联轴器与离合器和制动器

第5讲,联轴器、离合器与制动器,由端面带牙的两个半离合器组成，牙齿有矩形、三角形(传递中小扭矩)；梯形(可传递较大扭矩)；锯齿形(较大扭矩，但只能单向传递)。特点是结构简单，外廓尺寸小，但只能停止和低速时接合,表10-2工作情况系数KA,5讲联轴器与离合器,联轴器与离合器：,相同点：,联接两轴、传递运动和转矩,不同点：,联轴器联接的两轴只有停车后经拆卸才能分离,离合器联接的两轴可在机器工作中方便地实现分离与接合,41联轴器,一、联轴器的功用,其基本功用是联接两轴、传递运动和转矩,由于制造和安装误差，受载时零部件的弹性变形与温差变形，联轴器所联接的两轴线不可避免的要产生相对偏移：,因此，联轴器还应具有一定的补偿两轴偏移的能力,轴向偏移径向偏移角向偏移,三种偏移同时出现的组合偏移。,二、联轴器的类型及特点,机械式联轴器可分为三大类：,刚性联轴器：用于联接两轴能严格对中，工作时不发生相对错位的场合挠性联轴器：用于联接两轴有较大安装误差及工作时两轴有相对位移的场合安全联轴器：存在一个保险环节（如销钉、可动联接等），其只能承受限定载荷。,机械式联轴器、液力联轴器、电磁式联轴器,具体分类见教材P115页,（一）刚性联轴器,刚性联轴器不具有补偿被联两轴轴线相对偏移的能力，也不具有缓冲减震性能；但结构简单，价格便宜。只有在载荷平稳，转速稳定，能保证被联两轴轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。在先进工业国家中，刚性联轴器已淘汰不用。属于刚性联轴器的有套筒联轴器、夹壳联轴器和凸缘联轴器等,套筒联轴器,凸缘联轴器,夹壳式联轴器,1、凸缘联轴器结构型式：,(1)普通凸缘联轴器：用铰制孔螺栓来联接两个半联轴器，靠螺栓杆承受挤压与剪切来传递转矩。,(2)对中榫凸缘联轴器：用普通孔螺栓来联接两个半联轴器，靠接合面的摩擦力来传递转矩。一个半联轴器的凸肩与另一个半联轴器上的凹槽相配合而对中。,凸缘联轴器的装配过程,材料：灰铸铁或碳钢，重载时或圆周速度大于30m/s时应用铸钢或锻钢。特点：构造简单、成本低、可传递较大转矩，但不能补偿两轴间的相对位移，对两轴对中性的要求很高。适用于转速低、无冲击、轴的刚性大、对中性较好时的场合。,（二）挠性联轴器,挠性联轴器具有一定的补偿被联两轴轴线相对偏移的能力，最大量随型号不同而异。凡被联两轴的同轴度不易保证的场合，都应选用挠性联轴器。分为：无弹性元件的挠性联轴器金属弹性元件的挠性联轴器非金属弹性元件的挠性联轴器,（1）十字滑块联轴器,1、无弹性元件的挠性联轴器,结构：由两个半联轴器1、3和一个中间圆盘2所组成。中间圆盘两端的凸块相互垂直，并分别与两半联轴器的凹槽相嵌合，凸块的中线通过圆盘中心,特点：中间圆盘的凸块在半联轴器的凹槽内滑动，可以补偿两轴的相对位移。对凹槽的和凸块的工作面的硬度要求较高，并需加润滑剂。转速高时，易磨损，且附加载荷大，故宜用于低速的场合。它允许的径向位称y0.04d(d为轴径)，角位移a30,（2）齿轮联轴器,结构：由两个具有外齿的半联轴器1、4和两个具有内齿的外壳2、3组成，外壳与半联轴器通过内、外齿的相互啮合而相联，如图所示。轮齿间留有较大的齿侧间隙，外齿轮的齿顶做成球面，球面中心位于轴线上，转矩靠啮合的齿轮传递。,特点：能补偿两轴的综合位移。能传递较大的转矩，但结构较复杂，制造较困难，在重型机器和起重设备中应用较广。不适用于立轴。,（3）万向联轴器,用于两轴有较大角向偏移的场合，最大角向补偿量可达3545。图为十字轴万向节,结构：由两个分别固定在主、从动轴上的叉形接头1、2和一个十字形零件(称十字头)3组成。叉形接头和十字头是铰接的，因此允许被联接两轴轴线夹角a很大,特点：若两轴线不重合，即使主动轴等速转动，而从动轴仍将为周期性的变速转动。双万向联器可避免这一缺点，但必须使主动轴与中间轴的夹角和从动轴与中间轴的夹角相等，且中间轴两端的叉形接头位于同一平面内时，其主、从动轴的角速度才相等(图1、图2)，否则从动轴仍将为周期性的变速转动(图3)。能可靠的传递转矩和运动，结构紧凑，效率高，可用于相交轴间的联接，或有较大角位移的场合。,（4）链条联轴器,结构：由两个带有相同齿数链轮的半轴器，用一条滚子链联接组成特点：结构简单，拆装方便，效率高，适于恶劣的工作环境，但不能承受轴向力。,（1）弹性套柱销联轴器,结构：与凸缘联轴器相似，只是用带有非金属（如橡胶）弹性套的柱销取代螺栓。,特点：靠弹性套的弹性来缓冲减震和补偿两轴偏移，适于起动频繁、载荷变化，但载荷不太大的场合。,2、有弹性元件的挠性联轴器,这类联轴器因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振能力。,（2）尼龙柱销联轴器,结构：可以看成为弹性圈柱销联轴器简化而成。即采用尼龙柱销1代替弹性圈和金属柱销。为了防止柱销滑出，在柱销两端配置挡圈2,特点：结构简单，安装、制造方便，耐久性好，也有吸振和补偿轴向位移的能力。常用于轴向窜动量较大，经常正反转，起动频繁，转速较高的场合，可代替弹性圈柱销联轴器。,（3）星形弹性件联轴器,4）轮胎联轴器,另金属弹性元件的联轴器见教材P118,3、安全销联轴器,有单剪的和双剪的两种(图10-8)，单剪的结构类似凸缘联轴器，用钢制销钉联接。销钉装入经过淬火的两段钢制套管中，过载时即被剪断,(a)单剪,(a)单剪(b)双剪,联轴器大多已标准化或规格化，一般情况下只须正确选择联轴器的类型、确定联轴器的型号及尺寸。必要时，可对其易损的薄弱环节进行负荷能力的校核计算，转速高时，还应验算其外缘的离心应力和弹性元件的变形，进行平衡检验等。,三、联轴器的选择,1、选联轴器类型,选择联轴器类型时，应考虑：(1)所需传递转矩的大小和性质，对缓冲、减振功能的要求以及时否可能发生共振等。(2)由制造和装配误差、轴受载和热膨胀变形以及部件之间的相对运动等引起两轴轴线的相对位移程度。(3)许用的外形尺寸和安装方法，为了便于装配、调整和维修所必需的操作空间。对于大型的联轴器，应能在轴不需作轴向移动的条件下实现装拆。此外，还应考虑工作环境、使用寿命以及润滑和密封和经济性等条件，再参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器类型。,联轴器选择原则：1）转矩T：T，选刚性联轴器、无弹性元件或有金属弹性元件的挠性联轴器；T有冲击振动，选有弹性元件的挠性联轴器；2）转速n：n，非金属弹性元件的挠性联轴器；3）对中性：对中性好选刚性联轴器，需补偿时选挠性联轴器；4）装拆：考虑装拆方便，选可直接径向移动的联轴器；5）环境：若在高温下工作，不可选有非金属元件的联轴器；6）成本：同等条件下，尽量选择价格低，维护简单的联轴器；二、联轴器的选择,2、联轴器型号、尺寸的确定,联轴器的计算转矩：Tc=KAT式中：T为联轴器的名义转矩(N.m)；Tc为联轴器的计算转矩(N.m)；KA为工作情况系数，其值见表4-2(此系数也适用于离合器的选择)。根据计算转矩、轴直径和转速等，由下面条件，可从有关手册中选取联轴器的型号和结构尺寸。,3、校核最大转速,式中：n为被联接轴的转速(r/min)；为所选联轴器允许的最高转速(r/min)。,联轴器的选择算例例:如图所示，电机与增压油泵用联轴器相联。已知电机功率P7.5kW，转速n960r/min,电机伸出轴端的直径d138mm，油泵轴的直径d2=42mm，选择联轴器型号,解：因为轴的转速较高，启动频繁，载荷有变化，宜选用缓冲性较好，同时具有可移性的弹性套柱销联轴器。计算转矩查表4-2得：K1.7。名义转矩,所以：Tca=1.7*74.6=126.8N.m,查手册选用弹性套柱销联轴器,查手册选用弹性套柱销联轴器,GB432384,附：TL6弹性套柱销联轴器的技术参数为公称扭矩：250N.m许用转速：3300r/min(联轴器材料为铁)3800r/min(联轴器材料为钢)轴孔直径：32mm，42mm。,一、离合器的功能与类型,42离合器,1、离合器的功能主要功能是用来操纵机器传动系统的断续，以便进行变速及换向等,2、离合器类型按操作的方式，离合器可分为(1)外力操纵式：机械操纵式、电磁操纵式、液压操纵式和气动操纵式等。(2)自动离合器：能够自动进行接合和分离，不需人来操纵。如离心离合器，当转速达到一定值时，两轴能自动接合或分离；安全离合器，当转矩超过允许值时，两轴即自动分离；定向离合器（超越离合器）只允许单向传动，反转时即自动分离等等。,（一）机械离合器,1、牙嵌式离合器,二、常用离合器的结构特点,牙嵌离合器结构简单，外廓尺寸小，接合后两半离合器没有相对滑动，但只宜在两轴的转速差较小或相对静止的情况下接合，否则齿与齿会发生很大冲击，影响齿的寿命。,图示,2、摩擦式离合器,原理：依靠两接触面之间的摩擦力，使主、从动轴接合和传递转矩。,(1)单片式圆盘摩擦离合器,能传递的最大转矩为：,(2)多片式摩擦离合器,多片式摩擦离合器能传递的最大转矩为：,摩擦式离合器的特点：1)能在不停车或两轴具有任何大小转差的情况下进行接合2)能调节从动轴的加速时间，减少接合时的冲击和振动，实现平稳地接合3)过载时，摩擦面间将发生打滑，可以避免其他零件的损坏,（二）自动械离合器,1、安全离合器,自动离合器是一种能根据机器运转参数(如转矩、转速或转向)的变化而自动完成接合和分离动作的离合器。常用的自动离合器有安全离合器、离心式离合器和定向离合器三类。,安全离合器在所传递的转矩超过一定数值时自动分离。,摩擦式安全离合器,牙嵌式安全离合器,2、离心式离合器,是利用离心力的作用来控制接合和分离的一种离合器，有自动接合式和自动分离式两种。前者当主动轴达到一定转速时，能自动接合；后者相反，当主动轴达到一定转速时能自动分离,自动接合式离合器,3、定向离合器(超越离合器),定向离合器只能按一个转向传递转矩，反向时能自动分离其中应用较为广泛的是滚柱定向离合器(图4-11)，也称超越离合器。它主要由星轮1、外圈2、弹簧顶杆4和滚柱3组成。弹簧的作用是将滚柱压向星轮的楔