机械设计基础 课件 第15、16章 联轴器和离合器、机械传动系统设计

第15章联轴器和离合器机械设计基础01常用联轴器02常用离合器目录CONTENTS03联轴器、离合器的使用与维护常用联轴器0115联轴器和离合器

联轴器和离合器都是用来联接两轴，使之一起转动并传递转矩的装置。

联轴器与离合器的区别是：

联轴器只有在机器停止运转后将其拆卸，才能使两轴分离；

离合器则可以在机器的运转过程中进行分离或接合。

15.1常用联轴器联轴器所联接的两轴,由于制造、安装误差及受载变形等一系列原因,两轴的轴线会产生相对位移,其形式包括轴向位移,径向位移、偏角位移和综合位移,如图12-2所示。相对位移将使机器工作情况恶化,因此,要求联轴器具有一定的补偿位移的能力。此外,在有冲击、振动的工作场合,还要求联轴器具有缓冲和吸振的能力。图12-2轴线的相对位移轴向位移x偏角位移α径向位移y综合位移x、y、α15.1.1刚性联轴器1套筒联轴器将套筒与被连接两轴的轴端分别用键（或销钉）固定联成一体，即成为套筒联轴器。常用于要求径向尺寸小的场合。

单键连接的套筒联轴器可用于传递较大转矩的场合,如右上图所示；若用销钉连接，如右下图所示，则常用于传递较小转矩的场合，或用作剪销式安全联轴器。图12-3单键连接套筒联轴器图12-4销钉连接套筒联轴器1）套筒联轴器15.1.1刚性联轴器2凸缘联轴器如右图所示，凸缘联轴器由两个半联轴器及连接螺栓组成。凸缘联轴器结构简单，成本低，但不能补偿两轴线可能出现的径向位移和偏角位移，故多用于转速较低、载荷平稳、两轴线对中性较好的场合。凸缘联轴器15.1.2挠性联轴器1无弹性元件挠性联轴器

两个端面开有径向凹槽的半联轴器，两端具有凸榫的中间滑块，构成移动副。当两轴存在不对中和偏斜时，滑块将在凹槽内滑动。

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。（1）滑块联轴器十字滑块联轴器15.1.2挠性联轴器1无弹性元件挠性联轴器万向联轴器如右图所示，万向联轴器由两个轴叉分别与中间的十字轴以铰链相联。单个万向联轴器工作时，会引起冲击和扭转振动。为避免这种情况，保证从动轴和主动轴均以同一角速度等速回转，应采用双万向联轴器，如右下图所示，并满足中间轴与主、从动轴间夹角相等，及中间轴两端轴叉应位于同一平面内。双万向联轴器结构图15.1.2挠性联轴器1无弹性元件挠性联轴器能补偿轴不对中和偏斜。工作范围：正常齿：α≤30’腰鼓齿：α≤3˚

有内齿的外壳，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，外壳用螺栓连接。两端密封，空腔内储存润滑油。α15.1.2挠性联轴器2有弹性元件挠性联轴器

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。预留安装空间以便与更换橡胶套

预留间隙以补偿轴向位移cA圆柱孔圆锥孔15.1.2挠性联轴器2有弹性元件挠性联轴器

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。动力通过弹性元件传递，缓冲吸振。销与挡板之间留有间隙cc挡板尼龙销15.1.2挠性联轴器2有弹性元件挠性联轴器

轮胎式联轴器的结构简单，径向尺寸较大，但轴向尺寸较窄，有利于缩短串接机组的总长度，其最大转速可达5000r/min，具有一定补偿两轴的相对位移和缓冲吸振的能力。常用于有冲击振动、起动频繁、经常正反转和潮湿多尘的场合。1－弹性元件2－压板3－螺栓4、5－半联轴器15.1.3联轴器的选择1联轴器类型的选择联轴器的选择包括联轴器的类型选择和尺寸型号的选择。联轴器的种类很多，常用的大多已标准化或系列化。设计时，可根据工作条件、轴的直径、计算转矩、工作转速、位移量以及工作温度等，从标准中选择联轴器的类型和尺寸型号，必要时可对其中某些零件进行强度验算。在选择和校核联轴器时，考虑到机械运转速度变动时（如起动、制动）的惯性力和工作过程中过载等因素的影响，应将联轴器传递的名义转矩适当增大，即按计算转矩进行联轴器的选择和校核。15.1.3联轴器的选择2联轴器型号的选择选择联轴器时所采用的计算转矩由下式确定：式中，

KA

—工作情况系数，它是考虑机器起动时的惯性力和过载等影响的修正值，其值的大小由表选取。Tc—传递的转矩（N·m）；Tn—公称转矩（N·m）；n—工作转速（r/min）；PW—驱动功率（kW）；常用离合器0215.2常用离合器

对离合器的要求为：工作可靠，结合、分离迅速而平稳，调节和维修方便，操作灵活，外廓尺寸小，重量轻和耐磨性好等。

离合器是在传递运动和动力过程中，根据需要随时将主、从动轴接合或分离的一种机械装置。离合器按其工作原理可分为牙嵌式和摩擦式；按控制方式可分为操纵式和自控式，操纵式离合器需借助人力或动力（如电磁、液压、气压）进行操纵，而自控式离合器不需要，如超越式离合器、离心式离合器和安全式离合器都在一定条件下能自动实现接合和分离。15.2.1牙嵌离合器1、2—半离合器3—滑环4—对中环牙嵌式离合器15.2.1摩擦式离合器摩擦式离合器中常用的是圆盘摩擦离合器，有单盘式和多盘式两种。1、2—半离合器3—滑环单盘式圆盘摩擦离合器15.2.2磁粉离合器1—齿轮2—从动外鼓轮3—油或石墨的混合物4—环形激磁线圈5—磁铁轮芯6—接触环7—主动轴磁粉离合器15.2.3滚柱离合器1—星轮2—外圈3—滚柱4—弹簧顶杆滚柱式定向离合器联轴器、离合器的使用与维护0315.3联轴器、离合器的使用与维护1联轴器的使用与维护①应严格控制联轴器的安装误差。②注意检查运转后两轴的对中情况，尽可能地减少相对位移量。③对有润滑要求的联轴器，如齿式联轴器等，要定期检查润滑油的质量、油量及密封情况，必要时补充或更换润滑油。④对于高速旋转机械上的联轴器，要求其径向尺寸小，重量轻，一般要进行动平衡试验。在安装、使用和维护联轴器时，应注意下面几个方面的内容。15.3联轴器、离合器的使用与维护2离合器的使用与维护（1）片式摩擦离合器在工作时不应有打滑或分离不彻底现象。应经常检查作用在摩擦片上的压力是否足够，回位弹簧是否灵活，摩擦片磨损情况，主、从动片之间的间隙，必要时调整或更换。

（2）定期检查离合器的操纵系统是否操作灵活，工作可靠。有防护罩、散热片的离合器，使用前应检查防护罩、散热片是否完好。

（3）有润滑要求的离合器（如超越离合器）应密封严实，不得有漏油现象。在运行中，如有异常响声，应及时停车检查。第16章机械传动系统设计机械设计基础01概述02传动系统的功能目录CONTENTS03常用机械传动机构的选择04机械传动的特性和参数05机械传动的设计方案06机械传动的设计顺序概述0116.1概述传动机构的类型主要有机械传动机构、流体传动机构、电力和磁力传动机构等。传动机构一般包括变速装置，起动、停止和换向装置，制动装置以及安全保护装置等。传动系统由传动机构组成，传动机构的作用是将原动机的运动和动力传递给执行机构，以完成预期的功能。传动系统的功能0216.2传动系统的功能传动系统一般需实现如下功能;1)变速。通过实现变速传动，满足工作机的变速要求。2）传递动力。把原动机输入的转矩变换为工作机所需要的转矩或力。3）改变运动形式。把原动机输入的等速旋转运动，转变为工作机所需要的各种运动规律，实现运动形式的转换。4）实现运动的合成与分解。实现由一个或多个原动机驱动若干个相同或不同速度的工作机。5）作为工作机与原动机的桥梁。受机体外形、尺寸的限制，或为了安全和操作方便，工作机不易与原动机直接连接时，也需要传动装置来连接。010302040605常用机械传动机构的选择0316.3常用机械传动机构的选择1实现运动形式的转换原动机（如电动机）的运动形式都是勾速回转运动，而工作机构所要求的运动形式是多种多样的。传动机构应能够把匀速回转运动转变为诸如移动、摆动、间歇运动和平面复杂运动等各种各样的运动形式。16.3常用机械传动机构的选择2实现运动转速（或速度）的变化一般情况下，原动机转速很高，而工作机构运动速度则较慢，并且根据不同的工况要求获得不同的运动转速（或速度)。当需要获得较大的定传动比时，可以将多级齿轮传动、带传动、蜗杆传动和链传动等组合起来，满足速度变化的要求，即选用减速器或增速器来实现减速或增速的速度变化。根据具体的使用场合，也可采用多级圆柱齿轮减速器、锥齿轮-圆柱齿轮减速器、蜗杆减速器及蜗杆-圆柱齿轮减速器等机构来实现方案。当工作机构的运转速度需要调节时，齿轮变速传动机构是一种经济的实现方案。当然也可以采用机械无级调速变速器，或者采用电动机的变频调速方案来实现。16.3常用机械传动机构的选择3实现运动的合成与分解采用各种差动轮系可以进行运动的合成与分解。16.3常用机械传动机构的选择4获得较大的机械传动效率机械传动的总效率一般等于该机械传动系统中各级传动及摩擦副效率的连乘积。因此，缩短传动链、采用效率较高的传动形式和摩擦副等，都可提高机械传动的总效率。采用蜗杆传动（图16-1)、行星传动（图16-2）等传动比大的传动形式，可缩短传动链。但需注意，传动比大的传动形式往往效率较低，因此要综合考虑。机械传动的特性和参数0416.4机械传动的特性和参数1圆周速度16.4机械传动的特性和参数2传动比传动比反映了机械传动增速或减速的能力。一般情况下，传动装置均为减速装置。在摩擦传动中，V带传动可达到最大的传动比，平带传动次之，最后是摩擦轮传动。在啮合传动中，就一对啮合传动而言，蜗杆传动可达到的传动比最大，其次是齿轮传动和链传动(图16-3)。16.4机械传动的特性和参数3功率以带传动为例:16.4机械传动的特性和参数4传递的功率与扭矩、转速的关系16.4机械传动的特性和参数5功率损耗和传递效率机械传动效率的高低代表机械驱动功率的有效利用程度，是反映机械传动装置性能指标的重要参数之一。机械传动效率低，不但功率损失大，而且损耗的功率往往会产生大量的热量，必须采取散热措施。传动装置的功率损耗主要是由摩擦引起的。因此，为了提高传动装置的效率就必须采取措施，设法减少传动中的摩擦。16.4机械传动的特性和参数6外形尺寸和质量传动装置的尺寸与中心距a、传动比i、轮直径d及轮宽b有关，其中影响最大的参数是中心距么。挠性传动（如带传动、链传动）的外形尺寸较大。啮合传动中，直接接触传动（如齿轮传动）的外形尺寸较小。传动装置的外形尺寸及质量的大小，通常以单位功率传递所占用的体积及质量来衡量。机械传动的设计方案0516.5.1常用机构的运动及动力特性1功率范围当传递功率小于100kW时，各种传动类型都可以采用。但功率较大时，宜采用齿轮传动，以降低功率的损耗。对于中小功率的传递，宜采用结构简单而可靠的传动类型，以降低成本，如带传动。此时，传动效率是次要的。16.5.1常用机构的运动及动力特性2传动效率2.传动效率对于大功率传动，传动效率很重要。传动功率越大，越要采用高效率的传动类型。3．传动比范围不同类型的传动装置，最大的单级传动比差别较大。当采用多级传动时，应合理安排传动的次序。4。布局与结构尺寸对于平行轴之间的传动，宜采用圆柱齿轮传动、带传动、链传动。两轴相距较远时，可采用带传动、链传动;反之，采用齿轮传动。对于相交轴之间的传动，可采用锥齿轮传动或圆锥摩擦轮传动。对于交错轴之间的传动，可采用蜗杆传动或交错轴齿轮传动。例如噪声要求，链传动和齿轮传动的噪声较大，带传动和摩擦轮传动的噪声较小。16.5.2传动顺序的布置合理布置传动机构顺序的一般原则如下:1)承载能力较小的带传动宜布置在高速级，使其与原动机相连，齿轮或其他传动机构布置在带传动之后。这样既有利于整个传动系统的结构尺寸紧凑、均勾，又有利于发挥带传动的传动平稳、缓冲减振和过载保护的特点。2）链传动平稳性差，且有冲击、振动，不适用于高速传动，一般应将其布置在低速级。3）根据工作条件选用开式或闭式齿轮传动。闭式齿轮传动一般布置在高速级，以减小闭式传动的外形尺寸、降低成本。开式齿轮传动制造精度较低、润滑不良、工作条件差，且磨损严重，一般应布置在低速级。4)传递大功率时,一般均采用圆柱齿轮传动。5）在传动系统中，若有改变运动形式的机构，如连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构等，一般将其设置在传动系统的最后一级。16.5.3总传动比的分配合理地将总传动比分配到传动系统的各级传动中，是传动系统设计的另一个重要问题，它直接影响传动装置的外形尺寸、总质量、润滑状态及工作能力。在多级传动中