2015第十七章联轴器、离合器与制动器

第17章联轴器(离合器和制动器自学）,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可移式刚性联轴器17-4弹性联轴器17-5牙嵌离合器17-6圆盘摩擦离合器17-7磁粉离合器17-8定向离合器17-9制动器,学习要求,了解常用联轴器、离合器的主要类型和用途；掌握常用联轴器的结构、原理、特点、应用及选择。,17-1联轴器、离合器的类型和应用,联轴器和离合器主要用于轴与轴之间的联接，使它们一起回转并传递转矩。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。用离合器联接的两根轴，在机器工作中就能方便地使它们分离或接合。联轴器分刚性和弹性两大类。刚性联轴器由刚性传力件组成，又可分为固定式和可移式两类。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的相对位移。弹性联轴器包含有弹性元件，能补偿两轴的相对位移，并具有吸收振动和缓和冲击的能力。,联轴器的种类和特性1,联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。如果联轴器没有适应这种相对位移的能力，就会在联轴器、轴和轴承中产生附加载荷，甚至引起强烈振动。,联轴器的种类和特性,一、定义,联轴器：实现两轴的联接，并传递运动及转矩T。,特点：两轴分离时，必须停机。,离合器：机器运转中，可根据需要将两轴分离或结合。,二、功用：1、用于联接轴与轴，以传递运动与转矩；,从结构上具有适应一定范围的相对位移的性能,2、补偿所联两轴的相对位移；,制造及安装误差、变形、温度变化不能保证严格的对中,3、可用作安全装置；,4、吸振、缓冲。,按结构特性分：,1、刚性联轴器：适用于两轴能严格对中，并在工作中不发生相对位移的地方，如凸缘联轴器。,2、挠性联轴器：适用于两轴有偏斜或工作中有相对位移的地方,挠性联轴器又可分为：,1）无弹性元件：只起补偿偏移及位移作用，因无弹性元件无缓冲及减振作用,完整分类见表手册，部分已标准化,定刚度变刚度,曲线a刚性联轴器，无弹性元件挠性联轴器曲线b有缓冲作用的弹性联轴器曲线c具有缓冲及减振作用的弹性联轴器,四、选用原则,刚性联轴器用于载荷平稳，转速稳定，同轴度好，无相对位移的场合。,无弹性元件挠性联轴器用于有相对位移场合。,定刚度弹性联轴器用于载荷和速度不大，同轴度不易保证的场合。,轴头d大小：dmindmax范围工作转速：nn转矩T：TcTn（许用名义转矩）,（查手册）,变刚度弹性联轴器用于载荷和速度变化较大处。,联轴器和离合器大都已标准化了。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豁的型号和尺寸。必要时还应对其中某些零件进行验算。计算转矩Tc已将机器启动时的惯性力和工作中的过载等因素考虑在内。联轴器和离合器的计算转矩可按下式确定Tc=KAT(17-1),式中：T为名义转矩；KA为工作情况系数，KA值列于表17-1中。,17-2固定式刚性联轴器,固定式刚性联轴器中应用最广的是凸缘联轴器。如图17-1所示，它是用螺栓联接两个半联轴器的凸缘，以实规两轴联接的。螺栓可以用普通螺栓，也可以用铰制孔用螺栓。,这种联轴器有普通的凸缘联轴器(a)和有对中榫的凸缘联轴器(b)两种主要的结构型式。,结构：把两个带有凸缘半联轴器用键分别与轴相联，然后用螺栓将两个半联轴器联成一体。,普通凸缘联轴器,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,绞制孔螺栓,固定式刚性联轴器,特点：结构简单，价格低,无法补偿位移和偏斜，对两轴对中性要求高；无缓冲吸振能力。,一、凸缘联轴器,对中方式不同，有两种型式：,特点：能传递较大载荷；,应用：用于两轴同轴度好、载荷平稳场合；,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。,应用：用于载荷较平稳的两轴联接。,二、套筒联轴器,径向尺寸小，机床中应用很广。,三、夹壳联轴器,结构：将套筒做成剖分夹壳结构，通过拧紧螺栓产生的预紧力使两夹壳与轴联接，并依靠键以及夹壳与轴表面之间的摩擦力来传递扭矩。有一个剖分式对中环。,特点：无需沿轴向移动即可方便装拆，但不能联接直径不同的两轴，外形复杂且不易平衡，高速旋转时会产生离心力。,应用：用于低速传动轴，常用于垂直传动轴的联接。,可移式刚性联轴器的组成零件间构成的动联接，具有某一方向或几个方向的活动度，因此能补偿两轴的相对位移。常用的可移式刚性联轴器有以下几种：一、齿式联轴器齿式联轴器是由两个有内齿的外壳3和两个有外齿的套筒4所组成(图17-3a)。套筒与轴用键相联，两个外壳用螺栓2联成一体，外壳与套筒之间设有密封圈1。内齿轮齿数和外齿轮齿数相等。工作时靠啮合的轮齿传递转矩。由于轮齿间留有较大的间隙和外齿轮的齿顶制成球形(图17-3b)，所以能补偿两轴的不对中和偏斜(图17-4)。为了减小轮齿的磨损和相对移动时的摩擦阻力，在外壳内贮有润滑油。,17-3可移式刚性联轴器,较大的齿侧间隙,齿顶做成球面,有较多齿传递转矩承载高，用于重型机械。,齿式联轴器的优点是能传递很大的转矩和补偿适量的综合位移，因此常用于重型机械中。但是，当传递巨大转矩时，齿间的压力也随着增大，使联轴器的灵活性降低，而且其结构笨重、造价较高。,二、滑块联轴器滑块联轴器是由两个端面开有径向凹槽的半联轴器1、3和两端各具凸榫的中间滑块2所组成(图17-5)。中间滑块两端面上的凸榫相互垂直，分别嵌装在两个半联轴器的凹槽中，构成移动副。如果两轴线不对中或偏斜，运转时滑块将在凹槽内滑动，所以凹槽和滑块的工作面间要加润滑剂。若两轴不对中，当转速较高时，由于滑块的偏心将会产生较大的离心力和磨损，并给轴和轴承带来附加动载荷，因此它只适用于低速，轴的转速一般不超过300r/min。,-允许径向位移,潘存云教授研制,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，v300r/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=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：,vA2=r2,=rcos2,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,21,=”21,1=cos2,为了克服单个万向联轴器的上述缺点，机器中常将万向联轴器成对使用，如图17-8所示。这种由两个万向联轴器组成的装置称为双万向联轴器。对于联接相交或平行二轴的双万向联轴器，欲使主、从动轴的角速度相等，必须满足两个条件：1)主动轴、从动轴与中间件C的夹角必须相等，即1=2；2)中间件两端的叉面必须位于同一平面内。,无弹性件挠性联轴器,双万向联轴器,潘存云教授研制,小型双万向联轴器,结构如图所示，通常采用合金钢制造。,17-4弹性联轴器,弹性联轴器有金属或非金属弹性元件：1、变形功能，补偿综合位移；2、变形功能，储存能量，缓冲能力；3、弹性滞后，吸振能力；,适用于：需正反转、起动频繁，传递中小转矩场合。,有弹性件挠性联轴器,弹性套柱销联轴器,弹性柱销联轴器,轮胎联轴器,一、弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器在高速轴上应用得十分广泛。,弹性套柱销联轴器,弹性套柱销联轴器的重量轻、结构简单、成本较低；但弹性套容易磨损，寿命较低。因此，常用于冲击载荷小、启动和换向频繁的高，中速的场合。,二、弹性柱销联轴器,（这种联轴器的结构与弹性套柱销联轴器十分相似，只是采用了非金属材料制成的柱销，取代了带有弹性套的柱销，柱销通常用具有一定弹性的尼龙制威。在载荷平稳、安装精度较高的情况下，可采用圆柱销。为了防止柱销的脱落，在柱销的两端设置了挡板。,弹性柱销联轴器,弹性柱销联轴器的优点是能够传递较大的转矩、结构更简单、成本低廉，且具有一定的补偿两根轴的轴线偏移的能力以及吸振和缓冲的能力；它的主要缺点是由于柱销材料的缘故，使得它的工作温度受到了限制。一般用于启动、换向频繁的高速轴之间的连接。,上述两种联轴器，能缓和冲击、吸收振动，且能补偿故大的轴向位移。依靠弹性柱销的变形，允许有微量的径向位移和角位移。适用于正反向变化多、启动频繁的高速轴。最大转速可达800r/min,温度范围为-20至60c。,有弹性件挠性联轴器,三、轮胎式联轴器,轮胎式联轴器结构简单可靠，易于变形，因此它允许的相对位移较大。轮胎式联轴器适用于启动频繁、正反向运转、有冲击振动、两轴间有较大的相对位移量、以及潮湿多尘之处。它的径向尺寸庞大，但轴向尺寸较窄，有利于缩短串接机组的总长度。它的最大转速可达5000r/min。,适用范围：512，x0.02Dy0.01D，n5000r/min,选择1,联轴器的选择,大多数联轴器已经标准化或规格化，一般机械设计者的任务是选用联轴器，选用的基本步骤为：,选择联轴器的类型,选择2,选择联轴器的类型,应全面了解工作载荷的大小和性质、转速高低、工作环境等，结合常用联轴器的性能、应用范围及使用场合选择联轴器的类型。,计算联轴器的计算转矩,KA为工作情况系数。,T为联轴器所传递的公称转矩。,选择3,规定部件相应的安装精度,进行必要的校核,确定联轴器的型号,按TcaT，由联轴器标准确定联轴器型号，T为联轴器的许用转矩。,校核最大转速,被联接轴的转速n，不应超过联轴器许用的最高转速nmax，即：,nnmax,协调轴孔直径,被联接两轴的直径和形状（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。,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。,练习(选择题),1)选择或计算联轴器时,应根据计算转矩Tca大于所传递的名义转矩T。这是因为考虑到(B)。A旋转时产生的离心载荷B机器不稳定运转时的动载荷和过载C制造联轴器的材料力学性能有偏差D两轴对中性不好时产生的附加载荷2)在载荷具有冲击、振动，且轴的转速较高、刚性较小时，一般选用（C）。A刚性固定式联轴器B刚性可移式联轴器C弹性联轴器D安全联轴器,3)多盘摩擦离合器的内摩擦盘有时做成碟形，这是为了（C）。A减轻盘的磨损B提高盘的刚性C使离合器分离迅速D增大当量摩擦系数4)一般机械中，若两被联接轴有较大的综合位移，在这种情况下宜选用（D）。A凸缘联轴器B滑块联轴器C套筒联轴器D齿式联轴器5)离合器的操纵环必须安装在与从动轴相联的半离合器上,这是为了