联轴器是一种将两个轴连接在一起的机械装置，它能够传输扭矩和旋转运动。
联轴器的工作原理主要基于两个基本原则：一是轴的对齐，二是轴之间的相对运动。
首先，通过联轴器将两个轴连接在一起。
联轴器通常由两个相互配合的耦合部件组成，分别安装在两个轴上。
这些耦合部件通过螺栓、键槽等方式牢固地连接在一起，确保轴能够保持相对固定的位置。
接下来，当一个轴转动时，它会传递扭矩到联轴器上。
联轴器将扭矩传递到另一个轴上，从而实现了轴之间的扭矩传输。
这是通过联轴器内部的传动机构实现的，传动机构可以是齿轮、链条、弹性元件等。
在扭矩传递过程中，联轴器需要能够适应轴之间的相对运动。
例如，当两个轴不完全对齐时，联轴器允许轴之间产生一定的角度偏差，从而避免由于对齐不准确而产生的不良影响。
此外，联轴器还可以吸收由于轴之间的相对运动引起的震动和冲击。
值得注意的是，联轴器的工作原理与具体的类型和设计有关。
不同类型的联轴器可能采用不同的传动机构和连接方式，但基本的工作原理是相似的。
总的来说，联轴器通过连接两个轴并传递扭矩，实现了轴之间的协调运动。
它在机械传动系统中起到了重要的作用，能够保证传动效率和可靠性。
联轴器的作用
联轴器的作用
联轴器是一种用于连接两个轴的机械装置，主要用于传递旋转力矩和转速。
它在机械传动系统中扮演着非常重要的角色，具有以下几个主要作用：
第一，联轴器能够将两个轴连在一起，使它们能够同时旋转。
在许多机械设备中，常常需要将一个主动轴和一个从动轴进行连接，通过联轴器可以使两者实现同步旋转，确保机械设备正常运转。
第二，联轴器可以传递旋转力矩。
当一个轴产生旋转力矩时，通过联轴器传递到另一个轴上，使得另一个轴也能产生相应的力矩。
这在许多机械传动系统中非常重要，能够实现不同轴之间的力矩传递和转矩平衡。
第三，联轴器可以调整两个轴的转速比例。
在一些需要调整转速的机械系统中，通过选择不同类型的联轴器，可以实现不同转速比例的调节。
例如，蜗轮蜗杆传动系统中，通过联轴器的选择，可以调整蜗杆和蜗轮的转速比，从而实现不同的变速效果。
第四，联轴器可以传递扭矩的同时允许一定的轴间角度偏差和轴向位移。
在实际运行中，轴线之间很难完全精确地保持一致，联轴器可以在一定程度上允许轴间的角度偏差和轴向位移，从而减少因轴线不一致带来的不稳定和损坏。
第五，联轴器可以起到保护机械设备的作用。
当发生突然的负
载或者转矩超载时，联轴器可以起到断裂或滑动的作用，从而保护更关键的部件不受损坏。
这对于降低机械设备的维修成本和提高安全性非常重要。
总之，联轴器在机械传动系统中具有非常重要的作用，它能够连接两个轴、传递旋转力矩、调节转速比例、允许一定的轴向位移和角度偏差，并且还能够保护机械设备免受损坏。
它的运用广泛，不仅在各种机械设备上都有应用，也在航空、航天、汽车、石油、化工等各行各业中发挥着重要的作用。
轴系零部件——轴轴承联轴器轴
设计公式
d3
59.551
[T]n
06PA03
P n
轴上有键槽时：放大轴径：一个键槽：3~5% 二个键槽：7~10% 取标准植
二、按弯扭合成强度条件计算 条件：已知支点、扭距，弯矩 步骤： 1、作轴的空间受力简图
Fr
Ft
Fa
(a)
T
R' v1
A
B Rv1 RH1
C
L1
L2
L3
注意：①与标准零件相配合轴径应取标准植 ②同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。
2、各轴段长度 ①各轴段与其上相配合零件宽度相对应 ②转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。
四、轴的结构工艺性
1）轴肩圆角r
2）轴端倒角
1.6
3）砂轮越程槽
4）螺纹退刀槽
5）同一轴1上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同尺寸 2
偏转角： []
ey
c m
r
2、扭转刚度
TL
GIP
M
二、轴的振动稳定性及临界转速 弯曲振动（横向） 扭转振动 轴向振动（纵向）
n 临界转速 c ——轴引起共振时的转速
弯曲临界转速的计算 轴的临界角速度
C
k m
k= mg /y0
C g/ y0
nc1
260c
946
1 y0
刚性轴： n0.85nc1
①
②
③
④
I
II
III
I
II
III
轴系结构改错
四处错误
正确答案
三处错误
正确答案
两处错误
1.左侧键太长，套筒 无法装入
2.多个键应位于同一 母线上
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
联轴器工作原理
联轴器工作原理
联轴器是一种用于传递旋转运动和扭矩的机械装置。
它常用于传动轴与轴之间的连接，使两个轴能够同时旋转而不必在同一直线上。
联轴器主要由两个轴套和一个轴承组成。
工作时，一个轴套通过键连接在一根轴上，另一个轴套通过键连接在另一根轴上。
两个轴套在轴承的作用下能够相互转动，并且能够胀缩变形。
联轴器的工作原理如下：
当传动力矩作用在联轴器上时，首先通过主动轴传递给一个轴套。
当传动力矩达到一定值时，轴套开始发生胀缩变形，将力矩传递给被动轴套。
被动轴套同步旋转，将力矩传递给被动轴。
当传动力矩消失时，联轴器恢复原状，准备下一次传动。
联轴器的主要作用是实现轴之间的功率传递和角度传输，同时具有减震、吸振和保护设备的功能。
在机械传动系统中，联轴器能够有效地减少因功率传递不平衡而引起的振动和冲击，提高传动系统的工作平稳性和可靠性。
根据不同的工作原理和结构形式，联轴器可分为刚性联轴器、弹性联轴器和液体联轴器等多种类型。
刚性联轴器适用于输出端传动平稳、变形较小的情况。
弹性联轴器适用于在传动过程中会发生轻微失配的情况，能够吸收一定的振动和冲击。
而液体联轴器则适用于大功率传动和需要起动顺滑的情况，具有良好的减震和起动特性。
总之，联轴器是一种重要的机械连接装置，通过其特殊的工作原理，能够实现不同轴之间的有效传递和转换运动。
它在机械
传动系统中的应用十分广泛，并为机械传动过程提供了可靠性和平稳性的保障。
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第9章 轴
9-1 9-2 9-3 9-4 9-4 轴的分类和材料 轴的结构 轴的计算 轴毂联接 联轴器和离合器
机械设计基础概论——轴和联轴器
9-1 轴的分类和材料
一、轴的功用 1. 支承旋转零件并传递运动和动力 2. 保证所有轴上零件有确定的轴向工作位置
二、轴的分类 1. 按载荷性质分类 2. 按形状分类
目的： 键是用来实现轴与轴上零件的周向固定以传递转矩 键是标准件 分类： 普通平键 平键 导向平键 松联接 半圆键 键 联 紧联接—楔键 接 花键
机械设计基础概论——轴和联轴器
1. 松联接
（1）平键联接 结构:键两侧与键槽相配合(静联接为过渡 配合, 动联接为间隙配合), 上端面与轮毂 键槽底面有间隙 工作原理:两侧面是工作面，靠两侧面挤 压传递转矩
机械设计基础概论——轴和联轴器
机械设计基础概论——轴和联轴器
机械设计基础概论——轴和联轴器
万向联轴器
当一轴固定时,另一轴 可以在任意方向偏斜 α 角,角位移α可达 40º ~45∘。 当主动轴以等角速度1 回转时,从动轴的角速度 2 将在一定范围 1 cos 2 1 / cos 内作周期性的变化,从而引起动载荷。
机械设计基础概论——轴和联轴器
3. 定位和固定要求
轴与轴上零件要有准确的工作位置 定位：零件有准确的工作位置 固定：零件在轴上的位置牢固可靠
机械设计基础概论——轴和联轴器
周向定位和固定的方法：
防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。
常用的周向固定方法
键 联 接
花 键 联 接
型 面 联 接
④
⑤
机械设计基础概论——轴和联轴器
9-3 轴的计算
轴的工作能力主要取决与强度和刚度，高 速轴还要校核振动稳定性
一、轴的强度计算
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1. 按扭转强度计算
适用状况： (1)轴只传递转矩，不承受弯矩（或很小的弯矩） (2)弯矩未知，按扭距作初步计算 T T 9.55 10 6 P 扭剪应力: T T 3 3 WT d / 16 0.2d n
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2.紧联接
楔键联接 结构: 键侧与键槽有间隙 , 上下面楔紧 工作原理: 上下面为工作面，靠摩擦力传 递转矩 方头楔键、钩头楔键、圆头楔键
失效形式: 工作面压溃 特点: 简单, 且可实现轮毂在轴上单向轴向固定 楔紧产生偏心, 对中性差, 不适于高速及对中要求高的场合
1. 制造工艺性要求
轴应有良好的制造工艺，便于加工
光轴
等强度轴
阶梯轴
螺纹退刀槽；砂轮越程槽
越程槽
退刀槽
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2. 装拆要求
轴上零件要易于装拆、调整 不同的装拆方案，得到不同结构 轴的直径应圆整成标准值
非定位轴肩(便于装配)、定位轴肩(零件定位) 轴端应有倒角,定位轴肩要有一定的定位高度. 设计轴肩时应注意: 轴承定位轴肩(套筒)不能过高(以便拆卸) 轴长应略短于轮毂宽度(保证零件固定) 轴肩圆角ｒ＜轮毂孔圆角Ｒ(倒角Ｃ)
机械设计基础概论——轴和联轴器
机械设计基础概论——轴和联轴器
机械设计基础概论——轴和联轴器
二、离合器
离合器按其工作原理： 分为嵌合离合器和摩擦 离合器等。 离合器按其离合方式： 分为操纵式离合器和自 动离合器。
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圆盘摩擦离合器
机械设计基础概论——轴和联轴器
机械设计基础概论——轴和联轴器
失效形式: 静联接：工作面压溃，键剪断 动联接：工作面磨损 特点：结构简单，装折方便，对中性好，承载能力大，应用广泛 成对使用:
承载能力不够时采用, 按 180°布置两个键。
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平键分类
普通平键 Ａ(圆头)型：立铣刀，键定位好，轴应力集中大 Ｂ(平头)型：盘铣刀，应力集中小 Ｃ(单圆头)型：立铣刀加工，用于轴端 导向平键 键固定于轴上, 滑移距离小
齿式联轴器
允许角位移可达 3 传递转矩大,补偿适量的综合位移，常用于重型机械中。
机械设计基础概论——轴和联轴器
机械设计基础概论——轴和联轴器
滑块联轴器
滑块联轴器允许的径向位移 y 0.04d d ——轴的直径
允许的角位移 30'。 十字滑块联轴器径向尺寸小,结构简单,用于低速一般不 超过300r/min。
2 键的强度校核
静联接: 压溃→挤压强度
p
2T p dkl
L
ls
键被剪断→剪切强度
2T dbl
圆头: l =L-b 平头: l =L 单圆头: l =L-b/2
[p] －查表9-5 一般不会发生键的剪断，故一般不作剪断强度校核
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三、花键联接
特点： 受力较均匀，应力集 中小，承载能力大. 对中性好，导向性好， 精度高. 需专门设备和工具, 成本高. 结构: 轴及轮毂孔周向均布 的多个键齿互相配合, 构成花键联接.
工作原理: 键侧是工作面，靠键侧面 与键槽挤压传递转矩.
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9-5 联轴器、离合器和制动器
机械设计基础概论——轴和联轴器
为消除从动轴的速度波动,通常将万向联轴器成 对使用,并使中间轴的两个叉子位于同一平面上, 还应使主、从动轴的轴线与中间轴的轴线间的 偏斜角 相等 1 2，转速不宜太高。
机械设计基础概论——轴和联轴器
机械设计基础概论——轴和联轴器
3、有弹性元件挠性联轴器
多圆盘摩擦离合器
机械设计基础概论——轴和联轴器
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超越离合器
是只能按一个转向传 递转矩,反向时自动分 离.宜于高速转动,但 制造精度要求高。
机械设计基础概论——轴和联轴器
机械设计基础概论——轴和联轴器
三、带式制动器
带式制动器制动 轮轴和轴承受力 大，带与轮间压 力不均匀,从而磨 损也不均匀,且易 断裂,但结构简单, 尺寸紧凑,可以产 生较大的制动力 矩,常应用。
设计公式:
d
3
3 3 9.55 10 6 P T P A mm 0.2[τ T ] 0.2[τ T ]n n
令其为系数 A 系数 A 取决于材料的扭转切应力。查表9-2 注意: 若该轴段有一个键槽，d 值增大4-5%; 有两个键槽，增大7-10%
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2. 按弯扭合成强度计算
轴头
轴肩
轴颈
机械设计基础概论——轴和联轴器
轴的结构设计的要求
1. 制造工艺性要求：
轴应有良好的制造工艺，便于加工
轴上零件要易于装拆、调整
2. 装拆要求：
3. 定位和固定要求：
轴与轴上零件要有准确的工作位置，并保持这一位置
4. 尽量减少应力集中, 改善轴的受力状态
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轴的设计步骤：
1）选材 2）估算轴的直径 3）轴的结构设计 4）轴的强度校核 5）必要时作刚度和稳定性校核
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四、轴的材料
选材要求:足够的强度、应力敏感性低、工艺性好。 1.钢： 碳素钢：优质碳素钢:35、50、45钢 普通碳素钢Q235、Q255、Q275 合金钢：20Cr、20CrMnTi、40Cr、35SiMn、35CrMo 2.球墨铸铁: QT500-5、QT600-2
W
1 b
机械设计基础概论——轴和联轴器
二、轴的刚度计算
一、弯曲刚度计算
挠度条件：
y [ y]
二、 扭转刚度计算
扭角条件：
[ ]
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9-4 轴毂联接
一、键联接的分类及结构
二、键的强度校核 三、花键联接
机械设计基础概论——轴和联轴器
一、键联接的分类及结构
联轴器和离合器主要用作轴与轴之间的 联接，以传递运动和转矩。 联轴器必须在机器停车后，经过拆卸才 能使两轴结合或分离。 离合器在机器工作中可随时使两轴结合 或分离。
机械设计基础概论——轴和联轴器
一、联轴器
轴向位移
径向位移
角位移
综合位移
如果联轴器没有适应这种相对位移的能力，就会在 联轴器、轴和轴承中产生附加载荷，甚至引起强烈震动。 所以设计联轴器时，要采取各种结构措施，使之具有适 应上述相对位移的能力。
机械设计基础概论——轴和联轴器 Nhomakorabea二、键的强度校核
键的选择
键是标准零件：表9-4
材料多采用碳素钢
键的类型选择—根据使用要求和工作条件: 转矩、转速、载荷性质、是否移动、对中性 键的尺寸选择: 工作要求→ 键的种类→按轴径d选键的b 、 h→选键长L(标 准; 短于轮毂宽度)
机械设计基础概论——轴和联轴器
机械设计基础概论——轴和联轴器
(2) 半圆键联接
结构: 工作原理: 两侧面是工作面，侧面 挤压传递转矩 构造与加工: 键: 用圆钢切制或冲压 后磨削 键槽: 盘状铣刀加工 失效形式: 键剪断, 工作面压溃 特点: 便于安装, 对中好, 用于锥形轴端, 但对轴削弱大 成对使用: 承载能力不够时用, 沿同一 母线布置
机械设计基础概论——轴和联轴器
1. 按载荷性质分类
心轴：只承受弯矩，不承受转矩