机械设计课件 第13章 联轴器和离合器

§13-2联轴器§13-3离合器§13-1概述第十三章联轴器和离合器

§13-1概述联轴器和离合器主要用于轴与轴之间的连接，使两轴一起回转并传递转矩。用联轴器连接的两根轴，只有在机器停止运转后，经过拆卸才能把他们分离。用离合器连接的两根轴，在机器运转过程中可以随时接合或分离。

§13-2联轴器由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，联轴器所连接的两轴存在着某种程度的相对位移。

有无补偿相对位移的能力刚性联轴器（无补偿能力）挠性联轴器（有补偿能力）无弹性元件有弹性元件凸缘式、套筒式、夹壳式滑块联轴器、万向联轴器、齿式联轴器、链条联轴器弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、梅花形弹性联轴器、轮胎式联轴器非金属金属膜片联轴器、螺旋弹簧联轴器、变刚度的蛇形弹簧联轴器、波纹管联轴器§13-2联轴器

一、刚性联轴器1、凸缘联轴器刚性联轴器不能补偿两轴的相对位移，因此，要求被连接的两轴线严格对中。构造简单、成本低、可传递较大转矩，常用于转速低、载荷较平稳、对中性较好的两轴连接。由两个带凸缘的半联轴器组成，半联轴器用键分别和两轴连接在一起，再用螺栓把两个半联轴器连成一体，以传递运动和转矩。§13-2联轴器

2、套筒联轴器3、夹壳联轴器结构简单，制造方便，径向尺寸小。适用于低速、轻载、工作平稳的场合。由套筒、键、紧定螺钉等组成。通过套筒将两轴连接成一体，套筒与轴之间可以通过键连接传递扭矩，紧定螺钉被用作套筒与轴的轴向固定。由两个半筒形夹壳和连接螺栓组成。中小型尺寸的夹壳联轴器主要依靠夹壳与轴之间的摩擦力来传递转矩，而大尺寸的夹壳联轴器主要由键传递转矩。§13-2联轴器

二、挠性联轴器1、无弹性元件的挠性联轴器（1）滑块联轴器无弹性元件的挠性联轴器通过两个半联轴器间的相对运动来补偿两轴的相对位移，但因无弹性元件，故不能缓冲减振。结构简单，尺寸紧凑，适用于小功率、高转速而无剧烈冲击之处。由两个在端面上开有较宽沟槽的半联轴器，和一个方形滑块所组成。当两轴存在不对中和偏斜时，滑块将在沟槽内滑动，故可补偿安装及运转时两轴间的相对位移。§13-2联轴器

（2）万向联轴器万向联轴器是以十字轴为中间件，十字轴的四端用铰链分别与两轴上的叉形接头相连。因此，当一轴的位置固定时，另一轴可以在任意方向偏斜α角，角位移α可达45°。当十字轴式万向联轴器的主动轴以角速度旋转时，从动轴的角速度并不是常数。为了消除从动轴的速度波动，通常将十字轴式万向联轴器成对使用。这种由两个万向联轴器组成的装置称为双万向联轴器。万向联轴器结构紧凑，维护方便，广泛应用于汽车、多头钻床等机器的传动系统中。§13-2联轴器（3）齿式联轴器能传递很大的转矩，并允许有较大的偏移量。结构复杂，成本较高，常用于重型机械中。由两个带有内齿的外套筒和两个带有外齿的内套筒组成，两个内套筒分别用键与轴连接，两个外套筒用螺栓联成一体，内套筒与外套筒依靠齿轮间的啮合传递转矩。§13-2联轴器（4）链条联轴器结构简单，尺寸紧凑，质量小，装拆方便，并具有一定的补偿性能和缓冲性能。链条联轴器是利用一条公用的双排链条同时与两个齿数相同的并列链轮啮合来实现两半联轴器的连接。§13-2联轴器2、有弹性元件的挠性联轴器（1）弹性套柱销联轴器有弹性元件的挠性联轴器由于其联轴器装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。制造容易，装拆方便，成本较低，但弹性套易磨损，寿命较短。它适用于连接载荷平稳、需正反转或起动频繁的传递中小转矩的轴。由两个半联轴器组成，用带橡胶弹性套的柱销把两个半联轴器连成一体，故可缓冲减振。非金属式：质量小，价格便宜，有良好的弹性滞后性能，因而减振能力强。金属式：强度高、尺寸小而寿命较长。●非金属弹性元件挠性联轴器——§13-2联轴器

（2）弹性柱销联轴器（3）梅花形弹性联轴器与弹性套柱销联轴器很相似，它是将尼龙柱销置于两个半联轴器凸缘的孔中，以实现两轴的连接。梅花形弹性联轴器是在两半联轴器间放置梅花型非金属弹性元件，其半联轴器与轴的配合孔可做成圆柱形或圆锥形。结构简单，更换柱销方便。传递转矩的能力很大，有一定的缓冲和吸振能力。§13-2联轴器

轮胎式联轴器用橡胶或橡胶织物制成轮胎状的弹性元件、两端用压板及螺钉分别压在两个半联轴器上。（4）轮胎式联轴器适用于起动频繁、正反向运转、有冲击振动、两轴间有较大的相对位移量以及潮湿多尘之处。§13-2联轴器

●非金属弹性元件挠性联轴器——（1）膜片联轴器（2）螺旋弹簧联轴器（3）蛇形弹簧联轴器（4）波纹管联轴器膜片联轴器的弹性元件为一定数量的很薄的多边环形金属膜片叠合而成的膜片组，膜片上有沿圆周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连接。§13-2联轴器

三、安全联轴器当工作转矩超过机器允许的极限转矩时，连接件将发生折断，从而使联轴器自动停止传动、以保护机器中的重要零件不致损坏。安全联轴器中最常用的是棒销剪切式安全联轴器，其有单剪式和双剪式两种。这种联轴器的结构类似凸缘联轴器，但不用螺栓，而用钢制销钉连接。销钉装入经过淬火的两段钢制套管中，过载时即被剪断。a）单剪式结构简图b）双剪式结构简图安全联轴器断开联接后不能自动恢复工作能力，用于很少过载处。§13-2联轴器四、联轴器的选择1、选择联轴器的类型根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被连接两部件的安装精度等，参考各类联轴器的特性，选择一种适用的联轴器类型。具体选择时可考虑以下几点：联轴器的类型很多，而且大部分已经标准化，一般可依据机器的工作条件选定合适的类型，然后按照计算转矩、轴的转速和轴端直径从标准中选择所需的型号和尺寸。必要时还应对其中某些零件进行验算，下面介绍选用联轴器的基本步骤：（1）所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求；（2）联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小；（3）两轴相对位移的大小和方向；（4）联轴器的可靠性和工作环境；（5）联轴器的制造、安装、维护和成本。§13-2联轴器

2、确定联轴器的型号（1）计算转矩Tca可按下式确定：（2）校核最大转速（3）协调轴孔直径（4）进行必要的校核KA为工作情况系数

具体数据→被连接轴的转速n不应超过所选联轴器允许的最高转速nMAX。根据使用条件，如有必要时，应对联轴器的主要传动零件进行强度校核。使用有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。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大和最小值，或者给出适用直径的尺寸系列，被连接两轴的直径应当在此范围之内。§13-2联轴器§13-3离合器对离合器的基本要求是：（1）结合平稳、分离彻底，动作准确可靠；（2）结构简单、质量轻、外形尺寸小，从动部分转动惯量小；（3）散热好，接合元件耐磨损，使用寿命长；（4）操纵省力，调整、维修方便。离合器的作用是在机器运转时将连接的两轴随时分离或接合。离合器一般由主动部分、从动部分、接合部分和操纵部分组成。离合器的分类：按其离合方式，可分为操纵式离合器和自动离合器两种；按离合器的操纵方式可分为机械式、气压式、液压式及电磁式；根据接合部分传递动力的方式分嵌合式和摩擦式两类，其中常用的有牙嵌离合器与摩擦式离合器两大类。

1、牙嵌离合器牙嵌离合器由两个端面上有牙的半离合器组成。其中半离合器固定在主动轴上；另一个半离合器用导向平健与从动轴连接，利用操纵杆移动滑环使其作轴向移动，以实现离合器的分离与接合。一、操纵式离合器牙嵌离合器是借牙的相互嵌合来传递运动和转矩的，另外在主动轴端的半离合器上固定一个对中环，从动轴可在对中环内自由转动，以保持两半离合器能够对中。§13-3离合器

·三角形牙：接合容易，嵌入快，强度较弱，适用于传递小转矩的低速离合器；牙嵌离合器常用的牙形有三角形、矩形、梯形和锯齿形等。·梯形牙：强度高，能传递较大的转矩，能自动补偿牙的磨损与间隙，从而减少冲击，故应用较广；·锯齿形牙：强度高，只能传递单向转矩；·矩形牙：强度高，传递转矩大，可正反转传动，无轴向分力，但不便于接合与分离，磨损后无法补偿，故使用较少。

牙嵌离合器结构简单，外廓尺寸小，广泛用于转矩不大，低速接合处，但牙嵌离合器只宜在两轴不回转或转速差很小时进行接合。§13-3离合器

2、摩擦离合器摩擦离合器是由主、从动盘的接触面间产生的摩擦力矩来传递转矩的。摩擦离合器的类型很多，常用的有单盘式和多盘式两种。在单盘式摩擦离合器中，摩擦盘3固定在主动轴1上，操纵滑环5可使圆盘4沿从动轴2移动，从而实现两盘的接合或分离。工作时轴向压力F使两盘的接合面产生足够的摩擦力以传递转矩。设摩擦力的合力作用在平均半径R的圆周上，则可传递的最大转矩Tmax为f为摩擦系数，摩擦盘常用材料及摩擦系数选择→§13-3离合器

多盘式摩擦离合器与牙嵌离合器相比，摩擦离合器接合较平稳，冲击和振动较小，可以在不停车或主、从动轴转速差较大的情况下进行接合与分离。但摩擦离合器在正常接合过程中，从动轴转速从零逐渐加速到主动轴的转速，因而两摩擦面间不可避免地会发生相对滑动，从而引起摩擦片的磨损和发热。单盘式摩擦离合器多用于转矩在2000N·m以下的轻型机械中。当必须传递大扭矩时，可采用多盘式摩擦离合器。摩擦盘结构图§13-3离合器

摩擦离合器也可用电磁力来操纵。用电磁力操纵的摩擦离合器可实现远距离操纵，动作迅速，没有不平衡的轴向力，因而在数控机床等机械中获得了广泛的应用。§13-3离合器

二、自动离合器1、安全离合器主动齿轮传来的转矩通过滚珠、从动盘、外套筒而传给从动轴。作用：当工作转矩超过机器允许的极限转矩时，连接件将发生脱开或打滑，从而使离合器自动停止传动、以保护机器中的重要零件不致损坏。由于滚珠表面会受到较严重的冲击与磨损，故一般只用于传递较小转矩的装置中。滚珠安全离合器§13-3离合器

2、单向离合器当爪轮为主动轮并作顺时针回转时，滚柱将被摩擦力转动而滚向空隙的收缩部分，并楔紧在爪轮和套筒间，使套筒随爪轮一同回转，离合器即进入接合状态。当爪轮反向回转时，滚柱即被滚到空隙的宽敞部分，这时离合器即处于分离状态。因而定向离合器只能传递单方向的转矩，可在机械中用来防止逆转及完成单向传动。§13-3离合器

3、离心离合器

离心离合器按其在静止状态时的离合情况可分为开式和闭式两种。开式离心离合器静止时主、从动部分处于分离状态，只有当达到一定工作转速时，主、从动部分才进入接合；闭式离心离合器静止时主、从动部分处于结合状态，在到达一定工作转速时、主、从动部分才分离。1—鼓轮；2—闸块；3—拉伸螺旋弹簧；4—支点§13-3离合器a）开式离心离合器工作原理图b）闭式离心离合器工作原理图

联轴器返回工作情况系数KA工作机KA原动机分类工作情况及举例电动机汽轮机四缸和四缸以上内燃机双缸内燃机单缸内燃机Ⅰ转矩变化很小，如发电机、小型通风机、小型离心泵1.31.51.82.2Ⅱ转矩变化小，如透平压缩机、木工机床、运输机1.51.72.02.4Ⅲ转矩变化中等，如搅拌机、增压泵、有飞轮的压缩机、冲床1.71.92.22.6Ⅳ转矩变化和冲击载荷中等，如织布机、水泥觉拌机、拖拉机1.92.12.4