第17章 联轴器、离合器和制动器

17 1联轴器 离合器的类型和应用 17 2固定式刚性联轴器 17 3可移动刚性联轴器 17 4弹性联轴器 17 5牙嵌式离合器 17 6摩擦离合器 第17章联轴器 离合器和制动器 17 7磁粉离合器 17 8定向离合器 17 9制动器 17 1联轴器 离合器的类型和应用 工作特点 联轴器用于刚性静态联接 而离合器则用于两轴之间的动态联接 分类 弹性联轴器 刚性联轴器 固定式联轴器 移动式联轴器 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 联轴器 牙嵌式离合器 离合器 摩擦式离合器 电磁离合器 自动离合器 应用实例 手腕驱动机构 汽车后桥驱动 车辆启停等 联轴器 离合器大都已经标准化了 可直接选用 工作条件 选类型 转矩转速轴径 确定型号与规格 计算转矩 Tc KAT KA为工作情况系数 T为名义转矩 17 2固定式刚性联轴器 结构 半联轴器通过键与轴相联 用螺栓将两个半联轴器的凸缘联接在一起 普通凸缘联轴器 绞制孔螺栓 型式 有对中榫的凸缘联轴器 普通凸缘联轴器 靠铰制孔螺栓对中 靠榫头对中 对中榫 制造与安装要求 半联轴器的凸缘端面应与轴线垂直 安装时应使两轴精确对中 材料 一般用铸铁 当重载或V 30m s时 用铸钢或锻钢 特点 结构简单 使用方便 传递扭矩较大 但不能缓冲减振 应用 用于载荷较平稳的两轴联接 两轴线的相对位移 轴向 径向 角度 综合 17 3可移动刚性联轴器 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 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 如果联轴器没有适应这种相对位移的能力就会在联轴器 轴和轴承中引起附加载荷 甚至引起强烈振动 一 齿式联轴器 结构 两个有内齿的外壳 两个有外齿的套筒 两者齿数相同 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 30 腰鼓齿 3 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 二 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 y 0 04d v 300r min 三 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 r 1 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 vA2 r 2 rcos 2 显然有 vA1 vA2 其它位置 代入得 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 vB1 r 1 1rcos 同样有 vB1 vB2 代入得 2 1cos 2 1 2 1 1 cos 2 2 双万向铰链机构 将两个单万向铰链机构串联使用 构成双万向铰链机构 安装要求 主动 从动 中间三轴共面 主动轴 从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹角应相等 中间轴两端的叉面应在同一平面内 为了消除从动轴变速转动的缺点 常 3 小型双万向联轴器结构如图所示 通常采用合金钢制造 一 弹性套柱销联轴器 17 4弹性联轴器 结构特点 外观与凸缘联轴器相似 用带橡胶弹性套的柱销联接两个半联轴器 圆柱孔 圆锥孔 二 弹性柱销联轴器 结构 用尼龙制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔中 结构简单 更换柱销方便 特点 上述两种联轴器的动力通过弹性元件传递 缓和冲击 吸收振动 应用 适用于正反向变化多 启动频繁的高速轴 适用范围 12 t 60 v 8000r min 能补偿较大的轴向位移 并允许微量的径向位移和角位移 两种柱销 三 轮胎式弹性联轴器 结构 中间为橡胶制成的轮胎环 用止退垫板与半联轴器联接 特点 结构简单 易于变形 允许较大的综合hdvx位移 应用 适用于启动频繁 正反向运转 有冲击振动 有较大轴向位移 潮湿多尘的场合 适用范围 5 12 x 0 02Dy 0 01D n 5000r min 17 5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 牙型 三角形 梯形 锯齿形 传递中小转矩 牙数为16 60 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 56 62HRC 中碳合金钢 40Cr 45MnB 表面淬火后牙面硬度 48 58HRC 承载能力 取决于齿根的弯曲强度 W 齿根弯曲截面系数 D0 牙平均直径 a 牙的宽度 式中 h为牙齿高度 z为牙齿数 17 6摩擦离合器 一 单片式圆盘摩擦离合器 摩擦扭矩 Tmax FafRf 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 缺点 结合过程中不可避免出现打滑 引起磨损和发热 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 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 二 多片式圆盘摩擦离合器 结构特点 多个摩擦片叠加在一起 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 12 15 摩擦扭矩 Tmax zFafRf KAT 表面压强 p 对于频繁启动的离合器 可将表中 p 降低15 30 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 离合器的操纵方式 机械力 电磁力 气动力 液压力 三 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 17 7磁粉离合器 结构 由转子轴 左右轮辐 励磁线圈 磁粉等组成 工作原理 通电后磁粉被磁化 彼此相互吸引聚集 依靠磁粉的结合力以及磁粉与两工作面之间的摩擦力拉传递转矩 磁粉性能要求 导磁率高 剩磁小 流动性好 耐磨 耐热 不烧结性 输入 磁粉材料 铁钴镍 铁钴钒等合金粉 加入少量二硫化钼 形状为球形或椭球形 颗粒直径为 20 70 m 优点 1 励磁电流I与转矩T呈线性关系 转矩调节简单而且精确 调节范围宽 2 可用作恒张力控制 是造纸机 纺织机 印刷机 绕线机等的理想装置 3 若将主动件固定 则可作制动器使用 缺点 相对而言比较笨重 4 操纵方便 离合平稳 工作可靠 当外环反向转动时 则带动滚柱克服弹簧力而滚到楔形空间的宽敞位置 离合器处于分离状态 结构 由星轮 外环 滚柱 弹簧推杆等零件组成 工作原理 当外环逆时钟转动时 以摩擦力带动滚柱向前滚动 进一步楔紧内外接触面 从而驱动星轮一起旋转 一 滚柱式定向离合器 17 8定向离合器 滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态 结构 由内环 外环 楔块 支撑环 拉簧等零件组成 二 楔块式定向离合器 优点 楔块曲率半径大 装入数量多 相同尺寸时传递的转矩更大 缺点 高速运转时有较大磨损 寿命较短 工作原理 内外环工作面都为圆形 整圈拉簧压着楔块始终与内环接触 并力图使楔块绕自身作逆时钟方向偏摆 当外环顺时钟方向旋转时 楔块克服弹簧力而作顺时钟方向摆动 从而在内外环间越楔越紧 离合器处于结合状态 反向时斜块松开而成分离状态 17 9制动器 结构 由瓦块 制动轮等零件组成 工作原理 通电松开 断电后靠弹簧拉力实现制动 借助于瓦块与制动轮之间的摩擦力来实现制动 断电制动是为了保证设备安