联轴器、离合器与制动器经典课件

1、联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 第17章 联轴器、离合器和制动器 17-1 联轴器、离合器的类型和应用 17-2 固定式刚性联轴器 17-3 可移式刚性联轴器 17-4 弹性联轴器 17-5 牙嵌离合器 17-6 圆盘摩擦离合器 17-7 磁粉离合器 17-8 定向离合器 17-9 制 动 器 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 学习要求 n 了解常用联轴器、离合器的主要类型 和用途； n 掌握常用联轴器的结构、原理、特点、 应用及选择。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 17-1联轴器、离合器的类型和应用 联

2、轴器和离合器主要用于轴与轴之间的联接，联轴器和离合器主要用于轴与轴之间的联接， 使它们一起回转并传递转矩使它们一起回转并传递转矩。用联轴器联接的两根。用联轴器联接的两根 轴，只有在机器停车后，经过拆卸才能把它们分离。用轴，只有在机器停车后，经过拆卸才能把它们分离。用 离合器联接的两根轴，在机器工作中就能方便地使它们离合器联接的两根轴，在机器工作中就能方便地使它们 分离或接合。分离或接合。 联轴器分刚性和弹性两大类。刚性联轴器由刚性传力件联轴器分刚性和弹性两大类。刚性联轴器由刚性传力件 组成，又可分为固定式和可移式两类。固定式刚性联轴组成，又可分为固定式和可移式两类。固定式刚性联轴 器不能补偿两

3、轴的相对位移；可移式刚性联轴器能补偿器不能补偿两轴的相对位移；可移式刚性联轴器能补偿 两轴的相对位移。弹性联轴器包含有弹性元件，能补偿两轴的相对位移。弹性联轴器包含有弹性元件，能补偿 两轴的相对位移，并具有吸收振动和缓和冲击的能力。两轴的相对位移，并具有吸收振动和缓和冲击的能力。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 联轴器的种类和特性1 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。 联轴器所

4、联两轴的相对位移 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 一、定义一、定义 联轴器：实现两轴的联接，并传递运动及转矩T。 特点：两轴分离时，必须停机。 离合器：机器运转中，可根据需要将两轴分离或结合。 二、功用： 1、用于联接轴与轴，以传递运动与转矩； 从结构上具有适应一定范围的相对位移的性能 2、补偿所联两轴的相对位移； 制造及安装误差、变形、温度变化不能保证严格的对中 3、可用作安全装置； 4、吸振、缓冲。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 三、联轴器与离合器的分类 无弹性元 件联轴器 刚性联轴器 联 轴 器 套筒联轴器 凸缘联轴器 夹壳联

5、轴器 齿式联轴器 十字滑块联轴器 挠性联轴器 有弹性元 件联轴器 滑块联轴器 万向联轴器 滚子链联轴器 弹性套柱销联轴器 弹性套柱销联轴器 梅花形弹性联轴器 轮胎联轴器 膜片联轴器 星形弹性联轴器 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 作用：在机器运转过程中，使两轴随时接合 或分离； 用来操纵机器传动的断续，以便进 行变速或换向； 离 合 器 按其工作原理分 机械离合器 电磁离合器 液压离合器 气压离合器 超越离合器 离心离合器 安全离合器 嵌入式 摩擦式 按离合控制方法分 操纵式 自动式 按操纵方式分 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 对离

6、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。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 按结构特性分： 1、：适用于两轴能，并在工作中 的地方，如凸缘联轴器。 2、：适用于或工作中有 的地方 挠性联轴器又可分为： 1）：只起偏移及位移作用，因无 弹性元件 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 完整分类见表手册，部分已标准化 2）：弹性元件通过变形 （） 联轴器、离合器与制动器经典课件

7、联轴器、离合器与制动器经典课件 曲线a 刚性联轴器，无弹性元件挠性联轴器 曲线b 有缓冲作用的弹性联轴器 曲线c 具有缓冲及减振作用的弹性联轴器 用于 的场合。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 用于场合。 用于载荷和速度不大，同轴度 不易保证的场合。 轴头d大小：dmindmax范围 工作转速：nn 转矩T：TcTn（许用名义转矩） 选型号（查手册） 用于载荷和速度变化较大处。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 离合器主要分牙嵌式和摩擦式两类。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。

8、自动离合器能够在特定的 工作条件下自动接合或分离。 联轴器和离合器大都已标准化了。一般可先依据机器的 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豁的型号和尺寸。必要时 还应对其中某些零件进行验算。 计算转矩Tc已将机器启动时的惯性力和工作中的过载等 因素考虑在内。联轴器和离合器的计算转矩可按下式确 定 Tc=KAT (17-1) 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 式中：T为名义转矩；KA为工作情况系数， KA值 列于表17-1中。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 选择1 联轴器的选择 大多数联轴器已经标

9、准化或规格化，一般机械设计者的任务是选用联 轴器，选用的基本步骤为： 选择联轴器的类型 计算联轴器的计算转矩 进行必要的承载能力校核 规定部件相应的安装精度 协调轴孔直径 校核最大转矩 确定联轴器的型号 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 17-2 固定式刚性联轴器 固定式刚性联轴器中应用最广的是凸缘联轴器。如图17- 1所示，它是用螺栓联接两个半联轴器的凸缘，以实规两 轴联接的。螺栓可以用普通螺栓，也可以用铰制孔用螺 栓。 u这种联轴器有普通 的凸缘联轴器( a ) 和有对中榫的凸缘 联轴器(b)两种主 要的结构型式。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与

10、制动器经典课件 固定式刚性联轴器固定式刚性联轴器 特点：结构简单，价格低 ，对两轴对中性要求高； 。 缺点： 一、一、 对中方式不同， 有两种型式： 特点：能传递较大载荷； 应用：用于两轴同轴度好、 载荷平稳场合； 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 结构：用一个套筒通过键将两轴联接在一起。用紧定螺钉来实现结构：用一个套筒通过键将两轴联接在一起。用紧定螺钉来实现 轴向固定。轴向固定。 套筒联轴器套筒联轴器 型式：型式： 半圆键半圆键 普通平键普通平键 特点：结构简单、使用方便、特点：结构简单、使用方便、 传递扭矩较大，但不传递扭矩较大，但不 能缓冲减振能缓冲减振 。

11、应用：用于载荷较平稳的应用：用于载荷较平稳的 两轴联接两轴联接 。 二、套筒联轴器二、套筒联轴器 径向尺寸小，机床中应用很广。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 三、三、 结构：将套筒做成剖分夹壳结构，通过拧紧螺栓产生结构：将套筒做成剖分夹壳结构，通过拧紧螺栓产生 的预紧力使两夹壳与轴联接，并依靠键以及夹壳与轴的预紧力使两夹壳与轴联接，并依靠键以及夹壳与轴 表面之间的摩擦力来传递扭矩。有一个剖分式对中环。表面之间的摩擦力来传递扭矩。有一个剖分式对中环。 特点：无需沿轴向移动即可方便装拆，但不能联接特点：无需沿轴向移动即可方便装拆，但不能联接 直径不同的两轴，外形复杂

12、且不易平衡，高速旋转时直径不同的两轴，外形复杂且不易平衡，高速旋转时 会产生离心力会产生离心力 。 应用：用于低速传动轴，常用于垂直传动轴的联接。应用：用于低速传动轴，常用于垂直传动轴的联接。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 17-3 可移式刚性联轴器 由于制造、安装误差或工作时 零件的变形等原因，被联接的 两轴不一定都能精确对中，因 此就会出现两轴间的轴向位移 x(图17-2a)，径向位移y(图 b) ，角位移(图c) ，以及 由这些位移组合的综合位移。 如果联轴器没有适应这种相对 位移的能力，就会在联轴器、 轴和轴承中产生附加载荷，甚 至引起强烈振动。 联轴器

13、、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 可移式刚性联轴器的组成零件间构成的动联接，具有 某一方向或几个方向的活动度，因此能补偿两轴的相 对位移。常用的可移式刚性联轴器有以下几种： n 一、齿式联轴器 齿式联轴器是由两个有内齿的外壳3和两个有外齿的套 筒4所组成(图17-3a)。套筒与轴用键相联，两个外壳 用螺栓2联成一体，外壳与套筒之间设有密封圈1。内 齿轮齿数和外齿轮齿数相等。工作时靠啮合的轮齿传 递转矩。由于轮齿间留有较大的间隙和外齿轮的齿顶 制成球形(图17-3b)，所以能补偿 两轴的不对中和偏斜(图17-4)。 为了减小轮齿的磨损和相对移动 时的摩擦阻力，在外壳内贮有润

14、 滑油。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 齿式联轴器的优点是能传递很大的转矩和补偿适量的综合位 移，因此常用于重型机械中。但是，当传递巨大转矩时，齿 间的压力也随着增大，使联轴器的灵活性降低，而且其结构 笨重、造价较高。 n 二、滑块联轴器 滑块联轴器是由两个端面开有径向凹槽的半联轴器1、3和两 端各具凸榫的中间滑块2所组成(图17-5)。中间滑块两端面上 的凸榫相互垂直，分别嵌装在两个半联轴器的凹槽中，构成 移动副。如果两轴线不对中或偏斜，

15、运转时滑块将在凹槽内 滑动，所以凹槽和滑块的工作面间要加润滑剂。若两轴不对 中，当转速较高时，由于滑块的偏心将会产生较大的离心力 和磨损， 并给轴和轴承带来附加动载荷，因此 它只适用于低速，轴的转速一般不超 过300 r/min。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 潘存云教授研制 优缺点：结构简单、制造容易。滑块因偏心产生离心力和磨损，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。并给轴和轴承带来附加动载荷。 适用范围：适用范围：3030, y0.04d, y0.04d，v300 r/min v300 r/min y y 联轴

16、器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 三、万向联轴器三、万向联轴器 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。中，两轴之间的夹角还可以改变。共轴、有夹角 应用：广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。应用：广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。 单万向联轴器单万向联轴器 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 vA1 = r1 结构特点：两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链与中间的结构特点：两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链与中间的 “十字形十字形”构件相

17、联，构件相联，“十字形十字形”构件的中心位于两轴交点处，构件的中心位于两轴交点处， 运动分析：运动分析： 两轴平均传动比为两轴平均传动比为1 1，但瞬时，但瞬时 传动比是动态变化的。传动比是动态变化的。 在图示位置在图示位置I, I, 以轴以轴1 1为参考系，为参考系， 对对A A点有点有 ： 以轴以轴2 2为参考系，对为参考系，对A A点有点有 ： vA2 = r2 A 2 A 1 1 B r r = r cos 2 显然有显然有 ： vA1 = vA2 =0=04545 轴间角为轴间角为 ： 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 r” 其它位置：其它位置： 代入得：

18、代入得： 1 1 B B A 2 在图示位置在图示位置II, II, 以轴以轴2 2为参考系，为参考系， 对对B B点有点有 ： vB2 = r”2 以轴以轴1 1为参考系，对为参考系，对B B点有点有 ： vB1 = r”1= 1 r cos 同样有同样有 ： vB1 = vB2 r 代入得：代入得：2=1 cos 2 1 =”2 1 1 cos 1cos 2 2 1 =cos2 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 为了克服单个万向联轴器的上述缺点，机器中 常将万向联轴器成对使用，如图17-8所示。这 种由两个万向联轴器组成的装置称为双万向联 轴器。对于联接相交或平

19、行二轴的双万向联轴 器，欲使主、从动轴的角速度相等，必须满足 两个条件：1)主动轴、从动轴与中间件C的夹角 必须相等，即1=2； 2)中间件两端的叉面必 须位于同一平面内。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 C 2 1 21 C 潘存云教授研制 A A A-A A A A A 小型双万向联轴器小型双万向联轴器 结构如图所示，结构如图所示， 通常采用合金钢制造。通常采用合金钢制造。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 17-4 弹性联轴器 有金属或非金属弹性元件： 1、变形功能，； 2、变形功能，储存能量，； 3、弹性滞后，； 适用于：需正反

20、转、起动频繁，传递中小转矩场合。 有弹性件挠性联轴器 弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器轮胎联轴器 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 n 一、弹性套柱销联轴器 弹性套柱销联轴器结构上 和凸缘联轴器很近似，但 是两个半联轴器的联接不 用螺栓，而是用带橡胶弹 性套的柱销，如图17-10所 示。为了更换橡胶套时简 便而不必拆移机器，设计 中应注意留出距离A；为了 补偿轴向位移，安装时应 注意留出相应大小的间 隙。弹性套柱销联轴器 在高速轴上应用得十分广 泛。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器 弹性套柱销联轴器的重量

21、轻、结构简单、成本较低；但弹性套容 易磨损，寿命较低。因此，常用于冲击载荷小、启动和换向频繁 的高，中速的场合。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 n 二、弹性柱销联轴器 如图17-11所示，弹性柱销联轴 器是利用若干非金属材料制成 的柱销置于两个半联轴器凸缘 的孔中，以实现两轴的联接。 柱梢通常用尼龙制成，而尼龙 具有一定的弹性。弹性柱销联 轴器的结构简单，更换柱销方 便。为了防止柱销滑出，在柱 销两端配置挡板。装配挡板时 应注意留出间隙。 u上述两种联轴器，能缓和冲击、吸收振动，且能补偿故大 的轴向位移。依靠弹性柱销的变形，允许有微量的径向位 移和角位移。适用于

22、正反向变化多、启动频繁的高速轴。 u最大转速可达800r/min,温度范围为-20至60c。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 （ 这种联轴器的结构与弹性套柱销联轴器十分相似，只是采用了非金属材料制成的柱销，取代了带这种联轴器的结构与弹性套柱销联轴器十分相似，只是采用了非金属材料制成的柱销，取代了带 有弹性套的柱销，柱销通常用具有一定弹性的尼龙制威。在载荷平稳、安装精度较高的情况下，有弹性套的柱销，柱销通常用具有一定弹性的尼龙制威。在载荷平稳、安装精度较高的情况下， 可采用圆柱销。为了防止柱销的脱落，在柱销的两端设置了挡板。可采用圆柱销。为了防止柱销的脱落，在柱销的

23、两端设置了挡板。 弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器 弹性柱销联轴器的优点是能够传弹性柱销联轴器的优点是能够传 递较大的转矩、结构更简单、成递较大的转矩、结构更简单、成 本低廉，且具有一定的补偿两根本低廉，且具有一定的补偿两根 轴的轴线偏移的能力以及吸振和轴的轴线偏移的能力以及吸振和 缓冲的能力；它的主要缺点是由缓冲的能力；它的主要缺点是由 于柱销材料的缘故，使得它的工于柱销材料的缘故，使得它的工 作温度受到了限制。一般用于启作温度受到了限制。一般用于启 动、换向频繁的高速轴之间的连接。动、换向频繁的高速轴之间的连接。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 轮胎式联轴器的结构

24、如图17- 12所示，中间为橡胶制成的轮 胎环，用止退垫板与半联轴器 联接。它的结构简单可靠，易 于变形，因此它允许的相对位 移较大。 轮胎式联轴器适用于启动频繁、 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。它的径向尺 寸庞大，但轴向尺寸较窄，有 利于缩短串接机组的总长度。 它的最大转速可达5 000 r/min。 三、轮胎式联轴器 适用范围： 512， x0.02D y0.01D， n5000 r/min 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 17-5 17-5 牙嵌离合器牙嵌离合器 牙嵌离合器是由两个端面带牙的套筒所组成(图17-13)

25、， 其中套筒1紧配在轴上，而套筒2可以沿导向平键3在另 一根轴上移动。利用操纵杆移动滑环4可使两个套筒接 合或分离。为避免滑环的过量磨损，可动的套筒应装在 从动轴上。为便于两轴对中，在套筒1中装有对中环5， 从动轴端则可在对中环中自由转动。 离合器牙的形状有三角形、梯形和锯齿形。三角形牙传 递中、小转矩，牙数为1560。梯形、锯齿形牙可传递 较大的转矩，牙数为315。梯形牙可以补偿磨损后的牙 侧间隙。锯齿形牙只能单向工作，反转时由于有较大的 轴向分力，会迫使离合器自行分离。各牙应精确等分， 以使载荷均布。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 联轴器、离合器与制动器经典

26、课件联轴器、离合器与制动器经典课件 牙嵌离合器结构简单，外廓尺寸小，能传递较 大的转矩，故应用较多。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，否则牙 齿可能会因受撞击而折断。 牙嵌离合器可以借助电磁线圈的吸力来操纵， 称为电磁牙嵌离合器。电磁牙嵌离合器通常采 用嵌入方便的三角形细牙。它依据信息而动作， 所以便于遥控和程序控制。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 17-6 圆盘摩擦离合器 圆盘摩擦离合器有单 片式和多片式两种。 u图17-15所示为单片式摩 擦离合器的简图，其中圆 盘1紧配在主动轴上，圆 盘2可以沿导键在从动轴 上移动。移动滑环3可使 两圆

27、盘接合或分离。工作 时轴向压力Fa使两圆盘的 工作表面产生摩擦力来传 递扭矩。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 与牙嵌离合器比较，摩擦离合器具有下列优点： 1)在任何不同转速条件卞两轴都可以进行接合； 2)过载时摩擦面间将发生打滑，可以防止损坏 其他零件；3)接合较平稳，冲击和振动较小。 摩擦离合器在正常的接合过程中，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。这种相对滑动 要消耗一部分能量，并引起摩擦片的磨损和发 热。 单片式摩擦离合器多用于转矩在2000 N. m以 下的轻型机械。 图17-16a所示为多片式摩擦离合器。

28、联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 图17-16 多片式摩擦离合器 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 如图17-17所示，在电磁操 纵的摩擦离合器中，当直流 电经接触环1导入电磁线圈2 后，产生磁力线吸引衔铁5， 于是衔铁5将两组摩擦片3和 4压紧，离合器处于接合状 态。当电流切断时，磁力消 失，依靠复位弹簧6将衔铁 推开，使两组摩擦片松开， 离合器处于分离状态。 在电磁离合器中，电磁摩擦 离合器是应用最广泛的一种。 u摩擦离合器也可用电磁力来操纵。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 17-7 磁粉离合器 磁粉离

29、合器的工作原理如图17-18所示，图中安置励 磁线圈1的磁轭2为离合器的固定部分。若将圆筒3与 左右轮辐7、8组成离合器的主动部分，则转子6从动 轴组成离合器的从动部分。在圆筒3的中间嵌装着隔 磁环4，轮辐7或8上可联接输入件，在转子6与圆筒3 之间有0.5-2mm的间隙，其中充填磁粉5。图17-18a 表示断电时磁粉被离心力甩在圆筒的内壁，疏松并且 散开，此时离合器处于分离状态。图17-18b表示通电 后励磁线圈产生磁场，磁力线跨越空隙穿过圆筒到达 转子形成图示的回路，此时磁粉受到磁场的影响而被 磁化。磁化了的磁粉彼此相互吸引串成磁粉链而在圆 筒与转子间聚合，依靠磁粉的结合力和磁粉与主、从 动件工作面间的摩擦力来传递转矩。 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 联轴器、离合器与制动器经典课件联轴器、离合器与制动器经典课件 磁粉的性能是决定离合器性能的重要因素。磁粉应具有 导磁率高、剩磁小、流动性良好、耐磨、耐热、不烧结 等性能，一般常用铁钴镍、铁钴钒等合金粉，并加入适 量的粉状二硫化钼。 磁粉离合器具有下列优良性能： 1)励磁电流I与转矩T间呈线性关系，转矩调节简单而且精 确，调节范围也宽； 2)可用作恒张力控制，这对造