机械设计CH14-联轴器(1)
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机械设计第十四章
膜片联轴器
膜片联轴器的典型结构。其弹性元件为一定数量的很薄的多边环形(或圆 环形)金属膜片叠合而成的膜片组，在膜片的圆周上有若干个螺栓孔，用 铰制孔用螺栓交错间隔与半联轴器相联接。这样将弹性元件上的弧段分 为交错受压缩和受拉伸的两部分，拉伸部分传递转矩，压缩部分趋向皱 折。当机组存在轴向、径向和角位移时，金属膜片便产生波状变形。
特点和应用:当主动轴角速度ω1为常数时，从动轴的角速度
并不是常数，而是在一定范围内(ω1cosα≤ω3 ≤ω1/cosα) 变化，因而在传动中将产生附加动载荷。为了改善这种情况， 常将十字轴式万向联轴器成对使用，但应注意安装时必须保证 轴、 轴与中间轴之间的夹角相等，并且中间轴的两端的叉形 接头应在同一平面内。只有这种双万向联轴器才可以得到ω3 =ω1
(二)计算联轴器的计算转矩
Tca K AT
式中T为公称转矩，单位为N· m；KA为工作情况系数
工作机 分类 I II III IV V VI 工作情况及举例 转矩变化很小，如发电机，小型通风机，小型离心 泵 转矩变化小，如透平压缩机，木工机床，运输机 转矩变化中等，如搅拌机，增压泵，有飞轮的压缩 机，冲床 转矩变化和冲击载荷中等，如织布机，水泥搅拌机， 拖拉机 转矩变化和冲击载荷大，如造纸机，挖掘机，起重 机，碎石机 转矩变化大并有极强烈冲击载荷，如压延机，无飞 轮的活塞泵，重型初轧机 电动机， 汽轮机 1.3 1.5 1.7 1.9 2.3 3.1 KA 原动机 四缸和四缸 以上内燃机 1.5 1.7 1.9 2.1 2.5 3.3 双缸内燃 机 1.8 2.0 2.2 2.4 2.8 3.6 单缸内 燃机 2.2 2.4 2.6 2.8 3.2 4.0
大，且无剧烈冲击处。效率η＝1-(3～5)fy/d，这里f为摩擦系 数，一般取为0.12～0.25；y为两轴间径向位移量，单位为mm；d 为轴径，单位为mm。
机械设计基础第六版第14章-轴(new)ppt课件
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类
心轴---只承受弯矩
型
直轴
按轴的形状分有： 曲轴
.
§14-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类
心轴---只承受弯矩
传动轴
后桥
.
§14-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类 型
心轴---只承受弯矩 按轴的形状分有：
转动心轴 固定心轴
自行车
车厢重力
前轮轴
前叉
转动心轴
问题：自行车前轮轴 属于什么类型？
2. 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽; 3. 重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、
增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。
30˚
B R d/4
B位置d/4
r
d 卸载槽 也可以在轮毂上增加卸载槽 .
过渡肩环
凹切圆角
轴系结构设计中常见错误实例分析
指出图示结构设计的错误，并绘出正确的结构图。
槽两侧圆角 r0.5mm （8）轴段7倒角：C2.54. 5o
4.键槽的尺寸
①②
③
④ ⑤⑥ ⑦
（1）轴段1：d=45，L=69 槽宽b=14 槽深t=5.5 槽长L=63 键14×63 GB1096-79
（2）轴段4：d=60，L=78
槽宽b=18 槽深t=7.0 槽长L=63
机械设计CH14联轴器(1)
联轴器联接的两轴在工作时不能分离，必须停车拆卸才 能分离。
离合器联接的两轴在工作时能根据需要，随时接合或分 离。
机械设计CH14联轴器(1)
第十四章 联轴器和离合器
§14-1 联轴器的种类和特性 §14-2 联轴器的选择 §14-3 离合器
机械设计CH14联轴器(1)
一、联轴器所联两轴的相对位移（为什么需要联轴器？） 联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的
对中性要求高
机械设计CH14联轴器(1)
o 联轴器应用
机械设计CH14联轴器(1)
二、无弹性元件挠性联轴器
十字滑块联轴器
机械设计CH14联轴器(1)
机械设计CH14联轴器(1)
滑块联轴器
机械设计CH14联轴器(1)
十字轴式万向联轴器
机械设计CH14联轴器(1)
机械设计CH14联轴器(1)
机械设计CH14联轴器(1)
本章小结
•联轴器的选择依据
机械设计CH14联轴器(1)
机械设计CH14联轴器(1)
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/18
机械设计CH14联轴器(1)
机械设计CH14联轴器(1)
轮胎联轴器
机械设计CH14联轴器(1)
膜片联轴器
机械设计CH14联轴器(1)
星形弹性联轴器
有弹性件挠性联轴器
机械设计CH14联轴器(1)
蛇形弹簧联轴器
机械设计CH14联轴器(1)
剪切安全联轴器
机械设计CH14联轴器(1)
第十四章 联轴器和离合器
§14-1 联轴器的种类和特性 §14-2 联轴器的选择 §14-3 离合器
离合器联接的两轴在工作时能根据需要，随时接合或分 离。
机械设计CH14联轴器(1)
第十四章 联轴器和离合器
§14-1 联轴器的种类和特性 §14-2 联轴器的选择 §14-3 离合器
机械设计CH14联轴器(1)
一、联轴器所联两轴的相对位移（为什么需要联轴器？） 联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的
对中性要求高
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o 联轴器应用
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二、无弹性元件挠性联轴器
十字滑块联轴器
机械设计CH14联轴器(1)
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滑块联轴器
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十字轴式万向联轴器
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本章小结
•联轴器的选择依据
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机械设计CH14联轴器(1)
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轮胎联轴器
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膜片联轴器
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星形弹性联轴器
有弹性件挠性联轴器
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蛇形弹簧联轴器
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剪切安全联轴器
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第十四章 联轴器和离合器
§14-1 联轴器的种类和特性 §14-2 联轴器的选择 §14-3 离合器
机械设计第十四章轴承
类 型 代 号
内 径 代 号
基本代号——表示轴承的类型与尺寸等主要特征。 后置代号——表示轴承的精度与材料的特征。 前置代号——表示轴承的分部件。
Date: 2012-5-9 Page: 15
主讲：张晋 主讲：
CH14 机械设计基础 14.3 滚动轴承的代号
Date: 2012-5-9
Page: 16
前置代号 轴 承 的 分 部 件 代 号 五 基本代号 四 三 二 一 尺寸系 列代号 宽 直 度 径 系 系 列 列 代 代 号 号 内 部 结 构 代 号 密 封 与 防 尘 结 构 代 号 保 持 架 及 其 材 料 代 号 后置代号 特 殊 轴 承 材 料 代 号 公 差 等 级 代 号 游 隙 代 号 多 轴 承 配 置 代 号 其 它 代 号
Date: 2012-5-9
Page: 9
主讲：张晋 主讲：
CH14 机械设计基础 14.2 滚动轴承的组成、类型及特点
14.2.2 滚动轴承的类型及特点
1.按所能承受载荷的方向或公称接触角的不同可分为向心轴承和推力轴承 向心轴承 径向接触轴承：公称接触角α=0°，主要承受径向载荷，可承受较 小的轴向载荷。 向心角接触轴承：公称接触角α=0°～45°，同时承受径向载荷和 轴向载荷。 推力轴承 推力角接触轴承：公称接触角α=45°～90°，主要承受轴向载荷， 可承受较小的轴向载荷。 轴向接触轴承：公称接触角α=90°，只能承受轴向载荷。
14.2.1 滚动轴承的组成
滚动轴承一般由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4组成。 内圈装在轴径上，与轴一起转动。外圈装在机座的轴承孔内，一般不转动。 内外圈上设置有滚道，当内外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚道滚动。 保持架使滚动体均匀分布在滚道上，减少滚动体之间的碰撞和磨损。
机械设计CH14联轴器
弹性柱销联轴器
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机械设计CH14联轴器
梅花形弹性联轴器
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机械设计CH14联轴器
轮胎联轴器
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机械设计CH14联轴器
膜片联轴器
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机械设计CH14联轴器
星形弹性联轴器
有弹性件挠性联轴器
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机械设计CH14联轴器
蛇形弹簧联轴器
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机械设计CH14-联轴器
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2020/11/20
机械设计CH14联轴器
联轴器的应用 –电动绞车
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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
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1-联轴器 2-离合器 3-制动器
机械设计CH14联轴器
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机械设计CH14联轴器
齿式联轴器
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机械设计CH14联轴器
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机械设计CH14联轴器
滚子链联轴器
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机械设计CH14联轴器
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机械设计CH14联轴器
三、有弹性元件挠性联轴器
弹性套柱销联轴器
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机械设计CH14联轴器
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机械设计CH14联轴器
一、刚性联轴器
刚性联轴器
套筒联轴器
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机械设计CH14联轴器
夹壳联轴器
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机械设计CH14联轴器
凸缘联轴器
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对中性要求高
机械设计CH14联轴器
【机械设计精品】Ch14
电磁摩擦离合器可实现远距离操纵，动作迅速，没有不平衡的轴向力， 因而在数控机床等机械中获得了广泛的应用。
安全联轴器及安全离合器
作用：当工作转矩超过机器允许的极限转矩时，联接件将发生折断安全、联轴器脱离合开器1或 打滑，从而使从动轴自动停止转动，以保护机器中的重要零件不致损 坏。
区分：安全联轴器─断开联接后不能自动恢复工作能力，用于很少过载处； 安全离合器─断开联接后能够自动恢复工作能力，用于经常过载处；
联轴器的种类和特性2
刚性联轴器 被联接两轴间的各种相对位移无补偿能力，故对两轴对中 性的要求高。当两轴有相对位移时，会在结构内引起附加载荷。这类联轴 器的结构比较简单。
挠性联轴器 对被联接两轴间的各种相对位移有补偿能力，进一步分为：
无弹性元件挠性联轴器：联轴器具有挠性，可补偿两轴的相对位移。 但因无弹性元件，故不能缓冲减振。
滑块联轴器
齿式联轴器
万向联轴器
滚子链联轴器
有弹性元件挠性联轴器
有弹性件挠性联轴器
弹性套柱销联轴器
弹性柱销联轴器
梅花形弹性联轴器
轮胎联轴器
膜片联轴器
星形弹性联轴器
联轴器的选择
选择1
大多数联轴器已经标准化或规格化，一般机械设计者的任务是选用联 轴器，选用的基本步骤为：
选择联轴器的类型
计算联轴器的计算转矩
一、剪切销安全联轴器
单剪式 销钉装在经过淬火的钢套内，过载时即被剪断。
双剪式
安全联轴器及安全离合器
二、滚珠安全离合器 主动齿轮 从动盘 外套筒 弹簧 调节螺母
安全联轴器离合 器2
转 动 方 向
'
主动齿轮传来的转矩通过滚珠、从动盘、外套筒而传给从动轴。当转矩 超过许用值时，弹簧被过大的轴向分力压缩，使从动盘向右移动，原来交错 压紧的滚珠因被放松而相互滑动，此时主动齿轮空转，从动轴即停止转动。 当载荷恢复正常时，又可重新传递转矩。弹簧压力的大小可用螺母来调节。
CH14 同步发电机结构及工作原理
ea
N
If
n
S
随转子旋转 电枢感应 eeOaAEEmmcsionstt
角速度ω 电势
eeObBEEmmcsionstt (112 20)00
22f f
f
f
ppnn 6600
eeOcBEEmmcsionstt (112 20)00
现代发电厂中所发出的交流电能几乎全
部是同步发电机发出，尽管目前有其他发电
型式，如磁流体发电，太阳能发电等，但电
力系统中仍是同步发电机占绝对优势。
2019/9/17
3
概述
同步电机指电机转子的转速n与旋转磁场 转速n1相同的交流电机。
同步电机的转速：n=60f1/p f1 --电网频 率。
2019/9/17
定子外接负载，形成回路，有三相电流。 机械能转化为电能
2019/9/17
11
三相同步发电机的基本工作原理
交流电势频率f的确定
当转子为1对磁极时，转子旋转一周，定子绕组 中感应电势变化一个周期；当同步发电机有p对极 时，转子旋转一周，感应电势交变p个周期。
当转子转速为每分n转时，交变电势频率为：
火电厂和核电站的汽轮机拖动的发电机，转 速高，转子宜作成细而长的隐极式，这种发电机通 常称为汽轮发电机。
核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站 用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都 较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电 站的大。
水轮机拖动的发电机，转速低，因而要求有较 多的磁极，转子宜作成短而胖的凸极式。
• 转子：有p对磁极，磁极上有直 流励磁绕组，当直流电流通过 电刷和滑环流入转子绕组后， 产生主磁通，主磁通由N极经气 隙，定子铁心，再经气隙进入S 极，构成主磁路。
《机械设计基础》 课件 第13章 联轴器和离合器
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机械设计基础
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机械设计基础
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无弹性元件挠性联轴器
（３）链条联轴器 图所示 为双排滚子链联轴器（TGS 型），半联轴器1、3为两个 齿数相同的链轮，分别用键 与两轴相连。双排滚子链2同 时与两个半联轴器的链轮啮 合，从而实现两轴的连接。
链条联轴器的润滑对其 性能有很大影响。转速较低 时应定期涂润滑脂，转速高 时更应充分润滑，并安装罩 壳。
机械设计基础
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非金属弹性元件挠性联轴器
（２）弹性柱销联轴器（LX型） 如图所示，这种联轴器在结构 上类似于弹性套柱销联轴器， 只是用尼龙柱销代替弹性套柱 销作为中间连接件。为了防止 柱销从半联轴器的孔中滑出， 可在两端安装固定挡圈。
与弹性套柱销联轴器相比， 弹性柱销联轴器能传递较大的 转矩，结构更为简单，安装、 制造方便，耐久性好，但补偿 两轴的相对位移量要小些。
机械设计基础
第十三章 联轴器和离合器
联轴器和离合器是机械传动中的常用部件。它们主 要用于两轴的连接，使其实现一起传动并传递转矩， 有时也可用作为作安全装置。
本讲重点学习内容： 1 2、常用离合器的工作原理及特点
机械设计基础
第十三章 联轴器和离合器
第一节 常用联轴器 第二节 离合器
本讲小结
1、了解联轴器的类型 2、了解联轴器的选择及标记 3、熟练掌握联轴器的结构与使用
返回
无弹性元件挠性联轴器
机械设计基础
（２）齿式联轴器 图所示为鼓形齿齿式联轴器（CG型），1、4为 两个具有鼓形齿外齿轮的半联轴器，用键分别与两轴相连。2、3为 两个带有内齿轮的外壳，用螺栓5将其连接在一起，依靠内、外齿 轮相啮合来传递转矩。内、外齿轮的齿数、模数分别相等，一般为 30-80个齿，齿廓曲线是压力角为20°的渐开线。外齿轮齿顶制成球 心位于齿轮轴线上的球面，齿侧制成鼓形（图）。内、外齿轮啮合 时，要保证具有适当的顶隙和侧隙，用以补偿两轴间可能出现的各 种位移（图）。为了减小补偿位移时齿面的滑动摩擦和磨损，可通 过注油孔向壳体内注入润滑油。图中的密封圈6是为防止润滑油泄 漏而设置的。
机械设计作业集第14章答案河南科技大学
变刚度 ，其刚度
成绩 任课教师 批改日期
-1-
机械设计作业集
14-13 齿轮联轴器能补偿两轴的综合位移，是由于 。
齿顶制成球面 , 具有适当的顶隙和侧隙。
14-14 选定联轴器类型以后，在确定具体尺寸型号时应考虑的问题有
工况（计算力矩） 、
最大转速 、 轴孔直径 。 14-15 安全 离合 器常用的型式有三种，它们是 破断式、嵌合式、摩擦式 。
解：根据题中已知条件，矩
T
ca =KAT=1.7 × 1000=1700Nm
1) 选 KL8 型滑块联轴器 , [T]=1800Nm
2) 选 CL3 型齿式联轴器 , [T]=3150Nm
14-1 ，取 KA=1.7 。由公式（ 14-3 ），
班级 姓名 学号
-3-
用 D。
A 刚性联轴器
B
无弹性元件的挠性联轴器
C 有弹性元件的挠性联轴器
D
安全联轴器
14-7 牙嵌离合器一般用于 A 的场合。
A 转矩较大，接合速度低
B
转矩小，接合时转速差很小
C 转矩大，接合速度高
D
14-8 牙嵌离合器应用最广的牙形是
A 矩形
B
梯形
任何场合 B。
C 锯齿形 D 三角形
14-9 多盘摩擦离合器的内摩擦盘有时做成碟形，这是为了 A 减轻盘的磨损 B 提高盘的刚性 C 使离合器分离迅速 14-10 联轴器和离合器的主要作用是 B。
三、 分析与思考题
14-16 联轴器、离合器、安全联轴器和安全离合器有何区别？各用于什么场合？
答：联轴器：用来把两轴联接在一起，机器运转时不能分离。只有停机时将联接拆开后两轴才能 分离。
材料力学：ch14 静不定问题分析
图 14-9(a) 根据对称条件，截面 C 的水平位移 ΔCx 为零，即
由此得到
ΔCx 0
FNC
3F 8
（→）
12
弯矩图如图（2）所示，最大弯矩为
|
M
|max
Fl 4
（b）解：此为三度静不定问题。有反对称性可利用。
在结构对称面 C 处假想切开，由于反对称，故有
FNC 0 ， M C 0
待求未知内力仅有FSC一个。 求 ΔCy 的载荷状态及单位状态如图 14-9(b)所示。
弯矩方程为
图 14-2(b)
M x1 FBx x1 ，
M
x 2
F Bx l
q 2
x
2 2
将其代入 积分后，得 代入协调条件
M x1 x1 ， M x2 l
ΔBx
1 EI
lM
0
x1
M
x1
dx1
1 EI
lM
0
x2
M
x2
dx2
ΔBx
1 EI
4 3
FBxl 3
ql 4 6
ΔBx 0
弯矩方程为
将其代入 积分后，得 代入协调条件
图 14-3(a)
M
FCx Rsin
F 2
R1
cos
M Rsin
ΔCx
1 EI
π/2 M M Rd
0
ΔCx
R3 EI
π 4
FCx
F 4
ΔCx 0
4
得 进而求得
（b）解：此为一度静不定问题。
FCx
F π
（←）
FBx
F π
（→）
求 ΔAy 的载荷状态及单位状态可示如图 14-3（b）。
江苏大学机械设计课件14联轴器和离合器.pptx
●剪切销安全联轴器
单剪的
双剪的
这种联轴器有单剪的和双剪的两种。这类联轴器由 于销钉材料机械性能的不稳定，以及制造尺寸的误 差等原因，致使工作精度不高；而且销钉剪断后， 不能自动恢复工作能力，因而必须停车更换销钉。 但由于构造简单，所以对很少过载的机器还常采用。
机械工程学院机械设计系
§14-3 联轴器的选择
机械工程学院机械设计系
●弹性柱销联轴器
工作时转矩通过两半联轴器及中间的尼龙柱销而 传给从动轴。为了防止柱销脱落，在半联轴器的 外侧，用螺钉固定了挡板。
机械工程学院机械设计系
●梅花形弹性联轴器
其结构形式及工作原理与星形弹性联轴器相似，但 半联轴器与轴配合的孔可作成圆柱形或圆锥形，并 以梅花形弹性件取代星形弹性件。弹性件可根据使 用要求选用不同硬度的聚氨酯橡胶、铸型尼龙等材 料制造。工作温度范围为-35～+80°C，短时工作温 度可达100°C，传递的公称转矩为16～25000N.m。
பைடு நூலகம்
机械工程学院机械设计系
●轮胎联轴器
轮胎联轴器用橡胶或橡胶织物制成轮 胎状的弹性元件，两端用压板及螺钉 分别压在两个半联轴器上。这种联轴 器富有弹性，具有良好的消振能力， 能有效地降低动载荷和补偿较大的轴 向位移，而且绝缘性能好，运转时无 噪声。缺点是径向尺寸较大；当转矩 较大时，会因过大扭转变形而产生附 加轴向载荷。为了便于装配，有时将 轮胎开出径向切口，但这时承载能力 要显著降低。
联轴器和离合器是机械装置中常用的部件，它 们主要用于联接轴与轴，以传递运动与转矩，也可 用作安全装置。大致有以下类型：
联轴器：用于将两轴联接在一起，机器运转 时两轴不能分离，只有在机器停车时才可将两 轴分离
离合器 在机器运转过程中，可使两轴随时接 合或分离的一种装置。它可用来操纵机器传动的 断续，以便进行变速或换向
单剪的
双剪的
这种联轴器有单剪的和双剪的两种。这类联轴器由 于销钉材料机械性能的不稳定，以及制造尺寸的误 差等原因，致使工作精度不高；而且销钉剪断后， 不能自动恢复工作能力，因而必须停车更换销钉。 但由于构造简单，所以对很少过载的机器还常采用。
机械工程学院机械设计系
§14-3 联轴器的选择
机械工程学院机械设计系
●弹性柱销联轴器
工作时转矩通过两半联轴器及中间的尼龙柱销而 传给从动轴。为了防止柱销脱落，在半联轴器的 外侧，用螺钉固定了挡板。
机械工程学院机械设计系
●梅花形弹性联轴器
其结构形式及工作原理与星形弹性联轴器相似，但 半联轴器与轴配合的孔可作成圆柱形或圆锥形，并 以梅花形弹性件取代星形弹性件。弹性件可根据使 用要求选用不同硬度的聚氨酯橡胶、铸型尼龙等材 料制造。工作温度范围为-35～+80°C，短时工作温 度可达100°C，传递的公称转矩为16～25000N.m。
பைடு நூலகம்
机械工程学院机械设计系
●轮胎联轴器
轮胎联轴器用橡胶或橡胶织物制成轮 胎状的弹性元件，两端用压板及螺钉 分别压在两个半联轴器上。这种联轴 器富有弹性，具有良好的消振能力， 能有效地降低动载荷和补偿较大的轴 向位移，而且绝缘性能好，运转时无 噪声。缺点是径向尺寸较大；当转矩 较大时，会因过大扭转变形而产生附 加轴向载荷。为了便于装配，有时将 轮胎开出径向切口，但这时承载能力 要显著降低。
联轴器和离合器是机械装置中常用的部件，它 们主要用于联接轴与轴，以传递运动与转矩，也可 用作安全装置。大致有以下类型：
联轴器：用于将两轴联接在一起，机器运转 时两轴不能分离，只有在机器停车时才可将两 轴分离
离合器 在机器运转过程中，可使两轴随时接 合或分离的一种装置。它可用来操纵机器传动的 断续，以便进行变速或换向
14 轴
三、轴上零件的定位与固定 轴肩 h=(0.07-0.1)d 套筒 轴端挡圈 圆螺母（细牙） 弹性挡圈等 周向固定方法： 键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。
轴向定位 与固定方法
四、各轴段直径和长度的确定
1）与标准件配合的轴径应根据标准件的尺寸设计。 2）定位轴肩的高度。
3） 滚动轴承的定位轴肩，应小于轴承内圈的厚度。
3) 各零件要牢固而可靠地相对固定（固定）；
4) 改善受力状况，减小应力集中。
轴的结构设计1
二、拟定轴上零件的装配方案
装配方案：就是预定出轴上主要零件的装配方向、 顺序和相互关系。 轴上零件的装配方案大体决定了轴的基本形式。 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相 同。
同一个设计任务，不同装配方案得出的轴结构不同。在拟定装配方案 时，一般应考虑几个方案，进行分析比较与选择。 原则：1）轴的结构越简单越合理；2）装配越简单、方便越合理
转动心轴 如火车车轮轴 固定心轴 如自行车前轴
2、传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。
3、转 轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。
按轴线形状的不同，轴可分：
直轴
光轴 实心轴 空心轴: 有特殊要求时，减轻重量等。
阶梯轴
曲轴 用以将旋转运动与往复直线运动相互转变。 钢丝软轴： 可以随意弯曲，把回转运动灵活 地传到任意空间位置。
轴的材料
[τ] C 40Cr,35SiMn, 2Cr13,20CrMnTi 40～52 107～98
Q235
12～20 160～135
1Cr18Ni9Ti
12～25 148～125
35
20～30
45
30～40
135～118 118～107
机械设计基础_14轴
14.1.1 轴的类型及应用
1.按轴承承受载荷不同分类 (1) 心轴: 只承受弯矩M≠0；不传递转矩T=0。又可分为转 动心轴（工作时轴转动，如图14-1a所示火车机车车 轴）和固定心轴（工作时轴不转动，如图14-1b所示 自行车前轮轴）。
机械设计基础
Machine Design Foundation
轴的结构设计
2) 轴上零件的周向定位
轴上零件的周向固定是为了传递转矩和防止零件与 轴发生相对转动。必须有可靠的周向固定。转动零件与 轴的周向固定所形成的联结, 称为轴毂联结。常用的固 定方式有键联接（平键和花键）、销联接、过盈配合联 接、圆锥销联接、成形联接、弹性环联接等。如图所示。
a-平键联接
b-花键联接
40CrNi
≤100 调质 ﹥100～300 ≤100 调质
用于很重要的轴
38SiMnMo
﹥100～300 ≤60
38CrMoAlA
调质
﹥60～100 ﹥100～160
渗碳淬火 20Cr 回火 3Cr13 调质 ≤100 ≤100 1Cr18Ni9Ti QT600-3 QT800-2 淬火 ﹥100～200 ≤60
场合以缓和冲击，如图14-6所示。
机械设计基础
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14.2 轴的材料
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轴的材料
14.2.1 轴的常用材料
1．对材料的要求： 轴要承受扭转应力和弯曲应力等作用，其可能 的失效形式有疲劳断裂、过载断裂、弹性变形过大 等，因此，轴的材料应有良好的综合机械性能，具 有足够的强度和韧性、高的硬度和耐磨性，同时要 有较好的工艺性和经济性 2．材料及材料牌号类型 几种常用材料及其主要力学性能见表14-1 （1）碳素钢 （2）合金钢 （3）合金铸铁或球墨铸铁
CH14联轴器
第一章 多媒体CAI课件设计基础
8. 轮胎联轴器 轮胎联轴器
• 特点：富有弹性，具有良好的消振能力，能有效地降低动 特点：富有弹性，具有良好的消振能力，
载荷和补偿较大的轴向位移，绝缘性好，运转时无噪声。 载荷和补偿较大的轴向位移，绝缘性好，运转时无噪声。但径 向尺寸大，转矩大时会因扭转变形而产生附加轴向力。 向尺寸大，转矩大时会因扭转变形而产生附加轴向力。
重点、难点： 重点、难点：
1）各类联轴器的结构及工作原理。 ）各类联轴器的结构及工作原理。 2）各类离合器的结构及工作原理。 各类离合器的结构及工作原理。
作业: 作业
第一章 多媒体CAI课件设计基础
14.1 概述
• 功用：用来联接两轴使之一起转动并传递轴器联接的两根轴，只有在机器停车后，经过拆 区别：用联轴器联接的两根轴，只有在机器停车后，
则牙齿可能会因此受到撞击而折断。 则牙齿可能会因此受到撞击而折断。
• 注意：牙嵌离合器可以借助电磁线圈的吸力来操纵，称为电 注意：牙嵌离合器可以借助电磁线圈的吸力来操纵，
磁牙嵌离合器。 磁牙嵌离合器。电磁牙嵌离合器通常采用嵌入方便的三角形细 牙。它依据信息而动作，所以便于遥控和程序控制。 它依据信息而动作，所以便于遥控和程序控制。
• 适用：载荷平稳、转速稳定、被联接两轴轴线相对位移极小 适用：载荷平稳、转速稳定、
的情况。 的情况。
1. 凸缘联轴器
第一章 多媒体CAI课件设计基础
2. 套筒式联轴器
• 特点：结构简单，制造容易，径向尺寸小。 特点：结构简单，制造容易，径向尺寸小。 • 适用：两轴同心度好，工作平稳，无冲击的场合。 适用：两轴同心度好，工作平稳，无冲击的场合。 3. 夹壳联轴器
14.4 安全离合器
CH14联轴器、离合器和制动器幻灯片PPT
设计：潘存云
联接特点：构成动联接，具有一个或几个方向的 活动度。能补偿两轴的相对位移。
1、齿式联轴器
构造： ●两个有内齿的外壳，两个有外齿的套筒，两者齿数一样，外齿做 成球形齿顶的腰鼓齿。 ●套筒与轴用键联接，两外壳用螺栓联接。 ●两端密封，空腔内储存润滑油。
功用：能补偿轴不对中和偏斜。
工作范围：正常齿：α≤30′ 腰鼓齿：α≤3˚
ω2′ 〉ω1
r′ A
αr B α 设计：潘存云
A
ω2′
在图示位置II, 以轴2为参考系，
对B点有 ：
ω1
vB2 = rω2″
r Bα A α 设计：潘存云
以轴1为参考系，对B点有 ：
B
vB1 = r″ω1 = ω1 r cosα
同样有 ： vB1 = vB2
代入得： ω2″=ω1 cosα
ω2″ <ω1
r″
ω"2
其它位置：
ω1cos α ≤ ω2 ≤
ω1 cosα
2〕双万向铰链机构
为了消除从动轴变速转动的缺点
将两个单万向铰链机构通过串联使用，可构成双万向铰链机构，实现等速回转。
安装要求：
①主动、从动、中间三轴共面；
②主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹角应相等；
③中间轴两端的叉面应在同一平面内。
如果联轴器没有适应这种相对 α 位移的能力就会引起附加载荷，
甚至引起强烈振动。
应用实例：手腕驱动机构、汽车后桥驱动停等。
联轴器类型
●按构造特性分： 1、刚性联轴器：适用于两轴能严格对 中，并在工作中不发生相对位移的地方， 如凸缘联轴器。
2、挠性联轴器：适用于两轴有偏斜或 工作中有相对位移的地方。
联接特点：构成动联接，具有一个或几个方向的 活动度。能补偿两轴的相对位移。
1、齿式联轴器
构造： ●两个有内齿的外壳，两个有外齿的套筒，两者齿数一样，外齿做 成球形齿顶的腰鼓齿。 ●套筒与轴用键联接，两外壳用螺栓联接。 ●两端密封，空腔内储存润滑油。
功用：能补偿轴不对中和偏斜。
工作范围：正常齿：α≤30′ 腰鼓齿：α≤3˚
ω2′ 〉ω1
r′ A
αr B α 设计：潘存云
A
ω2′
在图示位置II, 以轴2为参考系，
对B点有 ：
ω1
vB2 = rω2″
r Bα A α 设计：潘存云
以轴1为参考系，对B点有 ：
B
vB1 = r″ω1 = ω1 r cosα
同样有 ： vB1 = vB2
代入得： ω2″=ω1 cosα
ω2″ <ω1
r″
ω"2
其它位置：
ω1cos α ≤ ω2 ≤
ω1 cosα
2〕双万向铰链机构
为了消除从动轴变速转动的缺点
将两个单万向铰链机构通过串联使用，可构成双万向铰链机构，实现等速回转。
安装要求：
①主动、从动、中间三轴共面；
②主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹角应相等；
③中间轴两端的叉面应在同一平面内。
如果联轴器没有适应这种相对 α 位移的能力就会引起附加载荷，
甚至引起强烈振动。
应用实例：手腕驱动机构、汽车后桥驱动停等。
联轴器类型
●按构造特性分： 1、刚性联轴器：适用于两轴能严格对 中，并在工作中不发生相对位移的地方， 如凸缘联轴器。
2、挠性联轴器：适用于两轴有偏斜或 工作中有相对位移的地方。
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选择1
大多数联轴器已经标准化或规格化，一般机械设计 者的任务是选用联轴器，也可自行设计。选用步骤为：
选择联轴器的类型 计算联轴器的计算转矩 确定联轴器的型号
校核最大转矩 协调轴孔直径 规定部件相应的安装精度 进行必要的承载能力校核
选择2
１．选择联轴器的类型 应全面了解工作载荷的大小和性质、转速高低、工作
电磁摩擦离合器可实现远距离操纵，动作迅速，没有 不平衡的轴向力，因而在数控机床等机械中ຫໍສະໝຸດ 得了广泛的 应用。本章小结
•联轴器的选择依据
２．计算联轴器的计算转矩
T为联轴器所传递的公称转矩； KA为工况系数。
３．确定联轴器的型号
按Tca≤[T]，由联轴器标准确定联轴器型号，[T]
为联轴器的许用转矩。
４．校核最大转速
被联接轴的转速n，不应超过联轴器许用的最高转速
nmax，即：
n≤nmax
５．协调轴孔直径 被联接两轴的直径和形状（圆柱或圆锥）均可以不同
二、联轴器的分类 刚性联轴器 被联接两轴间的各种相对位移无补偿能力，
故对两轴对中性的要求高。当两轴有相对位移时，会在结构 内引起附加动载荷。
挠性联轴器 对被联接两轴间的各种相对位移有补偿能力： 无弹性元件挠性联轴器：联轴器虽具有挠性，但因无弹
性元件，故不能缓冲减振。 有弹性元件挠性联轴器：因有弹性元件，不仅可以补偿
【例】
第十四章 联轴器和离合器
§14-1 联轴器的种类和特性 §14-2 联轴器的选择 §14-3 离合器
作用：离合器用来联接两根轴，使之一起转动并传递 转矩，在工作中主、从动部分可分离可接合。
一、对离合器的基本要求
分离、接合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠； 结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全，效率高； 接合元件耐磨性好，使用寿命长，散热条件好； 操纵方便省力，制造容易，调整维修方便。
离合器联接的两轴在工作时能根据需要，随时接合或分 离。
第十四章 联轴器和离合器
§14-1 联轴器的种类和特性 §14-2 联轴器的选择 §14-3 离合器
一、联轴器所联两轴的相对位移（为什么需要联轴器？）
联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的 变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而 是存在着某种程度的相对位移。
，但必须使直径在所选联轴器型号规定的范围内，形状也 应满足相应要求。
６．规定部件相应的安装精度 联轴器允许轴的相对位移偏差是有一定范围的，因此
，必须保证轴及相应部件的安装精度。
７．进行必要的校核 联轴器除了要满足转矩和转速的要求外，必要时还应
对联轴器中的零件进行承载能力校核，如对非金属元件的 许用温度校核等。
环境等，结合常用联轴器的性能、应用范围及使用场合选 择联轴器的类型。
低速、刚性大的短轴可选用刚性联轴器； 低速、刚性小的长轴可选用无弹元件挠性联轴器； 传递转矩较大的重型机械选用齿式联轴器； 对于高速、振动和冲击的机械，选用弹性元件联轴器； 轴线位置有较大变动的两轴，应选用万向联轴器； 有安全保护要求的轴，选用安全联轴器。
二、离合器的分类
按其工作原理可分为牙嵌式、摩擦式两类； 按离合控制方法不同，可分为操纵式和自动式两类； 按操纵方式分有机械离合器、电磁离合器、液压离合器和 气压离合器等； 可自动离合的离合器有超越离合器、离心离合器和安全 离合器等，它们能在特定条件下，自动地接合或分离。
牙嵌离台器
单圆盘摩擦离合器
相对位移，而且具有缓冲减振的能力。弹性元件所能储蓄 的能量越多，则联轴器的减振能力越强。
一、刚性联轴器
刚性联轴器
套筒联轴器
夹壳联轴器
凸缘联轴器 对中性要求高
联轴器应用
二、无弹性元件挠性联轴器
十字滑块联轴器
滑块联轴器
十字轴式万向联轴器
轿车的主减速器
从动锥齿轮
主动锥齿轮
差速器齿轮 行星齿轮 差速器壳
机械设计CH14-联轴器 (1)
2020/8/14
联轴器的应用 –电动绞车
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
1-联轴器 2-离合器 3-制动器
联轴器和离合器是用来联接两根轴或轴与其他回转零件 ，使之一起回转并传递转矩。
联轴器联接的两轴在工作时不能分离，必须停车拆卸才 能分离。
行星齿轮轴
圆锥轴承
球笼式等速万向节
液力耦合器
齿式联轴器
滚子链联轴器
三、有弹性元件挠性联轴器
弹性套柱销联轴器
弹性柱销联轴器
梅花形弹性联轴器
轮胎联轴器
膜片联轴器
星形弹性联轴器
有弹性件挠性联轴器
蛇形弹簧联轴器
剪切安全联轴器
第十四章 联轴器和离合器
§14-1 联轴器的种类和特性 §14-2 联轴器的选择 §14-3 离合器
多圆盘摩擦离合器
周布弹簧式离合器
从动盘分离
结合状态
电磁摩擦离合器
电磁粉末离合器
离合器2
三、离合器的选用 嵌入式离合器的结构简单，外形尺寸较小，两轴间的联
接无相对运动，一般适用于低速接合，转矩不大的场合；
摩擦式离合器可在任何转速下实现两轴的接合或分离 ；接合过程平稳，冲击振动较小；可有过载保护作用。但 尺寸较大，在接合或分离过程中要产生滑动摩擦，故发热 量大，磨损也较大。