第十二章(1)联合器离合器和制合器教案.doc

第十二章 联轴器、离合器、和制动器联轴器和离合器通常用来联接两轴并在其间传递运动和转矩。有时也可以作为一种安全装置用来防止被联接件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。用联轴器联接轴时只有在机器停止运转，经过拆卸后才能使两轴分离。而离合器联接的两轴可在机器工作中方便地实现分离与接合。制动器则是用来降低机械的运转速度或迫使机械停止运转的部件。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，往往存在着某种程度的相对位移与偏斜。因此，设计联轴器时要从结构上采取各种不同的措施，使联轴器具有补偿各种偏移量的性能。联轴器、离合器、和制动器都是常用构件，大多已经标准化了。121 联 轴 器x联轴器一般由两个半联轴器及联接件组成。半联轴器与主动轴、从动轴常采用键、花键等联接。联轴器联接的两轴一般属于两个不同的机器或部件，由于制造、安装的误差，运转时零件的受载变形，以及其它外部环境或机器自身的多种因素，都可使被联接的两轴相对位置发生变化，出现如图12-1所示的相对位移和偏差。由此可见，联轴器除了能传递所需的转矩外，还应具有补偿两轴线的相对位移或偏差，减振与缓冲以及保护机器等性能。y一、 联轴器的分类： 机械式联轴器联轴器 液力联轴器液压、液力、液力偶合器 电磁式联轴器其中以机械式联轴器最为常用:：机械式联轴器：1、凸缘联轴器：图12-2a，凸缘联轴器:上图靠预紧普通螺栓在凸缘边接触表面产生的摩擦力传递力矩;下图用铰制孔螺栓对中,靠螺杆承受挤压与剪切传递力矩用普通螺栓联接；图12-2b，用铰制孔螺栓联接2、刚性联轴器刚性固定式联轴器（无法补偿两轴线相对位移偏差）刚性固定联轴器:结构简单,成本低廉,但对被联结的两轴间的相对位移缺乏补偿能力,故对两轴的中性要求很高,若两轴线发生相对位移,就会在轴、联轴器和轴承上引起附加载荷。故用于无冲击、轴的对中性好的场合。3夹壳式联轴器夹壳式联轴器是由两个半圆筒形的夹壳及联结它们的螺栓所组成，如图12-3所示。靠夹壳与轴之间的摩擦力或键来传递转矩。主要用于低速、工作平稳的场合。三、可移式联轴器1. 十字滑块联轴器如图（图12-4）可补偿轴线高度Y方向和角度的误差，它由两个半联轴器1、3与十字滑块2组成。十字滑块2两侧互相垂直的凸榫分别与两个半联轴器的凹槽组成移动副。联轴器工作时，十字滑块随两轴转动，同时又相对于两轴移动以补偿两轴的径向位移。这种联轴器径向补偿能力较大（d为轴的直径），同时也有少量的角度和轴向补偿能力。由于十字滑块偏心回转会产生离心力，滑块滑动为往复运动，所以不宜用于高速场合。2、弹性套柱销式联轴器如图12-5所示，这种联轴器可补偿两种轴线的X、Y和综合误差的影响。在结构上与凸缘联轴器相似,只是用套有橡胶弹性套的注销代替了联结螺栓。弹性套柱销连轴器制造容易,装拆方便,成本较低,但弹性套易磨损,寿命较短。它适于载荷平稳,正反转或启动频繁、转速高的中小功率的两轴联结。3. 弹性柱销联轴器如图126所示，弹性柱销将两个半联轴器连接起来。为防止柱销脱落,两侧装有挡板。这种联轴器与弹性套柱销连轴器相比,结构简单,制造安装方便,寿命长,使用于轴向窜动较大,正反转或启动频繁,转速较高的场合。由于尼龙柱销对温度较敏感,故工作温度限制在-2070的范围内。4. 轮胎联轴器 如图127所示，轮胎联轴器是由橡胶或橡胶织物制成轮胎形的弹性元件,通过压板与螺栓和两半联轴器相联,两半联轴器与两轴相连。这种联轴器因具有橡胶轮胎弹性元件,能缓冲吸振。故适用于潮湿多尘,冲击大、启动频繁及经常正反转的场合。122 离 合 器一、离合器的分类离合器一般由主动部分、从动部分、接合部分、操纵部分等组成。主动部分与主动轴固定联接，主动部分还常用于安装接合元件（或一部分）。从动部分有的与从动轴固定联接，有的可以相对于从动轴作轴向移动并与操纵部分相联，从动部分上安装有接合元件（或一部分）。操纵部分控制接合元件的接合与分离，以实现两轴间转动和转矩的传递或中断。离合器主要分为嵌入式和摩擦式两类。另外，还有电磁离合器和自动离合器。电磁离合器在自动化机械中作为控制转动的元件而被广泛应用。自动离合器能够在特定的工作条件下（如一定的转矩、一定和转速或一定的回转方向）自动接合与分离。离合器应使机器不论在停车或运转中都能随时接合或分离，而且迅速可靠。离合器按其工作原理可分为牙嵌式、摩擦式和电磁式三类。对于已标准化的离合器，其选择步骤和计算方法与联轴器相同。二、牙嵌离合器牙牙嵌式离合器主要由两个半离合器组成。半离合器1（主动部分）用平键与主动轴联接，半离合器3（从动部分）用导向平键或花键与从动轴联接，并可用拨叉4操纵使其轴向移动以实现离合器的接合与分离。啮合与传递转矩是靠两相互啮合的牙来实现的。牙齿可布置在周向，也可布置在轴向。结合时有较大的冲击，影响齿轮寿命。牙嵌式离合器常用的牙形有：矩形、梯形和锯齿形等（1）矩形齿：特点是齿的强度低，磨损后无法补偿，难于接合，只能用静止状态下手动离合的场合。（2）梯形齿： 特点牙的强度高，承载能力大，能自行补偿磨损产生的间隙，并且接合与分离方便，但啮合齿间的轴向力有使其自行分离的可能。这种牙形的离合器应用广泛。（3）锯齿形：特点牙的强度高，承载能力最大，但仅能单向工作，反向工作时齿面间会产生很大的轴向力使离合器自行分离而不能正常工作。牙嵌式离合器的特点是结构简、尺寸紧凑、工作可靠、承载能力大、传动准确，但在运转时接合有冲击，容易打坏牙，所以一般离合操作只在低速或静止状况下进行。三、摩擦式离合器摩擦式离合器是靠接合元件间产生的摩擦力来传递转矩的。接合元件所受的正压力F调整确定后，接合元件之间的最大摩擦力随之确定，离合器的承载能力转矩Tmax也随之确定。离合器正常工作时所传递的转矩T应小于或等于Tmax。当（过载）时，接合元件间产生打滑，保护传动系统中的零件不致损坏。打滑时，接合元件磨损严重，摩擦消耗的功转变为热量使离合器温度升高，较高的温升和较大的磨损将影响到离合器的正常工作。摩擦式离合器接合元件的结构形式有：圆盘式、圆锥式、块式、钢球式、闸块式等。摩擦式离合器的类型很多，最常见的是多盘式摩擦离合器。图12-10所示为多盘式摩擦离合器。图中主动轴1与外壳2相联接，从动轴3与套筒4相联接。外壳的内缘开有纵向槽，外摩擦盘5以其凸齿插入外壳的纵向槽中，因此外摩擦盘可与轴一起转动，并可在轴向力推动下沿轴向移动。内摩擦盘6以其凹槽与套筒4上的凸齿相配合，故内摩擦盘可与轴3一起转动并可沿轴向移动。内、外摩擦盘相间安装。另外，在套筒4上开有三个纵向槽，其中安置可绕销轴转动的曲臂杠杆8。当滑环7向左移动时，通过曲臂杠杆8、压板9使两组摩擦盘压紧，离合器即处于接合状态。若滑块向右移动时，摩擦盘被松开，离合器即分离。多盘式摩擦离合器传递转矩的大小，随接合面数量的增加而增大，但接合面数量太多时，会影响离合器的灵活性，所以一般接合面数据量不大于2530。多盘式摩擦离合器的优点是：两轴能在任何转速下接合；接合与分离过程平稳；过载时会发生打滑；适用载荷范围大。其缺点是：结构复杂，成本较高，产生滑动时两轴不能同步转动。4磁粉离合器磁粉离合器的工作原理如图17-15a所示，主动轴与轮芯1固定联接，在轮芯外缘的槽内绕有环形激磁线圈2，从动外轮鼓4与轮芯间形成的气隙中填入了导磁率高的铁粉混合物3。当线圈通电时，将形成一个经主动壳体、间隙、环形从动件中而闭合的磁通，铁粉被磁场化形成磁粉链。当主动件旋转时，由于磁粉的剪切阻力带动外鼓轮从而传递转矩。当断电时，铁粉处于自由松散状态，离合器即被分离。磁粉离合器的主要特点有：（1）励磁电流I与转矩T间呈线性关系，所以转矩控制方便、精度高，调节范围宽；（2）可实现恒张力控制，为一些有特殊要求的场合提供恒张力；（3）过载时磁粉层打滑，可以起到过载保护作用；（4）可用作制动器。五、安全离合器如图12-12所示，采用弹簧自动压紧，当离合器接合面上产生的作用力的轴向分量超过压紧力时，离合器产生分离。起到安全保护作用。六、定向离合器定向离合器只能传递单向转矩，反向时能自动分离。锯齿形牙嵌离合器就是一种定向离合器，它只能单方向传递转矩，反向时会自动分离。图12-14所示为摩擦式定向离合器，它主要是由星轮1、外圈2、弹簧顶杆4和滚柱3组成。弹簧的作用是将滚柱压向星轮的楔形槽内，使滚柱与星轮、外圈相接触。设离合器以图示转向转动，当外圈的转速大于内圈时，由于摩擦力的作用使滚柱滑出楔形槽，这时离合器呈分离状态；当外圈转速小于内圈时，或外圈反转时，由于摩擦力和弹簧的共同作用，使滚柱滑入楔形槽内，这时离合器呈闭合状态。因此这种离合器也称为超越离合器。123 制 动 器一、 制动器的类型、特点制动器是利用摩擦力矩来实现制动的。如果把制动器的从动部分固定起来，就构成了一制动器，接合时就起制动作用。制动器应满足的基本要求是：能产生足够大的制动力矩，制动平稳、可靠，操纵灵活、方便，散热好，体积小，有较高的耐磨小，制动器应满足的基本要求是：能产生足够的制动力（矩）、制动平稳可靠、操纵灵活、散热好、体积小、足够的寿命、结构简单、维修方便等。 常用的制动器有：锥形制动器、带状制动器、电磁制动器、盘式制动器等。 二、带式制动器特点是：结构简单、紧凑，制动力矩大；如图1215所示；三、块式制动器块式制动器的结构如图1216所示，其特点是：构造简单、使用可靠、制造和安装方便、双瓦块无轴向力、维护方便、价格便宜，但制动时有冲击和振动。适用于各种起重运输机械、工程机械、建筑机械等；124 联轴器、离合器、制动器的选择和维护联轴器、离合器、制动器类型很多，其中大多数已经标准化，可供设计者选用。一、联轴器的选择对于标准联轴器而言，其选择的主要任务是确定联轴器类型和型号。（1）联轴器类型的选择选择联轴器的前提是：全面了解常用联轴器的性能、应用范围及使用场合。设计人员根据机械设计中对联轴器的要求和工作条件，选用适合的联轴器类型。另外也可以参考同类机械或相似机械上的应用进行选择。通常对于低速、刚性大的轴，可选用固定式联轴器；对于低速、刚性小或长轴，可选用可移式刚性联轴器；对于大功率重载传动，应选用齿轮联轴器；对于高速且有冲击或振动的轴。应选用弹性联轴器；对轴线相交的两轴，应选用万向联轴器；对有严重冲击或要求减振的传动，应选用轮胎式联轴器。（2）联轴器型号的选择当联轴器的类型确定后，应根据轴端直径d，转矩T，转速n和空间尺寸等要求在标准中选择适当的联轴器型号。所选的联轴器应满足：（1）计算名义转矩T： T=9550P/n式中：T为所选联轴器的许用转矩；P为所选联轴器传动的最大功率。n为轴的转速；（2）计算转矩Tc: Tc=KT 式中，Tca计算转矩，T为联轴器所传递的名义转矩，单位为N.mm；K为联轴器工作情况系数，可根据原动机和工作机的类型从表122中选取。（3）选择联轴器的型号 根据轴端直径、转速n、计算转矩Tc、等参数查手册，选择适当的型号。必须满足： TcTc nn式中: Tc为联轴器的许用最大转矩N,mm；n为联轴器的许用最高转速r/min例题121（略）二、离合器的选择离合器应满足的基本要求是：接合可靠、分离彻底、动作迅速、操纵灵活、平稳无冲击；结构简单，制造容易，成本低、工作安全、传动效率高、使用寿命长；重量轻、惯性小、外形尺寸小、散热能力强、调整维修方便等。实际上任何一个离合器不可能同时满足全部的基本要求，一般应根据使用要求和工作条件进行选择，确保主要条件、兼顾其它条件。由于大多数离合器已标准化或规格化，所以设计时只需参考有关手册和设计资料进行类比设计或选择即可。且满足：TcTc nn式中: Tc为联轴器的许用最大转矩N,mm；n为联轴器的许用最高转速r/min。三、制动器的选择制动器的选择与联轴器的选择所考虑的条件和选择内容大致相同，但在制动器型号选择时制动力矩计算较为复杂，由于受篇幅的限制，不便在此一一列出，可参考机械设计手册等设计资料进行制动器的设计选择。且满足：Tc=STmax式中：Tmax为制动轮所传递的最大转矩，N,mm； S为制动安全系数；按表124选取。四、联轴器、离合器、制动器的使用和维护1.连轴器的安装与调整：为了保证连轴器正常运转，达到预定的工作性能和使用寿命，在安装连轴器时，需进行适当的调整，以获得连轴器所连两轴具有较高的同轴度。两轴的相对位移，可用各种量具进行测定。调整后应达到两轴对中精度与连轴器推荐的许用相对位移（具体见有关手册），应采用定位销将部件间的相对位置固定下来。2.维护:（1）对刚性可移式连轴器应注意润滑，考虑载荷大小、速度及工作情况，选择润滑剂； （2）对摩擦式离合器应注意润滑与冷却。（3）对摩擦式制动器使用时应注意使摩擦材料工作表面散热好，保持良好的通风与清洁。本章小结（1）联轴器、离合器和制动器大多数型号已标准化或规格化，所以它们的设计主要是从标准化、规格化的类型中选择。选