机械设计基础--第十二章(联轴器、离合器和制动器)

Fundamentals of Machine Design高等院校现代机械设计系列教材（第十三章）一、基本内容及学习要求二、学习指导三、典型实例分析四、复习题五 、复习题参考答案第十三章 联轴器、离合器和制动器回目录1基本内容（ 1）联轴器的组成与分类；几种常用联轴器的结构、 工作原理、特点以及选择和计算方法。（ 2）离合器的组成与分类；几种常用离合器的结构、 工作原理、特点及其选择。（ 3）制动器的组成与分类；几种常用制动器的工作原 理。一、基本内容及学习要求2学习要求（ 1）了解联轴器、离合器和制动器的功用。（ 2）掌握联轴器连接两轴间位置的补偿原理，联轴器 与离合器在功能上的异同点。（ 3）掌握常用联轴器、离合器和制动器的主要类型、结构特点、工作原理、性能和选择及计算方法。一、基本内容及学习要求3.重点几种常用联轴器、离合器和制动器的种类、工作原理、结构、特点。4.难点各种联轴器、离合器的选用。一、基本内容及学习要求二、学习指导 联轴器、离合器和制动器的功用联轴器和离合器是用来联接两轴（或轴与转动件），并传递运动和转矩的部件。两者的区别是：用联轴器联接的两轴只有在机器停车后，通过拆卸才能彼此分离；而用离合器联接的两轴则可在机器转动过程中随时使两轴分离和接合。制动器是对机械的运动件施加阻力或阻力矩，使其减速、停止或保持静止状态的部件。二、学习指导 联轴器 联轴器的类型联轴器分为刚性联轴器 ( 图 13-1)和弹性联轴器 ( 图13-2) 。刚性联轴器又分为固定式和可移式两种型式。固定式联轴器要求两轴严格对中；而可移式联轴器允许两轴有一定的安装误差，能补偿两轴的对中偏差。弹性联轴器内包含有弹性元件，具有缓冲吸振作用，同时可补偿两轴间的偏移。二、学习指导图 13-1 图 13-2二、学习指导 联轴器的选择 通常对于载荷平稳、转速低且稳定、刚性大的短轴可选用刚性固定式联轴器；对于载荷平稳、转速低且稳定、刚性小的长轴，为了补偿安装误差和轴或其他相连接件的变形，可选用无弹性元件挠性联轴器；对传递转矩较大的重型机械，选用齿轮联轴器；对于高速且有冲击振动的轴应选用有弹性元件挠性联轴器。二、学习指导 选择步骤：a ) 大部分联轴器已标准化，设计时主要是根据机器的工作要求和特点，结合联轴器的性能选择合适的类型。b) 按照连接的主从动轴径、计算转矩和转速在标准中选出相应的型号。在选用时，应使标准中相应型号联轴器的许用最大转矩大于或等于计算转矩，同时被连接的主从动轴径的尺寸要在相应型号联轴器允许的直径范围之内。二、学习指导 离合器 离合器的类型离合器分为操纵离合器和自动离合器两大类。每一类根据工作原理不同，又可分为嵌合式和摩擦式两种，它们分别是利用牙的嵌合和工作表面的摩擦来传递转矩的。 离合器的选择当要求主、从动轴同步转动且传递转矩较大时，可选用牙嵌式离合器，但应在停机或低速下进行接合；当要求在高速下平稳接合，而主、从动轴同步性要求低时，宜选用单片或多片圆盘摩擦式离合器；当要求在一定转矩、转速及转向条件下能自动接合或分离时，应选用超越离合器。安全离合器能够起到安全保障作用。二、学习指导3. 制动器 制动器的工作原理、组成和类型 制动器的工作原理。制动器多为摩擦制动器，即利用摩擦元件之间产生摩擦阻力矩来消耗机械运动部件的动能，以达到制动的目的。制动器通常安装在机械中转速较高的轴上，这样所需制动力矩和制动器尺寸均可较小。二、学习指导 制动器的组成。制动器主要由制动架、摩擦元件和驱动装置三部分组成 。制动架是制动器其他部分安装和支承的基础。摩擦元件与制动轮以面相接触，以产生制动摩擦力矩。驱动装置则将作用于制动器的驱动力放大并传递给摩擦元件以实现制动（紧闸），或使摩擦元件与制动轮脱离接触而松闸。另外，许多制动器摩擦元件的间隙还装有自动调整装置。 制动器的类型。摩擦制动器按摩擦元件的结构型式分为带式制动器、闸瓦式制动器和盘式制动器三类。 三、典型实例分析 例 13-1 一碎石机轴与齿轮减速器输出轴相连接。已知工作转矩 T=2.5kNm， 减速器输出轴轴径 d1=90mm； 碎石机轴径 d2=100mm， 转速 n=800r min， 试确定联轴器的型号，并写出其标记。三、典型实例分析 解： 类型选择因用于低速轴，传递转矩较大，为使结构紧凑，选用齿式联轴器。 求计算转矩 Tc根据原动机为电动机，工作机为碎石机查得：工作情况系数 K=2.3， 求得计算转矩为Tc=KT=（ 2.32.5） kNm =5.75kNm三、典型实例分析 型号选择从机械设计手册（ ZB/T190131989 ） 查得： G CL7型鼓形齿式联轴器的许用转矩为 6300Nm， 许用最大转速为3750r/min， 轴径范围为 50105mm，故合用。减速器轴端半联轴器用 Y型轴孔，轴孔直径 d1=90mm，轴孔长度 L1=172mm； 碎石机轴端半联轴器用 J1型轴孔，轴孔直径 d2=100mm， 轴孔长度 L2=167mm。 所以联轴器的标记为 三、典型实例分析 常用联轴器的特点和使用条件类别 型 式 特 点 使用条件联轴器刚性固定式套筒 联轴 器结 构 较简单 ，径向尺寸小，但装拆不方便用于两 轴 直径 较 小，同心度高、工作平稳 的 连 接凸 缘联轴 器结 构 简单 ，成本低，能 传递较 大的转 矩对 中精度 较 高， 载荷平 稳 的 连 接三、典型实例分析 常用联轴器的特点和使用条件类别 型 式 特 点 使用条件联轴器刚性可移式十字滑 块联轴器径向尺寸小，寿命较长 ，但制造复 杂 ，需要 润 滑用于低速 传动 ，两 轴 同轴 度 误 差 较 大的情况齿 式 联轴 器 承 载 能力大，工作可靠，但制造成本高可在高温重 载 条件下工作，常用在起 动频 繁，正反 转变 化 较 多的 场 合万向 联轴 器径向尺寸小， 结 构紧 凑， 维护 方便， 单个使用有附加 动载 荷，所以常成 对 使用用于两 轴夹 角大、或两轴 平行但 连 接距离大的 场合三、典型实例分析 常用联轴器的特点和使用条件类别 型 式 特 点 使用条件弹性联轴器弹 性套柱 销联轴 器弹 性 较 好，装拆方便，成本低，但 弹 性套易 损 坏，寿命短，要限制使用温度用于 连 接 载 荷平稳 ，需正反 转 ，起动频 繁，高速 轻载的 场 合弹 性柱 销联轴 器结 构 简单 ，制造容易， 维护 方便，寿命长 ，但要限制使用温度用于正反 转变 化较 多，起 动频 繁的高、低速 传动1. 问答题 联轴器和离合器的功用是什么？两者的功用有何异同？ 刚性固定式联轴器和刚性可移式联轴器有何区别？各适合于什么工作条件？ 刚性可移式联轴器和弹性联轴器有何区别？各适合于什么工作条件？ 刚性凸缘式联轴器有哪几种对中方法？各有什么特点？ 单万向联轴器的主要缺点是什么？双万向联轴器正确安装的条件是什么？ 怎样计算联轴器的计算转矩？工作情况系数 K与哪些因素有关？ 四、复习题 在下列工况下，选择哪类联轴器较好？试举出一种联轴器的名称。 载荷平稳、冲击轻微，两轴易于准确对中，同时希望寿命较长； 载荷比较平稳、冲击不大，但两轴轴线具有一定程度的相对偏移； 载荷不平稳，且具有较大冲击和振动。 牙嵌离合器常用的牙形有几种？各有什么特点？ 为什么要限制圆盘摩擦离合器接合面的数目？ 制动器常用在哪些场合？它们的工作原理是什么？ 制动器通常是安装在机器的高速轴上还是低速轴上？为什么？四、复习题2. 选择题（ 1）联轴器与离合器的主要作用是 _。(A) 缓和冲击和振动； (B) 补偿两轴间的偏移；(C) 联接两轴并传递运动和转矩； (D) 防止机器发生过载。（ 2）刚性联轴器和弹性联轴器的主要区别是 _。(A) 弹性联轴器内装有弹性件，而刚性联轴器没有；(B) 弹性联轴器能补偿两轴间的偏移，而刚性联轴器不能；(C) 刚性联轴器要求两轴严格对中，而弹性联轴器不要求对中；(D) 弹性联轴器过载时能打滑，而刚性联轴器不能。（ 3）弹性联轴器不适用于 _工作场合。(A) 两轴线有相对偏移； (B) 传递较大转矩；(C) 两轴线倾斜一角度； (D) 工作中有冲击、振动及起动频繁 四、复习题（ 4）安装凸缘联轴器时，对两轴的要求是 _。(A) 两轴严格对中； (B) 两轴可有径向偏移；(C) 两轴可相对倾斜一角度； (D) 两轴可有综合位移。（ 5）齿式联轴器的特点是 _。(A) 可补偿两轴的综合位移； (B)可补偿两轴的径向偏移；(C) 可补偿两轴的角偏移； (D) 有齿顶间隙，能吸收振动（ 6）下列 _不是弹性套柱销联轴器的特点。(A) 结构简单，装拆方便； (B) 价格低廉；(C) 能吸收振动和补偿两轴的综合位移。 (D) 弹性套不易损坏，使用寿命长。（ 7）用于联接两相交轴的单万向联轴器，其主要缺点是 _。(A) 结构庞大，维护困难； (B) 零件易损坏，使用寿命短；(C) 只能传递小转矩； (D) 主动轴作等速运动，但从动轴作周期性的变速运动。四、复习题（ 8）桥式起重机两传动轴用齿式联轴器 CL2相联，两轴直径相等，轴的转速 n = 70r/min，如该联轴器许用最大转矩为 1400Nm，取工作情况系数 K=1.5，试求联轴器能传递的最大功率 Pmax 。(A) Pmax=10.26kW ； （ B） Pmax=6.84kW ；(C) Pmax=10kW ； （ D） Pmax=15.39kW 。（ 9）牙嵌离合器只能在 _接合。(A) 单向转动时； （ B）高速转动时；(C) 正反转工作时； （ D）两轴转速差很小或停车时。（ 10）某机器的两轴，要求在任何转速下都能接合，应选择_离合器。(A) 摩擦； （ B）牙嵌； (C) 安全； （ D）超越。四、复习题四、复习题（ 11）牙嵌离合器的常用牙型有矩形、梯形、锯齿形三种，在传递较大转矩时常用的牙型为梯形，这是因为 _。(A) 梯形牙强度较高，离合较容易且磨损能补偿；(B) 梯形牙与齿接触面间有轴向分力；(C) 接合后没有相对滑动； (D) 梯形牙便于接合，强度最高，能传递的转矩最大。（ 12）设计多片圆盘摩擦离合器时，摩擦片的数目不宜取得过多，这主要是为了避免 _。(A) 离合器分离动作不灵活； （ B）各片受力不均匀；(C) 轴向尺寸过大； （ D）不易散热。3. 计算题 一直流发电机的转速 n=3000r/min，最大功率P=20kW ，外伸轴直径 d=45mm，试选择联轴器型号 (只要求与发电机轴联接的半联轴器满足直径要求 )。 电动机与离心泵之间用联轴器相联。已知电动机