第十一章联轴器和离合器

第11章联轴器与离合器11.1绪论联轴器和离合器的用途是在两轴之间或两根同轴线的轴之间传递转矩。联轴器是用来在两轴之间形成长期连接的部件，如果要使联轴器连接的两根轴相互脱开，必须停下机器，再拆开联轴器；离合器用来将两轴在其转动或静止时连接或分开（图11.1）。图图11.1联轴器和离合器的作用1.电机；2.联轴器；3.减速器；4.离合器5.滚筒联轴器和离合器是独立的部件，主要类型均有国家标准规定，在工程实践中，主要是差目录或手册的表格，或按以某一计算转矩为依据的条件性计算来选取联轴器和离合器。计算转矩为（11.1）式中：—名义转矩；—工作情况系数；—公称转矩。工作情况系数按表11.1选取表11.1工作情况系数工作机动力机载荷性质机器类型电动机、汽轮机内燃机起动质量不大且工作平稳发电机、通风机、离心水泵、传送带、车床、钻床、磨床等1~1.51.3~2起动质量中等且载荷变动活塞式压缩机、龙门刨床、牛头刨床、插床升降机等1.5~22~2.6起动质量大且受冲击载荷动力锤、辊轧机、球磨机、起重机、挖掘机等2.5~33.2~411.2联轴器根据联轴器对相对偏移有无补偿能力，联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器。11.2.1刚性联轴器刚性联轴器用于刚性地连接两根严格共轴线的轴。此种联轴器价廉并能经受粗糙的使用条件，但轴端间必须有良好的对中，以避免在轴内产生弯矩，或在轴承内引起载荷。这种联轴器主要应用于长动轴的连接，以及缺乏足够径向空间因而不能安装挠性联轴器时。刚性联轴器有套筒式（图11.2）、凸缘式（图11.3）等。潘存云教授研制潘存云教授研制图11.图11.3凸缘联轴器图11.SEQFigure\*ARABIC2套筒联轴器套筒联轴器套筒联轴器是最简单的联轴器。它用一个套筒套在两轴端并用平键、紧定螺钉（图11.2（a））或销钉（图11.2（b））将其固定在轴上。这种联轴器的直径特别小，但安装这种联轴器较为复杂，以为需将轴沿轴向做相当大的移动。套筒式联轴器通常只用于直径不大于100mm的轴，经常用于不大于70mm的轴。通常套筒联轴器的外径D=(1.5~1.8)d，长度L=(2.5~4)d，其中d为轴径。凸缘联轴器凸缘联轴器（图11.3）是刚性固定式联轴器的主要形式。在所连接的两根轴端部，各装着半联轴器，即凸缘，而两凸缘间有螺栓连接。在图11.3（a）中，转矩是由凸缘间的摩擦力来传递的。如果连接螺栓与孔之间没有间隙（螺栓与孔配合），如图11.3（b）所示，转矩是由连接螺栓的剪切抗力来传递的。用受剪螺栓连接的这种联轴器能传递很大的转矩，因此较为优越。11.2.2挠性联轴器挠性联轴器对相对偏移具有补偿能力。常用的类型有：齿轮联轴器、十字滑块联轴器、万向联轴器、弹性套柱销联轴器、蛇形弹簧联轴器等。齿轮联轴器齿轮联轴器（图11.4（a））由两个具有外齿的套筒和套于其上具有内齿的外壳组成。齿轮形套筒装在所连接轴的端部，两外壳用螺栓连接。套筒和外壳的齿具有普通渐开线齿廓。每一齿圈的齿数为30~80,视联轴器的尺寸而定。图图11.4齿轮联轴器为了能够补偿所连接轴位置的直线偏差和角偏差，相配内、外齿间做有内向游隙（齿廓间有间隙）；套筒的外齿顶部在切齿前车成球面形而非圆柱形（图11.4（b））；将外齿切成鼓行（图11.4（b））齿轮联轴器具有以下特点：(1)因同时发生接触的齿数很多，所以承载能力大，连接可靠同时外形尺寸小。(2)允许很高的转速，齿上的圆周速度可达25m/s，当特别精致时可更高，可达50~80m/s.(3)由于采用现代的高生产率切齿技术，所以工艺性好。齿轮联轴器应用广泛，特别是在重型工业制造中。十字滑块联轴器十字滑块联轴器（图11.5）主要用来连接轴线有径向偏移的轴。但是，由于它具有轴向间隙，所以也能补偿一些轴向和角度偏移。这种联轴器由两个带有凸缘的轮廓和一个中间浮动盘组成。在这两个凸缘的端面上，各开有一条通过中心的横槽，而圆盘的每一面上则各上各有一条直径方向上的榫，两榫方向互为90°的十字交叉，榫嵌沟槽内，沟槽作为榫的导轨，因而能传递转矩，同时又允许轮毂与中间盘可有相对径向偏移，在轴线有径向偏移或角度偏移或角度偏移的轴间传递转动时，导轨中发生滑动。中间浮动盘的中心做圆运动，圆的直径等于轴线的偏移量。因为会产生很大离心力和相当大的磨损，所以这就限制了这种联轴器的转速。图图11.5十字滑块联轴器万向联轴器万向联轴器（图11.6）用于轴线相互倾斜达40°~45°的轴间传递转矩，而且轴线倾角在工作时可以变化。图图11.6万向联轴器它所以能在如此大的角度下传递转矩，是因为这种联轴器具有轴线相互垂直的两个铰链，万向联轴器的两个半联轴器都做成叉形，其叉齿互相转过一个直角，并与中间体相铰链，该中间体呈十字行。如果主动轴和从动轴的轴线不相重合而采用单铰链万向联轴器，则当主动轴等速转动时，从动轴做不等速转动。要使从动轴与主动轴作同步转动，可以装两个万向节联轴器（图11.7），使第二个联轴器抵消第一个联轴器所造成的不均匀转动。这种联轴器称为双万向联轴器，它必须满足下列条件。图图11.7双向联轴器的原理（1）主动轴1和从动轴2的轴线必须与中间轴C成相同的角度，即；（2）中间轴C两端半联轴器的叉应布置在同一平面内。双万向联轴器的结构如图11.8所示。弹性套柱销联轴器在弹性套柱销联轴器（图11.9）中，通过柱销和套在柱销上的弹性套来传递转矩。柱销的锥形尾端夹持在一个带缘轮毂（半联轴器）中，并穿入另一个带缘轮毂的圆柱形孔中。柱销的数目，视联轴器尺寸而定，可以死4~10个。图11.图11.9弹性柱销联轴器图11.8双万向联轴器弹性套柱销联轴器，因其易于制造、弹性元件简单且便于更换，所以在机械制造业中广泛采用，特别是由电动机驱动的传动中。蛇形弹簧联轴器蛇形弹簧联轴器（图11.10（a））是由两个具有特种形状齿的半联轴器和嵌在齿槽内的曲折行弹簧带构成。它所传递的载荷均匀分布在大量簧圈上，所以可以做成外形尺寸小而柔度大的联轴器。这种联轴器可分为变刚度和定刚度两种。图图11.10蛇形弹簧联轴器第一种齿的工作面是弧形（图11.10（b）），当联轴器所传递的转矩增大时，弹簧与齿紧贴，于是两半联轴器的齿与弹簧的接触点就相互接近，因此，联轴器的刚度和承载能力增大。它是各种带金属弹性元件的联轴器中效能最好的一种。第二种齿的工作面是菱形（图11.10（c）），工作时一般刚性不变，在固定式没有振动的机器中，常采用这种具有简单齿形的定刚度联轴器。蛇形弹簧联轴器主要应用范围是重型机械制造业，特别是轧钢机、汽轮机等。11.3离合器离合器操纵离合器clutches机械离合器离合器操纵离合器clutches机械离合器液动离合器controlledclutches气动离合器电磁离合器自动离合器cluthes超越离合器离心离合器安全离合器 11.3.1机械操纵离合器1.牙嵌式离合器牙嵌式离合器（图11.11）由两个在端面上有牙块（突块）的半离合器1，2构成，一方的牙嵌入另一方的牙间。将一方沿轴上导键3作轴向移动，可使两半离合器啮合或分离。通常，为了减少结合机构的磨损，把可动的半离合器安装在从动轴上。这样，拨叉或滑块4在可动的半离合器环槽中滑动，只发生在离合器接合以后。牙嵌式离合器要求两轴能准确对中，为此，可用对中环5来实现。图11.12图11.12牙嵌式离合器的种类图11.11牙嵌式离合器牙嵌式离合器牙形有三角形，梯形，矩形，锯齿形（图11.12）.三角形牙其侧边与离合器轴线夹角为，牙数为。用于转矩小，速度低的场合。其主要优点是容易接合。梯形牙其侧边与离合器轴线夹角，牙数。用于高速下传递大的转矩。矩形牙其特点与梯形牙相近，但一定要做有间隙才能接合，比上两种牙形较难接合，但不需要持续的轴向压力来维持其接合。锯齿形牙用于单方向传动的离合器中。牙嵌式离合器的工作能力准则，是牙的接触强度和弯曲强度。假设所有的牙受载均匀，则条件性压应力为（11.2）式中：---牙的平均直径；n----牙数；a----牙的径向宽度；h----牙的接触高度；[p]---许用应力。弯曲应力为（11.3）式中：[]------许用弯曲应力；W-----牙的弯曲截面模量。2.摩擦式离合器摩擦式离合器是依靠在离合器元件间产生摩擦力而工作的。摩擦离合器按摩擦表面形状可分为：圆盘式离合器，圆锥式离合器，闸块和闸带式离合器。圆盘式离合器工作面形状最简单，广泛用于机械制造业中。这种离合器分为单圆盘离合器和多圆盘离合器，单圆盘离合器有一个摩擦面（图11.13），多圆盘离合器有几个摩擦面（图11.14）.图11.图11.14多圆盘离合器图11.13单圆盘离合器单圆盘离合器广泛用作汽车离合器，因为汽车中希望离合器分离时干脆利落。多圆盘离合器承载能力大而尺寸小，接合平稳，单分离性能不佳。11.3.2安全离合器销钉式安全离合器销钉式安全离合器（图11.15）在有冲击过载危险的情况下，销钉被剪断。这类离合器只用于很少发生过载时，因其外形尺寸小，所以可靠近过载源安装。这种离合器的缺点是必须更换断裂了的元件。图11.图11.16摩擦安全离合器图11.15销钉式安全离合器摩擦安全离合器摩擦安全离合器（图11.16）用于频繁的短时间过载。由于离合器是短时间打滑，如不用于长期过载，可允许受较高压力。这种离合器做成圆盘形的或圆锥形的，在结构上相似于普通摩擦离合器。其区别是没有操纵机构，以及摩擦元件是用弹簧来保持压紧的。主要采用多圆盘离合器。圆锥离合器只用于转矩