机械设计14.

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1、第14章 联轴器、离合器和制动器 14-0 联轴器和离合器概述 14-1 联轴器的种类和特性 14-5 特殊功用及特殊结构的联 轴器及离合器 14-2 联轴器的选择 14-3 离合器 14-4 安全联轴器及安全离合器 14-6 制动器 作用：主要用于将两根轴联接在一起，使它们一起旋 转，并传递扭矩，也可用作安全装置。 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； 安全联轴器与离合器-机器工作时，若转矩超过 规定值，即可自行断开或打滑，

2、以保证机器中的 主要零件不因过载而损坏； 特殊功用的联轴器与离合器-用于某些特殊要 求处，如：在一定的回转方向或达到一定转速 时， 联轴器或离合器即可自动接合或分离等； 14-0 联轴器和离合器概述 联轴器和离合器种类繁多，在选用标准件或自行设 计时应考虑如下因素： 传递转矩大小; 转速高低; 扭转刚度变化 ; 体积大小 ; 缓冲吸振能力 。 一、联轴器所联两轴的相对位移 两轴线的相对位移: 轴向、径向、角度、综合。 由于制造、安装或工作时零件的变形等原因 ，被联接的两轴不一定度能精确对中，因此 会出现两轴之间的轴向位移、径向位移和角 位移，或其组合。 y x y 轴向 x 径向 角度综合 制

3、造误差 安装误差 受力变形 被联接的两轴不能精确对中 14-1 联轴器的种类和特性 二、 联轴器与离合器的分类 无弹性元 件联轴器 刚性联轴器 联 轴 器 套筒联轴器 凸缘联轴器 夹壳联轴器 齿式联轴器 十字滑块联轴器 挠性联轴器 有弹性元 件联轴器 滑块联轴器 万向联轴器 滚子链联轴器 弹性套柱销联轴器 弹性套柱销联轴器 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 下面将对各种联轴器作详细介绍 （一）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

4、 。 应用：用于载荷较平稳的 两轴联接 。 1、套筒联轴器 优点：传递扭矩大、能补偿综合位移。 缺点：结构笨重、造价高。 应用：用于重型传动。 2、十字滑块联轴器 结构：两个端面开有径向凹槽的半联轴器，两端各具 有凸榫的中间滑块，且两端榫头互相垂直，嵌入凹槽 中，构成移动副。 工作原理：当两轴存在不对中和偏斜时， 滑块将在凹槽内滑动。 优缺点：结构简单、制造容易。滑块因偏心产生离心 力和磨损，并给轴和轴承带来附加动载荷。 适用范围：30, y0.04d，v300 r/min y 3、滑块联轴器 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。 结构：与十字滑块联轴器结

5、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。 4、万向联轴器 作用：用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且在 传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。共轴、 有夹角 应用：广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。 单万向联轴器 vA1 = r1 结构特点：两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链 与中间的“十字形”构件相联，“十字形”构件的中心位 于两轴交点处， 运动分析： 两轴平均传动比为1，但 瞬时传动比是动态变化的 。 在图示位置I, 以轴1为参考 系，对A点有 ： 以轴2为参考系，对A点有 ：v A2 =

6、 r2 A 2 A 1 B r r = r cos 2 显然有 ： vA1 = vA2 =045 轴间角为 ： r” 其它位置 ： 代入得： 1 B B A “2 在图示位置II, 以轴2为参考 系，对B点有 ： vB2 = r”2 以轴1为参考系，对B点有 ：v B1 = r”1 = 1 r cos 同样有 ： vB1 = vB2 r 代入得：2=1 cos 2 1 =”2 滑块联轴器 ； 角位移较大，或两轴相交时： = 滑块联轴器 4) 考虑可靠性和工作环境 由金属制成的不需要润滑的联轴器工作比较可靠； 需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影 响，且可能污染环境； 含有橡胶等非金属元

7、件的联轴器对温度、腐蚀介质 、 强光等比较敏感，而且容易老化。 在满足使用要求的前提下，压选择装拆方便、维护 简单、成本低廉的联轴器。 5) 联轴器的制造、安装、维护和经济性 刚性联轴器不仅结构简单，而且装拆方便，可用于 低速、刚性大的传动 ； 弹性联轴器具有较好的综合性能，广泛应用于一般 的中、小传动。 6) 安全性要求 有安全保护要求的轴，应选用安全联轴器。 表14-1 工作情况系数KA 原动机 (KA) 发电机、小型通风机、小型离心机 1.3 1.5 1.8 2.2 透平压缩机、木工机械、输送机 1.5 1.7 2.0 2.4 搅拌机、增压机、有飞轮的压缩机 1.7 1.9 2.2 2.

8、6 织布机、水泥搅拌机、拖拉机 1.9 2.1 2.4 2.8 挖掘机、起重机、碎石机、造纸机械 2.3 2.5 2.8 3.2 电动机 多缸 双缸 单缸 汽轮机 内燃机 内燃机 内燃机 工 作 机 压延机、重型初轧机、无飞轮活塞泵 3.1 3.3 3.6 4.0 二、 计算联轴器的扭矩 计算转矩： Tca=KAT KA为工作情况系数；见下页T为公称扭矩 ； 三、 确定联轴器的型号 选型依据： Tca T ， 由相关标准确定型号； 四、 校核最大转速 n nmax 六、规定部件相应的安装精度 被联接轴的转速n，不应超过联轴器许用的最高 转速nmax，即： 五、协调轴孔直径 被联接两轴的直径和形

9、状（圆柱或圆锥）均可 以不同，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。 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。 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。 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 协调轴孔直径 校核最大转矩 规定部件相应的安装精度 进行必要的承载能力校核 联轴器的选择流程 ： 作用：在机器运转过程中，使两轴随时接合或分离； 用来操纵机器传动的断续，以便进行变速或换向 ； 14-3 离合器 分 类 一

10、、离合器的分类 按其工作原理分 机械离合器 电磁离合器 液压离合器 气压离合器 超越离合器 离心离合器 安全离合器 嵌入式 摩擦式 按离合控制方法分 操纵式 自动式 按操纵方式分 二、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。 1) 牙嵌式离合器 结构：由端面带牙的固定套筒、活动套筒、对中环组成 。 固定套筒活动套筒 滑环 对中环 工作原理： 利用操纵杆移动滑环，实现两套筒的结合与分离。 三、常用离合器简介 牙型 304

11、0 28 28 60 三角形 梯 形 锯齿形 -传递中小转矩、牙数为1660 -传递较大转矩、牙数为315 梯形牙可以补偿磨损后的牙侧间隙。 锯齿形只能单向工作。反转时具有较大的轴向分力，会迫使离合器自行分离。 制造要求：各牙应精确等分，以使载荷均匀分布。 特点：结构简单、外廓尺寸小、能传递较大的转矩 。 材料： 低碳合金钢：20Cr 、 20MnB。 渗碳淬火后牙面硬度：5662 HRC; 中碳合金钢：40Cr 、 45MnB。 表面淬火后牙面硬度：4858 HRC; 承载能力：取决于齿根的弯曲强度: hKAT zWD0 b= b 2KAT zD0ah p = p W-齿根弯曲截面系数；D0

12、-牙平均直径；a-牙的宽度。 D0 a h式中：h为牙齿高度；z为牙齿数； 2 3 2)单片式圆盘摩擦离合器 摩擦扭矩: Tmax=Fa f Rf 结构：由固定圆盘1、活动圆盘2、滑环组成。 工作原理：移动滑环，可实现两圆盘的结合与分离，靠 摩擦力带动从动轴转动。 2.过载时打滑，起保护作用 ； 3.结合平稳、冲击和振动小。 优点： 1.在任何转速条件下两轴都 可以进行结合； Fa 2 1 3 Fa 1 Rf 缺点：结合过程中不可避免出现 打滑，引起磨损和发热； 主动摩擦片 杠杆滑环 工作原理：移动滑环 ，通过杠杆作用，压 紧或放松磨擦片，来 实现两轴的结合与分 离。 调整螺母被动摩擦片 3)

13、 多片式圆盘摩擦离合器 结构特点： 多个摩擦片叠加在一起； 三维动画 摩擦片材料：淬火钢片、压制石棉片。 摩擦片数量z传递扭矩T 但z过大将使各层间压力不均匀，一般取: z=1215 摩擦扭矩:Tmax= z Fa f Rf z Fa f (D1 +D2) = 4 KA T 4 Fa p = (D1 +D2) 表面压强:p D1 D2 有润滑剂 无润滑剂 p/ MPa 表14-2 常用摩擦片材料的 f 和 p 摩擦片材料 f 圆盘摩擦离合器 铸铁铸铁或钢 0.050.06 0.15 0.2 0.250.30 淬火钢淬火钢 0.050.06 0.18 0.60.8 青铜钢或铸铁 0.08 0.1

14、7 0.18 0.40.5 压制石棉钢或铸铁 0.12 0.3 0.5 0.200.30 对于频繁启动的离合器，可将表中p降低1530%。 类型 反应敏捷，但摩擦片易磨损。 油式磨擦离合器 干式磨擦离合器 磨损轻微、寿命长、并能 在繁重的条件下运转。 810 4) 圆锥式摩擦离合器 结构：锥台表面为摩擦接触面。 优点：由于采用了槽面摩擦原理，因此只需要很小的 操纵力即能使离合器传递较大的转矩。 缺点：径向尺寸较大，不如多盘式紧凑。 离合器的操纵方式 机械力 电磁力 气动力 液压力 5) 电磁摩擦离合器 结构：其结构特点与机械式多片摩擦离合器一样。 优点：由于采用了电磁力进行控制，因此控制灵活，

15、 容易实现自动化。 四、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。 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。 14-4 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、脱开或打滑，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。 一、剪切销安全联轴器 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 ； 双剪式 单剪式 安全离合器断开联接后能够自动 恢复工作能力，用于