聯(lián)軸器設(shè)計基礎(chǔ)

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，圖10-1a；受變應(yīng)力間隙配合：不隨回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動，圖10-1b；受靜應(yīng)力轉(zhuǎn)軸：受彎矩又受轉(zhuǎn)矩，圖10-2傳動軸：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，圖10-1a；受變應(yīng)力間隙配合：不隨回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動，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、實心軸光軸：加工容易階梯軸：強(qiáng)度接近、便于安裝、定位 空心軸 曲軸:專用零件 鋼絲軟軸用于受連續(xù)振動的場合具有緩和沖擊的作用 共同點：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: 運動二、聯(lián)軸器、離合器 第二節(jié)軸軸的設(shè)計包括：選定軸的材料、確定結(jié)構(gòu)計算強(qiáng)度、剛度，對于高速軸要計算其振動穩(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、實現(xiàn)其能力的熱處理方式強(qiáng)度、剛度、振動穩(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軸： Q235、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，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)計首先進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計三軸的強(qiáng)度計算一）按許用切應(yīng)力計算軸徑校驗公式 TTT d. n/P.WT 362010559 設(shè)計公式 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圖計算軸徑d式(10-4) 3 110 bV. Md 軸的危險截面，鍵槽削弱軸的強(qiáng)度需增大軸徑鍵槽：個軸徑增大4%，個，180。軸徑增大10 軸的設(shè)計步驟： 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)計從已知條件出發(fā)傳動輪的輪體-軸頭尺寸軸承工作條件-軸頸尺寸直接結(jié)構(gòu)設(shè)計必要的校核計算軸的布置簡圖-軸的零件工作圖 2)主要傳遞轉(zhuǎn)矩(不受彎矩或彎矩很小)的傳動軸：許用切應(yīng)力-計算軸頸軸的結(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，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)計根據(jù)需要彎扭復(fù)合強(qiáng)度計算軸的最終形狀和尺寸-軸的零件圖 四軸的剛度計算目的：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精度高速軸剛度不足-共振一)軸的扭轉(zhuǎn)剛度計算相對轉(zhuǎn)角 461010559 Gd. L)nP(.GITLP 二)軸的彎曲剛度計算彎曲變形：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，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)設(shè)計及表面粗糙 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)計步驟：根據(jù)工作要求確定聯(lián)軸器型號軸徑、計算轉(zhuǎn)矩、工作轉(zhuǎn)速、位移量、工作溫度重要場合，個別關(guān)鍵零件-必要的驗算 聯(lián)軸器、離合器的計算轉(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，裝卸方便 1凸肩、凹槽嵌合對中兩軸分離時需移動軸 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，裝卸方便 要求：制造時，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，使兩軸精確對中特點：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：制造較簡便，價格較低 2.絞制孔、受剪螺栓對中：孔、螺栓的配合：H7/k6、H7/js6校核螺栓的尺寸螺栓剪力 F02KT/(D0z)特點：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：精度不高銷釘剪斷，需停車才能更換優(yōu)點：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：構(gòu)造簡便、價格較低缺點： 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，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)軸器工作零件之間構(gòu)成的動聯(lián)接具有某一個或幾個方向的活動度彈性聯(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 傳動誤差:兩軸線徑向位移e引起的傳動誤差=1-2 sin/ sin2=e/r r-銷釘軸線與主動軸線的距離 arcsin(sin2e/r)傳動誤差-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：相對移動榫-槽：相對移動 - 榫-槽的工作面需要加潤滑劑圓盤中心- e/2-圓周運動離心力正壓力加劇磨損軸和軸承附加動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 cos瞬時傳動比不恒定平均傳動比不恒定用于精度不高的傳動 2) 雙萬向聯(lián)軸器: 實現(xiàn)等角位移傳動的兩個條件： (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) 傳動誤差精度要求不高時，傳動誤差無須計算精度要求較高時，不能忽略傳動角誤差：若1= 2， =0，主從軸絕對平行，沒有傳動誤差實際上， 0，傳動角誤差 ：按正弦規(guī)律變化空回誤差，： ，(s1+s2+2s3)/R 12 22 1 sintg 221tgmax 特點：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、吸振儲存能量緩沖，彈性滯后性能消振應(yīng)用：頻繁啟動、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)振動改變傳動系統(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： 1、彈性滯后性能，具有一定的消振能力 2、單位重量儲存能量多，緩沖性能好。 3、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜缺點：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 應(yīng)用：頻繁啟動、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、沖擊允許兩軸作微量的徑向移動、少量的軸向移動 第四節(jié)離合器基本要求接合迅速、分離徹底、動作準(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，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要求傳遞轉(zhuǎn)矩越大，選用牙數(shù)越少要求接合時間越短，選用牙數(shù)越多；但牙數(shù)多時，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：結(jié)構(gòu)簡單、尺寸較小、傳動精確缺點：結(jié)合速度較低用于兩軸不回轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速差很小時的接合，否則牙齒可能會因為受撞擊而折斷 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，可驗算牙面上的強(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：散熱好，能自動對心；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：可在任何角速度下合、離改變軸向壓緊力，可調(diào)節(jié)從動軸的加速時間接合時，沖擊振動小工作面存在彈性打滑，不宜用于示數(shù)數(shù)傳動。