《机器》-第十章教学材料

第一节联轴器联轴器所连接的两根轴常常是属于两个不同的机械或部件，由于制造和安装误差以及负载后变形和热变形等影响，往往很难使它们的轴线严格对中，两轴将会产生某种形式的相对位移误差，如图10—1所示，图(a)所示为轴向偏移误差，图(b)所示为径向偏移误差，图(c)所示为角偏移误差，图(d)所示为综合偏移误差。如果联轴器对各种偏移没有补偿能力，工作中将会产生附加动载荷，使工作情况恶化，甚至出现强烈的振动，破坏机器正常工作。因此，这就要求联轴器在结构上具有补偿能力。一、联轴器的分类根据联轴器补偿两轴偏移能力的不同，可以将联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器两大类。刚性联轴器又可分为固定式和可移式两类。下一页返回第一节联轴器1.固定式刚性联轴器这种联轴器不具有缓冲性和补偿两轴相对偏移性，故常用于两轴能严格对中并在工作中不发生相对位移的场合。但由于刚性联轴器结构简单，制造成本低，装拆、维护方便，传递转矩较大，故应用广泛。常用的固定刚性联轴器有套筒联轴器、凸缘联轴器等。(1)套筒联轴器。套筒联轴器是利用套筒及连接零件(键或销)将两轴连接起来。如图10—2(a)

中的紧定螺钉用作轴向固定，图10—2

(b)

中的圆锥销当轴超载时会被剪断，可起到安全保护作用。套筒联轴器结构简单，制造容易，径向尺寸小，但两轴线要求严格对中，装拆时必须做轴向移动，适用于工作平稳、无冲击载荷的低速、轻载、小尺寸轴，多用于金属切削机床中。上一页下一页返回第一节联轴器(2)凸缘联轴器。凸缘联轴器是刚性联轴器中应用最广泛的一种，结构如图10—3所示。凸缘联轴器由两个带凸缘的半联轴器用螺栓连接而成。半联轴器与两轴之间用键连接。常用的结构形式有两种，其对中方法不同，图10—3(a)所示为两半联轴器用铰制孔螺栓连接，靠螺栓杆与螺栓孔配合对中，拆装方便，传递转矩大，装拆时轴不须作轴向移动。图10—3(b)所示为两半联轴器靠凸肩与凹槽相配合实现对中，用普通螺栓连接，依靠结合面的摩擦力传递转矩，对中精度高，但装拆时，轴必须作轴向移动。2.可移式刚性联轴器

可移式刚性联轴器不仅能传递运动和转矩，还能在一定程度上补偿轴的偏移。常用的可移式刚性联轴器有十字滑块联轴器、齿式联轴器和十字轴万向联轴器等。上一页下一页返回第一节联轴器(1)十字滑块联轴器。十字滑块联轴器是由两端面上带有凸榫的中间滑块2与两个端面开有凹槽的半联轴器1、3组成的，如图10—4所示。中间滑块2两侧相互垂直的凸榫分别嵌装在两个半联轴器1、3的凹槽中。中间滑块的凸榫可在半联轴器的凹槽中径向滑动，补偿径向位移并能补偿角位移。十字滑块联轴器结构简单、制造方便。但不耐冲击，易于磨损。适用于低速、轴的刚度较大但无剧烈冲击的场合。(2)齿式联轴器。齿式联轴器是无弹性元件联轴器中应用较广泛的一种。它是由两个带外齿环的套筒Ｉ和两个带内齿环的套筒Ⅱ所组成，如图10—5所示。上一页下一页返回第一节联轴器套筒Ⅰ分别装在被连接的两轴端，由螺栓联成一体的套筒Ⅱ通过齿环与套筒Ｉ啮合。为能补偿两轴的相对位移，将外齿环的轮齿做成鼓形齿，齿顶做成中心线在轴线上的球面，如图10—5(b)所示，齿顶和齿侧留有较大的间隙。齿式联轴器允许两轴有较大的综合位移。当两轴有位移时，联轴器齿面间因相对滑动产生磨损。为减少磨损，联轴器内注有润滑剂。齿式联轴器同时啮合的齿数多，承载能力大，外廓尺寸较紧凑，可靠性高，适用速度范围广，但结构复杂，制造困难，通常在高速重载的重型机械中使用。上一页下一页返回第一节联轴器(3)十字轴万向联轴器。如图10—6所示，十字轴万向联轴器由两个叉形接头1、3和一个十字轴2组成。它利用中间连接件十字轴联结的两叉形半联轴器均能绕十字轴的轴线转动性能，从而使联轴器的两轴线能成任意角度

α，一般

α最大可达35°～45°，但

α角越大，传动效率越低。当十字轴万向联轴器单个使用、主动轴以等角速度转动时，从动轴作变角速度回转，造成在传动中产生附加动载荷。为了避免这种现象，可采用两个万向联轴器成对使用，如图10—7所示，使两次角速度变化的影响相互抵消，从而达到主、从动轴同步转动。十字轴万向联轴器的材料常用合金钢制造，以获得较高的耐磨性和较小的尺寸。十字轴万向联轴器能补偿较大的角位移，结构紧凑，使用、维护方便，广泛用于汽车、工程机械等传动系统中。上一页下一页返回第一节联轴器3.弹性联轴器这种联轴器是利用联轴器中弹性元件的变形来补偿位移的，还具有缓冲和减振的作用。常见的有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器等。(1)弹性套柱销联轴器。弹性套柱销联轴器的结构与凸缘式联轴器很近似，只是用装有弹性套的柱销代替了连接螺栓(如图10—8所示)。利用弹性套的弹性变形来补偿两轴的径向位移和角位移，并具有缓冲和吸振作用。这种联轴器结构简单、容易制造、装拆方便、成本较低。其主要用于冲击载荷小、启动频繁的中、小功率传动中。(2)弹性柱销联轴器。这种联轴器与弹性套柱销联轴器很相似，但用弹性柱销(通常用尼龙制成)将两半联轴器连接起来，如图10—9所示。为了防止柱销滑出，两侧用挡环封闭。为了增加补偿量，常将柱销的一端制成鼓形。上一页下一页返回第一节联轴器这种联轴器结构简单，两半联轴器可以互换，加工容易，维修方便，尼龙柱销的弹性不如橡胶，但强度高、耐磨性好。当两轴相对位移不大时，这种联轴器的性能比弹性套柱销联轴器还要好些，特别是寿命长，结构尺寸紧凑，适用于轴向窜动较大、冲击不大，经常正反转的中、低速以及较大转矩的传动中。二、联轴器的选用常用联轴器的种类很多，大多己标准化和系列化，一般不需要重新设计，直接从标准中选用即可。选择联轴器的步骤是：先根据工作条件确定合适的类型，再按转矩、轴径及转速选择联轴器的型号，最后进行必要的强度校核。上一页下一页返回第一节联轴器1.联轴器类型的选择联轴器的类型应根据机器的工作特点和要求，结合各类联轴器的性能，并参照同类机器的使用经验来选择。如两轴的对中要求高、轴的刚度又大时，可选用套筒联轴器或凸缘联轴器；载荷不平稳、两轴对中困难、轴的刚度较差时，可选弹性柱销联轴器；如所传递的转矩较大时，宜选用凸缘联轴器或齿式联轴器；如两轴相交时，则应选用万向联轴器等。2.联轴器型号的选择联轴器的主要性能参数为；额定转矩Tn、许用转速[n]、位移补偿量和被连接轴的直径范围等。联轴器型号通常是根据所传递的转矩、轴的直径和转速，从联轴器标准中选用的。选择的型号应满足以下条件：上一页下一页返回第一节联轴器(1)计算转矩Tc应小于或等于所选型号的额定转矩Tn，即Tc≤Tn(2)转速n应小于或等于所选型号的许用转速[n]，即n≤[n](3)轴的直径应在所选型号的孔径范围之内。考虑机器启动时的惯性力和工作时可能出现的过载，联轴器的计算转矩可由下式计算：Tc=KT=9550·K·P/n式中，K—工作情况系数，见表10—1；P—传递功率(kW)；n—工作转速(r/min)；T—联轴器的转矩(N·mm)。上一页返回第二节

离合器使用离合器目的是为了按需要随时分离和接合机器的主、从动轴。对离合器的基本要求是：接合平稳，分离迅速彻底，工作可靠，操作灵活、省力，调节和维护方便，外廓尺寸小，重量轻，耐磨性和散热性好。常用离合器的类型有以下几种：1.牙嵌式离合器牙嵌式离合器是由两个端面带牙的半离合器所组成，如图10—10所示。其中一半离合器1用键固定于主动轴上，另一半离合器2则用导向平键3(或花键)与从动轴连接，通过操纵机构可使离合器沿导向平键作轴向移动，以实现两半离合器的结合和分离。对中环用来保证两轴线同心。牙嵌式离合器常用的牙型有三角形、矩形、梯形、锯齿型等，其径向剖面如图10—11所示。下一页返回第二节

离合器三角形牙用于传递中、小转矩的低速离合器，其容易接合、分离，但牙齿强度较低；梯形牙接合和分离方便，能自动补偿牙因磨损而产生的侧隙，从而使其在反转时的冲击减小，另外它的牙根强度高，能传递的转矩较大，故应用最普遍；矩形牙不便于接合、分离，仅适用于静止时手动接合；锯齿形牙强度高，接合方便，但只能传递单向转矩。牙嵌式离合器结构简单，外廓尺寸小，能保证两轴同步运转，但只能在停车或低速转动时才能进行接合。故常用于低速和不需在运转中进行接合的机械上，如在机床和农业机械中应用较多。上一页下一页返回第二节离合器2.摩擦离合器利用主、从动半离合器摩擦片接触面间的摩擦力来传递转矩的离合器，通称为摩擦离合器，它是能在高速下离合的机械式离合器。最简单的摩擦离合器如图10—12所示，主动盘固定在主动轴上，从动盘利用导向键与从动轴连接，它可以沿轴向滑动。为了增加摩擦系数，在一个盘的表面上装有摩擦片。工作时利用操纵机构，在可移动的从动盘上施加轴向压力AA(可由弹簧、液压缸或电磁吸力等产生)，使两盘压紧，产生摩擦力来传送转矩。摩擦离合器与牙嵌离合器比较，其优点是：两轴能在不同速度下接合；接合和分离过程比较平稳、冲击振动小；从动轴的加速时间和所传递的最大转矩可以调节；过载时将发生打滑，避免使其他零件受到损坏。上一页下一页返回第二节离合器故摩擦离合器的应用较广。缺点是结构复杂、成本高；当产生滑动时不能保证被连接两轴间的精确同步转动；摩擦会产生发热，当温度过高时会引起摩擦系数的改变，严重的可能导致摩擦盘胶合和塑性变形。所以，一般对钢制摩擦盘应限制其表面最高温度不超过300℃～400℃，整个离合器的平均温度不超过100℃～120℃。3.定向离合器定向离合器也称为超越离合器，它只能按一个转向传递转矩，反向时就自动分离。定向离合器的种类很多，图10—13所示为滚柱式定向离合器，它是由星轮、外环、滚柱和弹簧顶杆组成。弹簧顶杆的作用是将滚子压向星轮的楔形槽内，使其与星轮、外圈相接触。当星轮为主动件并作顺时针方向转动时，滚柱受摩擦力的作用被楔紧在槽内，从而带动外环一起转动。上一页下一页返回第二节离合器当星轮逆时针方向转动时，滚柱被推到槽中较宽的部位，它不再楔紧在槽内，因而外环就不转动，离合器处于分离状态。若外环为主动件时，则情况刚好相反，即外环逆时针方向转动时，离合器处于接合状态，而顺时针方向转动时，则处于分离状态。定向离合器工作时没有噪声，故适用于高速传动，但制造精度要求较高。定向离合器常用于汽车、拖拉机和机床等的传动装置中，自行车后轴上也安装有超越离合器。

上一页返回本章小结1.联轴器的分类。根据联轴器补偿两轴偏移能力的不同，可以将联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器两大类。刚性联轴器又可分为固定式和可移式两类。2.联轴器的选用。包括联轴器类型的选择和联轴器型号的选择。联轴器型号通常是根据所传递的转矩、轴的直径和转速，从联轴器标准中选用的。3.常用离合器的类型有：牙嵌式离合器、摩擦离合器、定向离合器。返回图10－1联轴器连接两轴的偏移形式返回图10－2