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第十六章联轴器、离合器和制动器§16-1 联轴器一、联轴器的功用与分类联轴器主要是用在轴与轴之间的联接中，使两轴可以同时转动，以传递运动和转矩。
用联轴器联接的两根轴，只有在机器停车后，经过拆卸才能把它们分离。
由于制造、安装误差或工作时零件的变形等原因，一般无法保证被联接的两轴精确同心，通常会出现两轴间的轴向位移x（图19-1a）、径向位移y（图19-1b）、角位移 （图19-1c）或这些位移组合的综合位移（图19-1d）。
如果联轴器不具有补偿这些相对位移的能力，就会产生附加动载荷，甚至引起强烈振动。
图19-1两轴间的各种相对位移根据联轴器补偿位移的能力，联轴器可分为刚性和弹性两大类。
刚性联轴器由刚性传力件组成，它又可分为固定式和可移式两种类型。
固定式刚性联轴器不能补偿两轴的相对位移，可移式刚性联轴器能补偿两轴间的相对位移。
弹性联轴器包含有弹性元件，除了能补偿两轴间的相对位移外，还具有吸收振动和缓和冲击的能力。
联轴器已标准化。
一般可先依据机器的工作条件选定合适的类型，然后按照计算转矩、轴的转速和轴端直径从标准中选择所需的型号和尺寸。
必要时还应对其中的某些零件进行验算。
计算转矩T c应考虑机器起动时的惯性力、机器在工作中承受过载和受到可能的冲击等因素，按下式确定T c＝K A T（19-1）式中，T为名义转矩；K A为工作情况系数。
二、常用的联轴器及其特点联轴器的种类很多，这里仅介绍有代表性的几种结构。
1．固定式刚性联轴器（1）凸缘联轴器凸缘联轴器是应用最广的固定式刚性联轴器。
如图19-2所示，它用螺栓将两个半联轴器的凸缘联接起来，以实现两轴联接。
联轴器中的螺栓可以用普通螺栓，也可以用铰制孔螺栓。
这种联轴器有两种主要的结构型式：图19-2a是有对中榫的I型凸缘联轴器，靠凸肩和凹槽（即对中榫）来实现两轴同心。
图19-2b是II型凸缘联轴器，靠铰制孔用螺栓来实现两轴同心。
为安全起见，凸缘联轴器的外圈还应加上防护罩或将凸缘制成轮缘型式。
第十六章 车由16-13、已知图16-41中所示直齿轮减速器输出轴在安装齿轮处地直径 d =65m m ,齿轮轮毂 长85mm,齿轮和轴地材料均为45钢.齿轮分度圆直径为d °二300mm ,所受圆周力F t =8000N ，载荷有轻微冲击.试选择该处平键地尺寸.如果轮毂材料为铸铁，则该平键所能 传递地转矩T 有多大？则要求 h 一671 =12.9mm 与实际情况不符。
52顾可选 L =80mm 贝V 丨=L -b =80 —18 =62mm 要求 如果轮毂材料为铸铁，则该平键所能承受的最大挤压力为［二p ］ =50 L 60MPa 取［j ］ =60MPa则由［J ］二也 得，传递的最大转矩为：p dhldhL 「65灯0-3 如1沢62如0-6 “T max = 【V = 60 10 -664.95Nm4 416-14、已知一传动轴所传递地功率 N =16kW ,转速n =720r/min ，材料为Q255I 冈•求该 解：普通平键的挤压强度条件为_ F 4T 「、6= ［二 p ］p A dhl p45号钢在轻微冲击下的［；「。
］ =100L120MPq 取［二 p ］ =110MPaT =F t 氏=8000 兰=1200N_m2 2" F 4T 4 1200 一 门 “6S= 110 10A dhl 0.065hl 则有: hl 又： 又： .71mm0.065 110 106一般选键长 L ::: B - （1 〜2）-（5 〜10） =85-（1 〜2） -（5 〜10） = 79 ~73mm . L = 70mm d=65mm 查表6-8可选择的键截面尺寸为： b h =18 11 .丨二L —b =70 —18=52mm h _回=10.8mm 合适62传动轴所需地最小直径解：当传动轴传递的功率为N =16KWtf ，其扭转强度条件为 3 P 9550 103-，丄: n W9550 103 0.2d 3 M ]P n 即：d —3 0.2[] 其中 P =16KWh =720r/min ，16 33.18mm 720 A =118时 d _118 当 A =126.5寸,d _126.5=35.56mm 16当 A =135时，d _135 37.95mm 720 16-15、图16-42所示为一直齿圆柱齿轮减速器输出轴地示意图 .有关尺寸如图所示•轴承宽度 为20mm ;齿轮宽度为 50mm,分度圆直径为 200mm,传递地功率为 N = 5.5 kW,转速 n =300r/min •试按弯扭合成强度计算轴地直径并绘出轴地结构图解：（1）作计算简图并求支反力T=9550^ = 9550汉5.5 = 175.08Nm n 300 l 2000T 2000 175.08 ,门“F t 1750.8N圆周力 径向力 d 200 二 F t tan ： =1750.8 tan20 -637.2N F r F AX = F BX =[ 2 F Ay 二 F By = g2 1750.8 “ = 875.4N 26372 =318.6N2 T=175.08Mx175NhM CX^F AX 1=875.4 0.2 =175.080M cy=F A y 1=318.6 0.2 =63.72NmM c fj M cx2M cy2*：'；175.08263.722「=186.3NmMv = •, M cmax2(：T)» f：186.32(0.6 175.08)^213.88Nm i10M Va“0X213.88d - 3 v = 3 633.88mmV 55X0。
第十六章轴16.1选择题16.1.1 自行车轮的轴是。
a）心轴 b）转轴 c）传动轴16.1.2 自行车大链轮的轴（脚蹬轴，又称中轴）是。
a）心轴 b）转轴 c）传动轴16.1.3 后轮驱动的汽车，起前轮的轴是。
a）心轴 b）转轴 c）传动轴16.1.4 某45钢轴的刚度，可采取措施来提高其刚度。
a）用40Cr钢代替 b）淬火 c）增大轴的尺寸d）改进轴的结构以减轻应力集中16.1.5 汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，采用材料为宜。
a）45钢正火b）Q255 c）38CrMoAlA d）45钢调质16.1.6 对大直径轴的轴肩圆周角处进行喷丸处理，起目的是。
a）是尺寸精确些 b）达到规定的表面粗糙度c）降低材料对应力集中的敏感性 d）提高材料的抗腐蚀性能16.1.7 计算当量弯矩M'=[M2+（αT）2]0.5，α是根据转矩性质而定的校正系数，当承受的转矩是对称循环时，α= 。
a）0.3 b）0.6 c）1.0 d）1.516.1.8 转轴设计中，当弯矩是第Ш类（对称循环）而转矩是第П类（脉动循环）时，其修正系数α等于。
a）[σ-1]b/ [σ0]b b）[σ0]b / [σ-1]bc）[σ-1]b/ [σ+1]b d）[σ+1]b / [σ-1]b16.1.9 转轴在精确计算时，首先应确定断面的位置。
a）危险 b）承受最大合成弯矩处c）应力集中较大处16.1.10 材料为钢质的传动轴，轴上分置四个带轮（如图），主动轮C上输入功率P C=65KW，三个从动轮A、B、D其输出功率分别为P A=15KW、P B=20KW、P D=30KW，当轴n=470r/min时，受扭矩最大。
a）A-B极 b）B-C极 c）C-D 极16.1.11 空心轴与同尺寸的实心轴相比较，其抗扭强度，而其重量。
a）降低 b）增强 c）不变16.1.12 原则上轴上配合表面应取标准直径，对于d=100~200mm，其尾数为。
a）2，5 b）5，8 c）0，516.1.13 当轴做单向回转时，平键的工作面在；花键的工作面在；半圆键的工作面在；楔键的工作面在；切向键的工作面在。
a）上、下两面 b）上表面或下表面c）侧面 d）两侧面16.1.14 下列各种键的失效形式：普通平键为。
导向键为，滑键为，钩头楔键为，切向键为。
a）剪断b）压溃c）磨损 d）胶合16.1.15 下列各种键的轴槽加工方法：A型键为，B型键为，C型键为；轮壳槽的加工方法：A型键为，B型键为：，C型键为。
a）端铣削 b）盘铣削 c）插削 d）刨削 e）花键连接16.1.16 楔键的上表面斜度为，下表面斜度为，轴槽的斜度为，论壳槽的斜度为。
a）1：20 b）1：50 c）1：100 d）1：116.1.17 定心精度最高的是，承载能力最高的是，定心精度最低的是，承载能力最低的是。
a）平键联接b）半圆键联接 c）楔键联接d）切向键联接 e）花键联接16.2 填充题16.2.1 轴的强度计算常分两步：一是，二是。
16.2.2 转轴在疲劳强度验算时，首先应确定一个或几个危险断面，这些断面常常是。
16.2.3 σb=M'/W=[M2+（αT）2]0.5/（0.1Xd3）≤[σ-1]b是按计算的强度公式，这种计算是在做完设计后，即均为已知时进行的。
16.2.4 阶梯轴具有及优点，且装卸中不会互相擦伤，但，因为。
16.2.5 轴的设计包括：轴的结构、材料选择、强度、刚度和振动稳定性计算，但并非面面俱到，要按，如车床主轴以、高速轴、一般用轴。
16.2.6 轴的结构设计，目的是突出轴的合理外形；此处还需。
16.2.7影响轴的结构的因素很多，但应满足三要求：①②③。
16.2.8改进轴上零件的布置，可减少弯矩和挠度，如图所示，宜①②，但此种布置。
16.2.9为了尽可能减少轴上的应力集中，以提高疲劳强度，要求①②③④。
16.2.10 轴按扭矩初步估计，其公式为，实质上是有弯矩的，可见这是常用的一种近似方法作强度计算，即它一般应于①②③④。
16.2.11 按弯矩合成的方法初步估计轴，必须预先知道①②。
它一般应用于①②。
16.2.12轴在精确计算（即安全系数校核）时，其危险断面处的安全系数校核式为S=SσSτ/（Sσ2+Sτ2）0.5≤[S]式中：对称循环时，Sσ= Sτ= ，不对称循环时，Sσ= Sτ= ，而（Kσ）D= 。
对于一般转轴，弯曲应力按计算。
σα= ，σm= 。
扭转剪应力按计算。
τα= ，τm= 。
对于不转心轴，弯曲应力按计算。
σα= ，σm= 。
当轴需常正、反转时，扭转剪应力按计算。
τα= ，τm= 。
16.3简答题16.3.1何谓心轴、传动轴和转轴？试分析自行车的前轴、后轴和中轴各属于何种轴？16.3.2轴的常用材料有哪些？如何选择？工程上最常用的材料是哪一种？16.3.3为提高轴的刚度欲把轴的材料由45钢转为40Cr等合金钢是否合适？为什么？16.3.4用合金钢代替优质碳素钢就一定能提高轴的疲劳强度吗？为什么？设计轴时，若采用合金钢应注意什么问题？16.3.5轴上零件的轴向固定有哪些方法？各有何特点？轴上零件的轴向固定有哪些方法？各有何特点？16.3.6在什么情况下，轴段应设有退刀槽和砂轮越程槽？其尺寸如何确定？16.3.7齿轮轴的齿根圆直径d f小于相邻轴径d时，设计时应考虑什么问题？16.3.8轴头与轴径处的直径为什么通常要圆整为标准值？16.3.9轴的强度计算方法有几种？他们的使用条件是什么？16.3.10指出轴的最小直径值计算公式d≥C（P/n）1/3中系数C应如何取值？若轴材料取为45钢。
C应取何值？16.3.11轴的强度计算公式M'=[M2+（αT）2]0.5中，α的含义是什么？其大小如何确定？16.3.12图示为起重机动滑轮轴的两种结构方案，已知轴的材料均为Q255钢且直径相同，若起重量相同（P=20KN），支承计算跨距相同，轴所受的最大弯矩是否相等？σmax是否相同？强度是否相同？16.3.13如果一根轴按其疲劳强度计算安全系数，其强度通过的话，是否还需要按弯扭合成强度条件进行校核？16.3.14一齿轮减速器箱体已铸造，镗孔加工完毕，轴采用45钢，也已车削完毕，经校核，轴的安全系数小于许用安全系数，问应该如何解决着一问题？16.3.15影响轴的疲劳强度的因素有哪些？在设计轴的过程中，如果疲劳强度不够时，应采取哪些措施使其满足强度要求？16.3.16如图所示，轴上的传动齿轮上作用的三个分力，即圆周力F t、径向力F r和轴向力F a，试画出轴的弯矩图和转矩图。
并说明画弯矩图时，轴向力F a和径向力F r是否一定要化为同一平面内的力，为什么？16.3.17对一般转轴，由弯矩所引起的弯曲应力和由转矩所引起的扭剪应力属于什么循环应力？16.3.18若轴的某一危险截面上同时存在三种应力集中源，即圆角、键槽和过盈配合，其综合影响系数为（Kσ）D=Kσ/（βσεσ）和（Kτ）D=Kτ/（βτετ），在进行轴的疲劳强度计算时，应取哪种应力集中源的综合影响数？为什么？16.3.19若轴与轴毂为过盈配合时，应力最大出发生在配合的什么地方？欲减少此处的应力集中，一般可采取什么措施？16.3.20什么样的转轴按下式计算扭剪应力副扭转安全系数？τT=T/W T；Sτ=τ-1/{[Kτ/（βτετ）]}16.3.21试分析图示轴的三钟受载情况，哪个卷筒轴是心轴？哪个是转轴？三种轴各产生什么应力？轴结构上各有何特点？16.3.22图示带式运输机两种方案，若工作情况相同，传递功率一样，试比较：①按方案a设计的单级减速器，如果改用方案b，减速器的哪根轴的强度要重新校验？为什么？②两方案中，电动机轴受力是否相同？（方案a中三角胶带传动比i=方案b中开式齿轮传动比i开）16.4计算题16.4.1已知一传动轴传递的功率为30KW，轴转速n=960r/min，若轴材料采用45钢，试按下列两种情况计算轴的直径：①实心轴；②空心轴，内、外径之比β=0.6。
并比较两种情况下轴的重量比（设实心轴的重量比为1）16.4.2已知图示轴传递的功率P=5.5KW，轴的转速500r/min，单向回转，试按扭转强度条件估算轴的最小直径，并估计轴承处及齿轮处的轴径。
16.4.3如题16.2.2图，图中的L=120mm，B=40mm，齿轮分度圆直径d=100mm，试按弯矩合成强度条件估算齿轮处的轴径。
16.4.4已知某二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器的结构尺寸如图示，若它传递的功率为P=5.5KW，转速n=180r/min，单向运转；齿轮参数为：大齿轮齿数Z2=112，模数m n=3mm，螺旋角β=10º44'，右旋；小齿轮齿数Z1=23，模数m n=4mm，螺旋角β=9º22'，右旋。
若此轴直径是按弯矩合成强度条件设计的，试问此轴材料应选哪一种钢？16.4.5某轴材料为45钢，表面车光，表面粗糙度R2=1.6μm，如图所示，1-1剖面上的应力为：σa=40N/mm2，σm=0，τa=20N/mm2，τm=20N/mm2，试求该剖面在下述三种情况下的安全系数S，并比较其计算结果，从中可得到什么结论？①过渡圆角。
圆角半径R=2mm，肩高h=5mm，见图a；②平键槽。
用端铣刀加工，见图b；③过盈配合。
见图c。
16.4.6某二级展开式齿轮减速器的中间轴，其结构尺寸、弯矩图和转矩图如图所示，周材料为45钢调质，轴表面车光，表面粗糙度R m=1.6μm，单向传动，载荷稍有波动。
要求：①按弯扭合成的强度条件校轴的强度；②按安全系数法校核该轴的安全系数。
16．4．7轴的结构及受载情况如图所示，若轴的材料为45钢正火，与轴承配合的表面为磨削加工，其表面粗糙度R a=0.63μm,其他表面为车削加工，齿轮与轴承配合处，轴表面粗糙度＝1.6μm，试按全系数法校核该轴的强度。
16．4．8设计图示二级斜齿轮减速器中的低速轴，已知低速轴传递功率P＝5KW，转速n＝42r/min，低速轴齿轮参数α n＝20模数m n＝3mm，Z＝110，齿宽80mm，β＝9°20″，右旋。
两轴承间距206mm，轴承型号初定为6412，不计摩擦损失，要求：1设计轴承结构；2根据许用弯曲应力验算轴的强度。
16．4．9试绘制双级减速器中间轴的计算简图以及该轴的弯矩图和扭矩图，并计算；两齿轮中间截面的当量弯矩。
已知：中间轴上齿轮的啮合作用力为：F t2=1350N ；F a2=450 ；F r2=510N ；F t3=2460N ；F a3=710N ；F r3=930N ；齿轮的节圆直径d 2＝120mm，d 3＝65mm，跨距尺寸见图。
