第13章 联轴器、离合器和制动器

1、机械设计第13章 联轴器、离合器、制动器 看懂联轴器的结构图；看懂联轴器的结构图；o 掌握常用联轴器的类型、特点掌握常用联轴器的类型、特点 联轴器已标准化，应会选用；联轴器已标准化，应会选用；o 联轴器联轴器用来联接两根轴，传递运动和转矩，机器运用来联接两根轴，传递运动和转矩，机器运转时两轴不能分离。转时两轴不能分离。o 离合器离合器在机器运转时，可根据需要使两轴随时接合在机器运转时，可根据需要使两轴随时接合或分离。或分离。o 制动器制动器是用来降低机械的运转速度或停止机械的运是用来降低机械的运转速度或停止机械的运转转下一页下一页概述概述（联轴器、离合器、制动器的区别）（联轴器、离合器、制动器

2、的区别）13.1 联轴器联轴器普通联轴器的分类普通联轴器的分类 一一. .刚性联轴器刚性联轴器：不能补偿两轴间的相对位移。：不能补偿两轴间的相对位移。 无减振缓冲能力，要求两轴对中性好。无减振缓冲能力，要求两轴对中性好。o 凸缘联轴器；凸缘联轴器；o 套筒联轴器：套筒联轴器：o 十字轴万向联轴器：十字轴万向联轴器：o 滑块联轴器滑块联轴器o 弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器o 弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器二二. .挠性联轴器挠性联轴器：依靠元件能够补偿两轴间的相对位：依靠元件能够补偿两轴间的相对位移。有减振缓冲能力。移。有减振缓冲能力。三三.安全联轴器安全联轴器：具有安全保护作用具有安全保护作

3、用。下一页下一页一一.刚性联轴器刚性联轴器：不能补偿两轴间的相对位移。：不能补偿两轴间的相对位移。o 凸缘联轴器：结构简单、成本低、凸缘联轴器：结构简单、成本低、 可传递较大的转矩可传递较大的转矩下一页下一页5套筒联轴器：套筒联轴器：下一页下一页o 凸缘联轴器：安全联轴器凸缘联轴器：安全联轴器7夹壳联轴器夹壳联轴器图图13-1 两轴轴线的相对位移两轴轴线的相对位移二二. 挠性联轴器挠性联轴器：可在一定程度上补偿两轴间的某：可在一定程度上补偿两轴间的某种位移种位移。xyyx下一页下一页2.有弹性元件的挠性联轴器有弹性元件的挠性联轴器o 弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器o 弹性柱销联轴器弹性柱销联

4、轴器o 星形弹性联轴器星形弹性联轴器o 轮胎式联轴器轮胎式联轴器1.无弹性元件的挠性联轴器无弹性元件的挠性联轴器o 滑块联轴器滑块联轴器o 齿式联轴器齿式联轴器o 滚子链联轴器滚子链联轴器o 十字轴万向联轴器十字轴万向联轴器种类种类下一页下一页下一页下一页图13-6下一页下一页下一页下一页万向联轴器万向联轴器作用：作用：用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且在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。传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。共轴、 有夹角应用：应用：广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。1 1）单万向联轴器

5、）单万向联轴器下一页下一页2）双万向铰链机构）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。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：安装要求：主动、从动、中间三轴共面；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主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹 角应相等；角应相等；中间轴两端的叉面应在同一平面内。中间轴两端的叉面应在同一平面内。21C21C为了消除从动轴变速转动的缺点，常下一页下一页3） 小型双万向联轴器小型双万向联轴器 结构如图所示，通常采用合金钢制造。结构如图所示，通常采用合金钢制造。AAA-AAA应用实例应用实例下一

6、页下一页1）弹性套柱销联轴器）弹性套柱销联轴器结构特点：结构特点：外观与凸缘联轴器相似，用带橡胶弹性套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。的柱销联接两个半联轴器。预留安装空间以便与更换橡胶套预留安装空间以便与更换橡胶套 A预留间隙以补偿预留间隙以补偿轴向位移。轴向位移。c圆柱孔圆柱孔圆锥孔圆锥孔下一页下一页2）弹性柱销联轴器）弹性柱销联轴器结构：结构：用尼龙制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔用尼龙制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔中。中。尼龙销尼龙销挡板挡板cc销与销与挡板之挡板之间留有间隙间留有间隙结构简单、更换柱销方便。结构简单、更换柱销方便。特点：特点：上述两种联

7、轴器的动力通过弹性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。元件传递，缓和冲击、吸收振动。应用：应用：适用于正反向变化多，启适用于正反向变化多，启动动 频繁的高速轴。频繁的高速轴。适用范围：适用范围：-12-12t t660 0， v8000 r/minv8000 r/min 能能补偿较大的轴向位移，并补偿较大的轴向位移，并允许微量的径向位移和角位允许微量的径向位移和角位移。移。两种柱销下一页下一页四 联轴器的选择一一. 根据工作情况和经济性综合考虑，选择类型根据工作情况和经济性综合考虑，选择类型o 1.载荷：载荷：T大小、性质（平稳、冲击）；大小、性质（平稳、冲击）；o 2.

8、工作转速：工作转速：n；o 3.精度：位移的大小和方向精度：位移的大小和方向二二. 确定联轴器的型号（尺寸大小）确定联轴器的型号（尺寸大小）o 扭矩扭矩 T 大小；大小；o 工作转速工作转速 n；o 调整轴孔直径尺寸和形状调整轴孔直径尺寸和形状。9550TnPKTKTAAca下一页下一页一、离合器的功用、分类及基本要求一、离合器的功用、分类及基本要求o 自学：要求看懂结构图自学：要求看懂结构图o 分类：操纵离合器分类：操纵离合器（机械，液动，气动，电磁）（机械，液动，气动，电磁） 自控离合器自控离合器（离心，超越，安全）（离心，超越，安全）o 离合器用来联接两根轴，传递运动和转离合器用来联接两

9、根轴，传递运动和转矩，机器运转时两轴可以接合或分离。矩，机器运转时两轴可以接合或分离。下一页下一页13.2 离合器1 1. 牙嵌式离合器牙嵌式离合器结构结构：由端面带牙的固定套筒、活动套筒、对中环组成。由端面带牙的固定套筒、活动套筒、对中环组成。 工作原理：工作原理： 利用操纵杆移动滑环，实现两套筒的结合与分离。利用操纵杆移动滑环，实现两套筒的结合与分离。 固定套筒固定套筒活动套筒活动套筒滑环滑环对中环对中环下一页下一页牙型牙型303040402 28 82 28 86060三角形三角形梯梯 形形锯齿形锯齿形-传递中小转矩、牙数为传递中小转矩、牙数为1660-传递较大转矩、牙数为传递较大转矩、

10、牙数为315梯形牙可以补偿磨损后的牙侧间隙。梯形牙可以补偿磨损后的牙侧间隙。锯齿形只能单向工作。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。制造要求制造要求：各牙应精确等分，以使载荷均匀分布。各牙应精确等分，以使载荷均匀分布。下一页下一页特点：特点：结构简单、外廓尺寸小、能传递较大的转矩。结构简单、外廓尺寸小、能传递较大的转矩。材料：材料：低碳合金钢：低碳合金钢：20Cr 、 20MnB。渗碳淬火后牙面渗碳淬火后牙面硬度：硬度：5662 HRC;中碳合金钢：中碳合金钢：40Cr 、 45MnB。表面淬火后牙面表面淬火后牙面硬度：硬度：4858 HRC;承载能力：承载能力

11、：取决于齿根的弯曲强度取决于齿根的弯曲强度:hKATzWD0b b= = b b 2KATzD0ah p = = p W-齿根弯曲截面系数；齿根弯曲截面系数；D0-牙平均直径；牙平均直径；a-牙的宽度。牙的宽度。D0ah式中：式中：h为牙齿高度；为牙齿高度；z为牙齿数；为牙齿数；下一页下一页2. 摩擦离合器摩擦离合器1231 1）单片式圆盘）单片式圆盘摩擦离合器摩擦离合器摩擦扭矩摩擦扭矩: Tmax=Fa f Rf结构：结构：由固定圆盘由固定圆盘1、活动圆盘、活动圆盘2、滑环组成。、滑环组成。 工作原理：工作原理：移动滑环，可实现两圆盘的结合与分离，靠移动滑环，可实现两圆盘的结合与分离，靠摩擦

12、力带动从动轴转动。摩擦力带动从动轴转动。 缺点：缺点：结合过程中不可避免出结合过程中不可避免出现打滑，引起磨损和发热；现打滑，引起磨损和发热； 2.2.过载时打滑，起保护作用；过载时打滑，起保护作用； 3.3.结合平稳、冲击和振动小。结合平稳、冲击和振动小。优点：优点： 1.1.在任何转速条件下两轴都在任何转速条件下两轴都可以进行结合；可以进行结合；FaRf213Fa下一页下一页结构特点：结构特点：多个摩擦片叠加在一起；多个摩擦片叠加在一起；主动摩擦片主动摩擦片杠杆杠杆滑环滑环工作原理：工作原理：移动滑移动滑环，通过杠杆作用，环，通过杠杆作用，压紧或放松磨擦片，压紧或放松磨擦片，来实现两轴的结

13、合与来实现两轴的结合与分离。分离。 调整螺母调整螺母被动摩擦片被动摩擦片2 2）多片式圆盘）多片式圆盘摩擦离合器摩擦离合器下一页下一页摩擦片材料：摩擦片材料：淬火钢片、压制石棉片。淬火钢片、压制石棉片。 摩擦片数量摩擦片数量z z传递扭矩传递扭矩T 但但z z过大将使各层间压力不均匀，一般取过大将使各层间压力不均匀，一般取: : z=1215摩擦扭矩摩擦扭矩:Tmax= z Fa f Rfz Fa f (D1 +D2)=4 KA T4 Fap =(D1 +D2)表面压强表面压强:p D1D2下一页下一页有润滑剂有润滑剂 无润滑剂无润滑剂 p/ MPa表表 常用摩擦片材料的常用摩擦片材料的 f

14、和和 p 摩擦片材料摩擦片材料 f 圆盘摩擦离合器圆盘摩擦离合器铸铁铸铁铸铁或钢铸铁或钢 0.050.06 0.15 0.2 0.250.30淬火钢淬火钢淬火钢淬火钢 0.050.06 0.18 0.60.8青铜青铜钢或铸铁钢或铸铁 0.08 0.17 0.18 0.40.5压制石棉压制石棉钢或铸铁钢或铸铁 0.12 0.3 0.5 0.200.30对于频繁启动的离合器，可将表中对于频繁启动的离合器，可将表中p降低降低1530%。类型类型反应敏捷，但摩擦片易磨损。反应敏捷，但摩擦片易磨损。油式摩擦离合器油式摩擦离合器干式摩擦离合器干式摩擦离合器磨损轻微、寿命长、并能磨损轻微、寿命长、并能 在繁

15、重的条件下运转。在繁重的条件下运转。下一页下一页离合器的操纵方式离合器的操纵方式机械力机械力电磁力电磁力气动力气动力液压力液压力810 3 3）圆锥式）圆锥式摩擦离合器摩擦离合器结构：结构：锥台表面为摩擦接触面。锥台表面为摩擦接触面。优点：优点：由于采用了槽面摩擦原理，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因此只需要很小的操纵力即能使离合器传递较大的转矩。离合器传递较大的转矩。缺点：缺点：径向尺寸较大，不如多盘式紧凑。径向尺寸较大，不如多盘式紧凑。下一页下一页磁粉材料：磁粉材料：铁钴镍、铁钴钒等合金粉，加入少量二硫化钼。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

16、形，颗粒直径为：形状为球形或椭球形，颗粒直径为：2070 m。 优点：优点：1) 励磁电流励磁电流 I 与转矩与转矩T呈线性关系、转矩调节简单而呈线性关系、转矩调节简单而且精确，调节范围宽。且精确，调节范围宽。 2) 可用作恒张力孔制，是造纸机、纺织机、印刷机、可用作恒张力孔制，是造纸机、纺织机、印刷机、绕线机等的理想装置。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。若将主动件固定，则可作制动器使用。 缺点：缺点：相对而言比较笨重相对而言比较笨重。 4) 操纵方便、离合平稳、工作可靠。操纵方便、离合平稳、工作可靠。 下一页下一页当外环反向转动时，则带动滚当外环反向转动时，则带

17、动滚柱克服弹簧力而滚到楔形空间柱克服弹簧力而滚到楔形空间的宽敞位置，离合器处于分离的宽敞位置，离合器处于分离状态。状态。结构：结构：由星轮、外环、滚柱、弹簧推杆等零件组成。由星轮、外环、滚柱、弹簧推杆等零件组成。工作原理：工作原理：当外环逆时钟转动时，以摩擦当外环逆时钟转动时，以摩擦力带动滚柱向前滚动，进一步力带动滚柱向前滚动，进一步楔紧内外接触面，从而驱动星楔紧内外接触面，从而驱动星轮一起旋转。轮一起旋转。 1）滚柱式定向离合器）滚柱式定向离合器 3. 定向离合器定向离合器滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态。滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态。下一页下一页结构：结构：由内环、外环、楔块、支撑

18、环、拉簧等零件组成。由内环、外环、楔块、支撑环、拉簧等零件组成。2）楔块式定向离合器）楔块式定向离合器 工作原理：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。合状态。反向时斜块松开而成分离状态。 优点：优点：楔块曲率半径大，装楔块曲率半径大，装入数量多，相同尺寸时传递入数量多，相同尺寸时传递的转矩更大。的转矩更大。缺点：缺点：高速运转时有较大磨高速运转时有较大磨损，寿命较低。损，寿命较低。下一页下一页4.4.安全离合器安全离合器图图13-26下一页下一页下一页下一页13.3 制动器制动器1、制动器的功用、分类及基本要求、制动器的功用、分类及基本要求图图13-27下