机械设计基础-第15章联轴器、离合器和制动器

TheoryofMachinesandMechanisms机械设计基础第15章

联轴器、离合器和制动器第15章联轴器、离合器和制动器本章主要教学内容联轴器离合器制动器本章教学目的了解联轴器和离合器的功用、类型、结构及特点熟悉联轴器和离合器的选择和计算方法了解制动器的类型及工作原理（进阶要求）15-1概述联轴器和离合器是机械装置中常用的部件，它们主要用于联接轴与轴，以传递运动与转矩，也可用作安全装置。大致有以下类型：

联轴器用于将两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有在机器停车时才可将两轴分离；

离合器在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的一种装置。它可用来操纵机器传动的断续，以便进行变速或换向；

安全联轴器与离合器机器工作时，若转矩超过规定值，即可自行断开或打滑，以保证机器中的主要零件不因过载而损坏；

特殊功用的联轴器与离合器用于某些特殊要求处，如：在一定的回转方向或达到一定转速时，联轴器或离合器即可自动接合或分离等；联轴器和离合器种类繁多，在选用标准件或自行设计时应考虑：传递转矩大小、转速高低、扭转刚度变化、体积大小、缓冲吸振能力等因素。根据对各种相对位移有无补偿能力，联轴器分为:

刚性联轴器固定式不能补偿两轴的相对位移可移式能补偿两轴的相对位移弹性联轴器能补偿两轴的相对位移，具有吸振和缓冲冲击的能力。离合器分为：牙嵌式摩擦式电磁离合器自动离合器在特定工作条件下（一定转矩、转速或一定的回转方向）自动结合或分离选择类型转矩的大小和性质及对缓冲性能的要求；工作转速的高低；两轴相对位移的大小和方向；可靠性和工作环境；制造、安装、维护和成本。计算联轴器的计算转矩Tca=KAT确定联轴器的型号,应使Tca≤[T]校核最大转速n

nmax协调轴孔直径：每一型号的联轴器适用的轴的直径都有一个范围。标准中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可以不同，轴端的形状也可以不同。15-2联轴器结构：半联轴器通过键与轴相联，用螺栓将两个半联轴器的凸缘联接在一起。普通凸缘联轴器铰制孔螺栓型式：有对中榫的凸缘联轴器普通凸缘联轴器---靠铰制孔螺栓对中。---靠榫头对中。普通螺栓对中榫（一）、凸缘式一、固定式刚性联轴器特点:结构简单，使用方便，应用较广；可传递较大的转矩；不能缓冲减振；对中性要求较高。特点靠摩擦力传递转矩装拆方便，不用移动轴（二）、夹壳式特点结构简单，成本低；径向尺寸小。（三）、套筒式联轴器所联接的两轴，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，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。二、可移动式刚性联轴器1、齿式联轴器结构：两个有内齿的外壳，两个有外齿的套筒，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，两外壳用螺栓联接。两端密封，空腔内储存润滑油。功用：能补偿轴不对中和偏斜。工作范围：正常齿：

≤30

腰鼓齿：

≤3˚

特点能传递较大转矩；能补偿适量的综合位移；质量较大，成本较高；常用于重型机械中。结构：两个端面开有径向凹槽的半联轴器，两端各具有凸榫的中间滑块，且两端榫头互相垂直，嵌入凹槽中，构成移动副。工作原理：当两轴存在不对中和偏斜时，滑块将在凹槽内滑动。优缺点：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。适用范围：

≤30

,y≤0.04d，v≤300r/min

y

2、十字滑块联轴器作用：用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且在传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。应用：广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。

单万向联轴器3、万向联轴器2

1

21双万向联轴器的特点可以在较大的偏斜角下工作，

<45°；当主动轴

1=C时，从动轴

3C,3在

1cos~1/cos的范围内周期性变化；为避免从动轴

3C,常将万向联轴器成对使用，且应保证：中间轴两端叉形接头位于同一平面内中间轴分别与主、从动轮夹角相等三、弹性联轴器1、弹性套柱销联轴器结构特点：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

A预留间隙以补偿轴向位移。c圆柱孔圆锥孔特点能缓冲减振；结构简单，价格便宜；装拆容易；弹性套易损坏，寿命较短；适用于经常正反转，启动频繁和高速传动中。2、弹性柱销联轴器挡板cc销与挡板之间留有间隙尼龙销cc销与挡板之间留有间隙挡板特点传递转矩的能力很大；结构更为简单，安装、制造方便，耐久性好；具有一定的缓冲吸振能力允许两轴有一定的轴向、径向和角位移；适用于轴向窜动较大，正反转变化较多，启动频繁的场合。3、梅花形弹性联轴器4、轮胎式弹性联轴器结构：中间为橡胶制成的轮胎环，用止退垫板与半联轴器联接。轮胎环D止退垫板特点：具有良好的消振能力；可补偿较大的轴向位移；绝缘性能好，运转时无噪声；径向尺寸大。离合器1离合器的分类

按其工作原理可分为牙嵌式、摩擦式两类；

按离合控制方法不同，可分为操纵式和自动式两类；

按操纵方式分有机械离合器、电磁离合器、液压离合器和气压离合器等；

可自动离合的离合器有超越离合器、离心离合器和安全离合器等，它们能在特定条件下，自动地接合或分离。对离合器的基本要求

分离、接合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠；

结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全，效率高；

接合元件耐磨性好，使用寿命长，散热条件好；

操纵方便省力，制造容易，调整维修方便。15-3离合器牙嵌式结构较简单，外廓尺寸小；接合动作应在两轴相对转速差很小或等于零时进行。摩擦式在任何不同转速下两轴可进行接合；过载打滑，防止其它零件损坏；接合平稳，冲击和振动较小。两类离合器的特点固定套筒活动套筒滑环对中环常用牙形一、牙嵌离合器特点无轴向分力；不便于接合与分离；磨损后无法补偿，故应用较少。1、矩形牙特点强度高，能传递较大转矩；能自动补偿牙的磨损与间隙，从而减少冲击，故应用较广。2、梯形牙用于传递小转矩的低速离合器3、三角形牙特点强度高；只能传递单向转矩，用于特定工作条件处。4、锯齿形牙二、圆盘摩擦离合器1231、单片式圆盘摩擦离合器结构：由固定圆盘1、活动圆盘2、滑环组成。工作原理：移动滑环，可实现两圆盘的结合与分离，靠摩擦力带动从动轴转动。缺点：结合过程中不可避免出现打滑，引起磨损和发热。2.过载时打滑，起保护作用；3.结合平稳、冲击和振动小。优点：

1.在任何转速条件下两轴都可以进行结合；FaR213Fa2、多片式圆盘摩擦离合器调整螺母主动摩擦片杠杆从动摩擦片滑环结构特点：多个摩擦片叠加在一起；工作原理：移动滑环，通过杠杆作用，压紧或放松磨擦片，来实现两轴的结合与分离。结构特点：多个摩擦片叠加在一起；工作原理：移动滑环，通过杠杆作用，压紧或放松磨擦片，来实现两轴的结合与分离。三、定向离合器滚柱式定向离合器当外环反向转动时，则带动滚柱克服弹簧力而滚到楔形空间的宽敞位置，离合器处于分离状态。结构：由星轮、外环、滚柱、弹簧推杆等零件组成。工作原理：当外环逆时钟转动时，以摩擦力带动滚柱向前滚动，进一步楔紧内外接触面，从而驱动星轮一起旋转。滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态。设计：潘存云设计：潘存云15-4制动器结构：由瓦块、制动轮等零件组成。工作原理：通电松开，断电后靠弹簧拉力实现制动。借助于瓦块与制动轮之间的摩擦力来实现制动。断电制动是为了保证设备安全。作用：降低机械运转速度或停止运转的装置。应用：车辆、起重机械等。一、闸瓦式制动器设计：潘存云设计：潘存云abaFDhH制动力矩的计算：FF弹簧力FNFN制动反力FN=0.95FH/h0.95---摩擦损耗的系数

制动力矩：T=FN

fD瓦块材料：铸铁、或铸铁表面复以皮革或石棉带。特点：结构简单、紧凑。二、闸带式制动器FωF瓦块制动器已经规范化，可根据所需的制动力矩选型。工作原理：在外力的作用下，闸带收紧抱住制动轮实现制动。设计：潘存云计算：FabaFt=F1–F2

F1=F2efαF2=efα-1Ft

=D2T