机械设计基础 联轴器离合器和制动器

机械设计基础联轴器离合器和制动器第1页/共81页第12章联轴器、离合器和制动器12.1概述联轴器：

作用：主要用作轴与轴之间的联接，以传递运动和转矩。特点：停机时才能联接或分离。第2页/共81页离合器：作用：在机器工作中可随时使两轴结合或分离。特点：随时控制启动和停车，控制变速和换档，过载安全保护。制动器：迫使机器迅速停止运转或降低机器运转速度。第3页/共81页联轴器与离合器：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第4页/共81页式中：T-联轴器、离合器传递的名义转矩，

单位：联轴器、离合器的计算转矩校核强度时的计算转矩为:K-工作情况系数第5页/共81页12.2联轴器轴的相对位移：轴向位移、径向位移、角位移、综合位移，联轴器应具有补偿这些位移的能力。第6页/共81页第7页/共81页联轴器的类型:刚性

联轴器弹性

联轴器固定式

刚性联轴器要求被联接两轴轴线严格对中可移式

刚性联轴器可以通过两半联轴器间的相对运动来补偿被联接两轴的相对位移。弹性联轴器包含有弹性元件，不仅具有吸收振动和缓解冲击的能力，而且能够通过弹性元件的变形来补偿两轴的相对位移。机械式联轴器、液力联轴器、电磁式联轴器第8页/共81页一、固定式刚性联轴器1.套筒联轴器特点：结构简单,径向尺寸小。常用于要求径向尺寸紧凑或空间受限制的场合。缺点是装拆时需轴向移动。第9页/共81页特点：是径向尺寸小且装拆方便,克服了套筒联轴器装拆需轴向移动的不足；缺点是转动平衡性较差,故常用于低速。2.夹壳联轴器第10页/共81页3.凸缘联轴器特点：对两轴对中性的要求很高,结构简单、成本低、传递转矩大应用最广。缺点是对轴的位移补偿能力差。普通螺栓联接铰制孔螺栓联接GB/T5843-2003

第11页/共81页二、可移式刚性联轴器1.十字滑块联轴器十字滑块联轴器允许的径向位移允许的角位移特点：十字滑块联轴器径向尺寸小,结构简单,用于低速。需要润滑第12页/共81页第13页/共81页2.齿轮联轴器允许的径向位移允许角位移特点：传递转矩大,外形尺寸紧凑,工作可靠,但结构复杂,成本高，需要润滑和密封,常用于低速的重型机械中。齿顶做成球面；

齿侧做成鼓形。第14页/共81页3.万向联轴器

当一轴固定时,另一轴可以在任意方向偏斜角,角位移最大可达45º。当主动轴以等角速度回转时,从动轴的角速度将在一定范围内作周期性的变化,从而引起动载荷。第15页/共81页

为消除从动轴的速度波动,通常将万向联轴器成对使用,并使中间轴的两个叉子位于同一平面上,还应使主、从动轴的轴线与中间轴的轴线间的偏斜角相等，转速不宜太高。小型万向联轴节的结构第16页/共81页1.弹性套柱销联轴器靠弹性补偿径向位移、角位移，预留C补偿轴向位移设计时预留距离A结构简单,制造容易,装拆方便,成本较低。适用于转矩小、转速高、频繁正反转、需要缓和冲击的地方。三、弹性联轴器GB/T4323-2002

第17页/共81页2.弹性柱销联轴器尼龙柱销，端部设有挡圈靠弹性补偿径向位移、角位移，预留C补偿轴向位移，结构简单,制造方便,成本低。适用于转矩小、转速高、正反向变化多、起动频繁的高速轴。第18页/共81页3.轮胎式联轴器

橡胶轮胎易于变形，允许的相对位移较大，角位移可达5º~12º,轴向位移可达0.02D,径向位移可达0.01D,其中D为联轴器的外径。

结构简单,使用可靠，弹性大,寿命长,不需润滑，但径向尺寸大。可用于潮湿多尘,起动频繁之处。GB/T5844-2002

第19页/共81页4、弹性杆联轴器

由圆形截面的金属弹簧钢丝插入在两个半联轴器凸缘上的孔中。结构简单，价格便宜，尺寸小，应用较广泛，用于风机、泵等机械设备中。第20页/共81页5、波纹管联轴器由两个轴套和波纹管组成。特点：结构简单，惯性小，弹性回差小，运转稳定。主要用于仪器和控制系统中。第21页/共81页其它联轴器、离合器第22页/共81页其它联轴器、离合器第23页/共81页滚子链联轴器

GB/T6069-2002蛇形弹性联轴器JB/T8869-2000

第24页/共81页弹性管联轴器带制动轮鼓形齿式联轴器

JB/ZQ4644-97第25页/共81页梅花形弹性联轴器GB/T5272-2002第26页/共81页产品特征拆装迅速，具有很高的装配重复性。无需润滑，无噪音，磨损。无滑动、摩擦、转动部件，可降低能量损失。结构简单，重量轻。不需维护，停机时肉眼可检查故障。良好的环境适应性，可高温下运转。转动精度高，可靠性高，寿命长。单型弹性膜片联轴器(胀紧套联接)JB/T9147-1999

第27页/共81页带制动轮弹性套柱销联轴器GB/T4323-2002第28页/共81页12.3离合器离合器的分类第29页/共81页对离合器的要求：便于接合与分离；接合与分离迅速、可靠；接合时振动小，耐磨性好、散热性好；调节维修方便；尺寸小、重量轻。第30页/共81页一、操纵式离合器1.牙嵌离合器1、2半离合器；3导向平键4操纵滑环；5对中环第31页/共81页离合器的牙形有三角形、梯形、锯齿形等三角形齿：接合容易、强度低，用于小载荷。梯形齿：强度高、可补偿间隙，用于较大载荷。锯齿形齿：单向工作、强度最高。离合器的牙齿数一般取3~60要求牙齿有较大的硬度（表面淬火或渗碳淬火）第32页/共81页

牙嵌离合器的承载能力主要取决于齿根弯曲强度。对于频繁离合的牙嵌离合器，将产生齿面磨损，常通过限制齿面压强p来控制磨损。即

牙嵌离合器结构简单，尺寸小，工作时无滑动，应用广泛。但只宜在两轴不回转或转速差很小时进行离合，否则会因撞击而断齿。MPaMPa强度计算：第33页/共81页2.摩擦离合器单盘摩擦离合器1主动轴2从动轴3、4摩擦盘5操纵滑环FQ轴向压力第34页/共81页1、3主、从动轴2、4半离合器5、6外、内摩擦片7操纵滑环8杠杆9弹簧10螺母多盘摩擦离合器第35页/共81页摩擦离合器传递的最大转矩摩擦面上的最大压强MPa基本许用压强N·mm离合器的摩擦片第36页/共81页摩擦系数及基本许用压强第37页/共81页圆锥式摩擦离合器正压力变大传递转矩的能力变大第38页/共81页二、自动离合器

自动离合器是一种能根据机器运动或动力参数的变化而自动完成结合和分离的离合器。1.安全离合器特点:是当转矩超过允许数值时能自动分离摩擦式安全离合器第39页/共81页2.离心离合器当主动轴的转速达到某一定值时能自行结合或分离。瓦块式常开式离合器：主要用于起动装置常闭式离合器：主要用作安全装置,当机器转速过高时起安全保护作用。第40页/共81页3.定向离合器

只能按一个转向传递转矩，反向时自动分离。

这种离合器工作时没有噪声，宜于高速转动，但制造精度要求高。1、星轮，2、外圈3、滚柱，4、顶杆第41页/共81页电磁粉末离合器牙嵌式电磁离合器第42页/共81页电磁离合器第43页/共81页12.4制动器

利用摩擦力来减低运动物体的速度或迫使其停止运动的装置。按着制动零件的结构特征分,有带式、块式、盘式制动器。一、带式制动器

带式制动器制动轮轴和轴承受力大，带与轮间压力不均匀,从而磨损也不均匀,且易断裂,但结构简单,尺寸紧凑,可以产生较大的制动力矩,常应用。1、制动轮，2、闸带，3、杠杆第44页/共81页二、块式制动器（安全式）

电磁块式制动器：起动和开启迅速，尺寸小，重量轻，易于调整瓦块间隙，更换瓦块、电磁铁也方便，但制动时冲击大，电能消耗也大，不宜用于制动力矩大和需要频繁制动的场合。1电磁线圈，2衔铁，3套杆，4拉簧，5瓦块，6制动轮第45页/共81页三、内涨式制动器

这种制动器结构紧凑广泛应用于各种车辆以及结构尺寸受到限制的机械中。1、8销轴2、7蹄片3、6摩擦片4油缸5拉簧第46页/共81页作业：习题12-1；习题12-3；第47页/共81页本章结束谢谢大家第48页/共81页第49页/共81页第50页/共81页第51页/共81页齿轮联轴器弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器第52页/共81页轮胎联轴器第53页/共81页结束第54页/共81页⑴载荷平稳的低速轴，轴的刚度大而对中严格

——固定式联轴器⑶冲击、振动较大，有相对位移的高速轴

——弹性可移式联轴器⑵载荷平稳的低速轴，轴的刚度小，有相对位移

——刚性可移式联轴器T——工作转矩K——工作情况系数⑷对角位移较大的两轴——万向联轴器Tn——标称转矩二、联轴器的选择1、选联轴器类型:2、确定计算扭矩Tc:第55页/共81页n≤[n]由d、Tc、n定型号（按标准）3、定型号4、校核转速5、协调轴孔直径6、规定部件安装精度第56页/共81页第二节常用离合器类型及选择牙嵌式动作过程一、常用离合器的特点及应用牙嵌式结构组成1、牙嵌式离合器第57页/共81页单片离合器动作过程2、摩擦式离合器第58页/共81页动作过程结构组成多片离合器第59页/共81页二、离合器的选择1.主从动轴同步转动且传递转矩较大——牙嵌式离合器2.高速下平稳接合而主从动轴同步性要求低

——单片/多片摩擦式离合器。3.特定条件下（一定转矩、转速及转向）能自动接合或分离时——超越离合器。第60页/共81页1、套筒式联轴器这是一类最简单的联轴器，如图所示。这种联轴器是一个圆柱型套筒，用两个圆锥销键或螺钉与轴相联接并传递扭矩。此种联轴器没有标准，需要自行设计，例如机床上就经常采用这种联轴器。

图15－3第61页/共81页2、凸缘式联轴器刚性联轴器种使用最多的就是凸缘式联轴器。它由两个带凸缘的半联轴器组成，两个半联轴器通过键分别与两轴相联接，并用螺栓将两个半联轴器联成一体，如图所示。

图15－4第62页/共81页

按对中方式分为Ⅰ型和Ⅱ型：Ⅰ型用凸肩和凹槽（D1）对中，并用普通螺栓联接，工作时靠两半联轴器接触面间的摩擦力传递转矩，装拆时需要作轴向移动。Ⅱ型用铰制孔螺栓对中，螺栓与孔为略有过盈的紧配合，工作时靠螺栓受剪与挤压来传递转矩。装拆时不需要作轴向移动，但要配铰螺栓孔。图15－4第63页/共81页图15－143、梅花形弹性联轴器

这种联轴器如图所示。其半联轴器与轴的配合孔可做成圆柱形或圆锥形。

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装配联轴器时，将梅花形弹性元件的花瓣部分夹紧在两半联轴器端面的凸齿交错插进所形成的齿侧空间，以便在联轴器工作时起到缓冲减振的作用。弹性元件可根据使用要求选用不同硬度的聚氨酯橡胶、铸型尼龙等材料制造。工作范围为－35ºC～80ºC，短时工作温度可达100ºC，传递的公称转矩范围为16～25000Nm。

第65页/共81页图15－165、膜片联轴器

膜片式联轴器的典型结构如图所示

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其弹性元件为一定数量的很薄的多边形（或椭圆形）金属膜片叠合而成的膜片组，膜片上有沿圆周方向均布的若干个螺栓孔，用铰制孔用螺栓交错间隔与半联轴器相联接。这样弹性元件上的弧段分别为交错受压缩和受拉伸的两部分。拉伸部分传递转矩，压缩部分趋于皱褶。当缩联接的两轴存在轴向、径向和角位移时，金属膜片便产生波状变形。当然，还有其它多种联轴器，我们在需要时可以查阅有关手册根据需要选定，我们在此就不作进一步讲解了。

第67页/共81页§13.3联轴器的选择

绝大多数联轴器都已经能够标准化或规格化，一般设计这的任务就是根据实际合理的选用，而不是设计。选择的基本步骤可按以下进行。一、选择联轴器的类型根据传递的转矩的大小、轴转速的高低，被联接两部件的安装精度，参考各种类型联轴器的特性，选择一种合用的联轴器。具体如下：

第68页/共81页1）所需传递的转矩的大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。例如，对大功率的重载传动，可选用齿式联轴器；对严重冲击载荷或要求消除轴系扭转振动的传动，可选用轮胎式联轴器等具有较高弹性的联轴器。2）联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于高转速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，如膜片联轴器等，而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。

第69页/共81页3）两轴相对位移的大小和方向。当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，或者工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用有补偿作用的联轴器。例如当径向位移较大时，可选用滑块联轴器，角位移较大时或相交两轴的联接可用万向联轴器等。4）联轴器的可靠性和工作环境。通常由金属元件制成的布需要润滑的联轴器比较可靠；需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影响，且可能污染环境。含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀性介质及强光等比较敏感，而且容易老化。第70页/共81页5）联轴器的制造、安装、维护和成本。在满足使用性能的前提下，应选用拆装方便、维护简单、成本低的联轴器。例如，刚性联轴器不但简单，而且拆装方便，可用于低速、刚性大的传动轴。一般的非金属弹性元件联轴器，由于具有良好的综合性能，广泛适用于一般中小功率传动。

第71页/共81页二、计算联轴器的计算转矩由于及其启动时的动载荷和运转中可能出现过载现象，所以应当按轴上的最大转矩作为计算转矩Tca，计算转矩按下式进行：

其中：T为公称转矩，单位Nm；KA为工况系数，可以查阅有关设计资料得到。

第72页/共81页三、确定联轴器的型号根据计算转矩Tca及所选的联轴器类型，按照的条件由联轴器标准中选定联轴器型号。四、校核最大转速被联接轴的转速n不应超过所选联轴器的允许最高转速nmax，即

第73页/共81页五、协调轴孔直径多数情况下，每一型号联轴器适用的轴的直径均有一个范围。标准中或者给出轴直径的最小值和最大值，或者给出适用直径的尺寸系列，被联接两轴的直径应当在此范围内。一般情况下被联接两轴的直径是不同的，两个轴端的形状也可能是不同的，如主动轴轴端为圆柱形，所以联接的从动轴的轴端是圆锥形。

第74页/共81页六、规定部件相应的安装精度根据所选联轴器允许轴的相对位移偏差，规定部件相应的安装精度。通常标准中只给出单项位移偏差的允许值。如果有多项位移偏差存在，则必须根据联轴器的尺寸大小计算出相互影响的关系，依此作为规定部件安装精度的依据。七、进行必要的校核如有必要，应对联轴器的主要传动零件进行强度校核。使用非金属弹性元件的联轴器时，还应注意联轴器所在部位的工作温度不要超过该弹性元件材料允许的最高温度。

第75页/共81页【例】在电动机与增压油泵间用联轴器相联。已知电动机的功率P=7.5kW，转速n=960r/min，电动机直径d1=38mm，油泵轴直径d2=42mm，试选择