第17章联轴离合制动器机械原理中南大学

1、中南大学专用 作者： 潘存云教授 17-1 联轴器、离合器的类型和应用联轴器、离合器的类型和应用 17-2 固定式刚性联轴器固定式刚性联轴器 17-3 可移动刚性联轴器可移动刚性联轴器 17-4 弹性联轴器弹性联轴器 17-5 牙嵌式离合器牙嵌式离合器 17-6 摩擦离合器摩擦离合器 第第17章章 联轴器、离合器和制动器联轴器、离合器和制动器 17-7 磁粉离合器磁粉离合器 17-8 定向离合器定向离合器 17-9 制动器制动器 中南大学专用 作者： 潘存云教授 17-1 联轴器、离合器联轴器、离合器的类型和应用的类型和应用 工作特点：工作特点：联轴器用于刚性静态联接；而离合器则用联轴器用于刚

2、性静态联接；而离合器则用 于于两轴之间的动态联接。两轴之间的动态联接。 分类：分类： 弹性联轴器弹性联轴器 刚性联轴器刚性联轴器 固定式联轴器固定式联轴器 移动式联轴器移动式联轴器 作用：作用：主要用于主要用于将两根轴联接在一起，使它们一起旋将两根轴联接在一起，使它们一起旋 转，并传递扭矩。转，并传递扭矩。 联轴器联轴器 牙嵌式离合器牙嵌式离合器 离合器离合器 摩擦式离合器摩擦式离合器 电磁离合器电磁离合器 自动离合器自动离合器 应用实例：应用实例：手腕驱动机构手腕驱动机构、汽车后桥驱动、车辆启停等。、汽车后桥驱动、车辆启停等。 中南大学专用 作者： 潘存云教授 联轴器、离合器联轴器、离合器大

3、都已经标准化了，可直接选用。大都已经标准化了，可直接选用。 工作条件工作条件=选类型选类型 转矩转矩 转速转速 轴径轴径 =确定型号与规格确定型号与规格 计算转矩：计算转矩： Tc=KAT KA为工作情况系数；为工作情况系数； T为名义转矩；为名义转矩； 表表17-1 工作情况系数工作情况系数KA 工工 作作 机机 原动机为电动机时原动机为电动机时 发电机、小型通风机、小型离心机发电机、小型通风机、小型离心机 1.3 透平压缩机、木工机械、输送机透平压缩机、木工机械、输送机 1.5 搅拌机、增压机、有飞轮的压缩机搅拌机、增压机、有飞轮的压缩机 1.7 织布机、水泥搅拌机、拖拉机织布机、水泥搅拌

4、机、拖拉机 1.9 挖掘机、起重机、碎石机、造纸机械挖掘机、起重机、碎石机、造纸机械 2.3 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 17-2 固定式刚性联轴器固定式刚性联轴器 结构：结构：半联轴器通过键与轴相联，用螺栓将两个半联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。轴器的凸缘联接在一起。 普通凸缘普通凸缘联轴器联轴器 绞制孔螺栓绞制孔螺栓 型式：型式： 有对中榫的凸缘联轴器有对中榫的凸缘联轴器 普通凸缘联轴器普通凸缘联轴器 -靠铰制孔螺栓对中。靠铰制孔螺栓对中。 -靠榫头对中。靠榫头对中。 普通螺栓普通螺栓 对中榫对中榫 中南大学专用 作者：

5、潘存云教授 设计：潘存云 制造与安装要求：制造与安装要求：半联轴器的凸缘端面应与轴线垂直，半联轴器的凸缘端面应与轴线垂直， 安装时应使两轴精确对中。安装时应使两轴精确对中。 9090 材料：材料：一般用铸铁、当重载或一般用铸铁、当重载或 V30 m/sV30 m/s时，用铸时，用铸 钢或锻钢钢或锻钢 。 特点：特点：结构简单、使用方便、传递扭矩较大，但不能结构简单、使用方便、传递扭矩较大，但不能 缓冲减振缓冲减振 。 应用：应用：用于载荷较平稳的两轴联接用于载荷较平稳的两轴联接 。 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 y y x x 两轴线

6、的相对位移两轴线的相对位移: : 轴向、径向、角度、综合。轴向、径向、角度、综合。 17-3 可移动刚性联轴器可移动刚性联轴器 由于制造、安装或工作时零件的变形等原因，被联接的两轴不一定度能精确对中，因 此会出现两轴之间的轴向位移、径向位移和角位移，或其组合。 联接特点：联接特点：构成动联接，具有一个或几个方向的活动度。构成动联接，具有一个或几个方向的活动度。 能补偿两轴的相对位移。能补偿两轴的相对位移。 x x y y 轴向轴向 如果联轴器没有适应这种相对位移的能力就会在联轴器、轴和轴承中引起附加载荷，甚至引起强烈振动。 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 一、齿式

7、联轴器一、齿式联轴器 结构：结构：两个有内齿的外壳，两个有外齿的套筒，两者齿两个有内齿的外壳，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。接，两外壳用螺栓联接。两端密封，空腔内储存润滑油。 功用：功用：能补偿轴不对中和偏斜。能补偿轴不对中和偏斜。 工作范围：工作范围：正常齿：正常齿：3030 腰鼓齿：腰鼓齿：3 3 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 优点：优点：传递扭矩大、能补偿综合位移。传递扭矩大、能补偿综合位移。 缺点：缺点：结构笨重

8、、造价高。结构笨重、造价高。 应用：应用：用于重型传动。用于重型传动。 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 二、滑块联轴器二、滑块联轴器 结构：结构：两个端面开有径向凹槽的半联轴器，两端各具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。中，构成移动副。 工作工作原理原理：当两轴存在不对中和偏斜时，滑块将在凹当两轴存在不对中和偏斜时，滑块将在凹 槽内滑动。槽内滑动。 优缺点：优缺点：结构简单、制造容易。滑块因偏心产生离心结构简单、制造容易。滑块因偏心产生离心 力和磨损，并给轴和轴

9、承带来附加动载荷。力和磨损，并给轴和轴承带来附加动载荷。 适用范围：适用范围：3030, , y y0.04d0.04d，v300 r/minv300 r/min y y 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 三、万向联轴器三、万向联轴器 作用：作用：用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且在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。传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。共轴、 有夹角 应用：应用：广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。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 中南大学专用 作者： 潘存云教授

10、设计：潘存云 设计：潘存云 vA1 = r1 结构特点：结构特点：两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链 与中间的与中间的“十字形十字形”构件相联，构件相联，“十字形十字形”构件的中构件的中 心位于两轴交点处，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，但，但 瞬时传动比是动态变化的。瞬时传动比是动态变化的。 在图示位置在图示位置I, 以轴以轴1为参考为参考 系，对系，对A点有点有 ： 以轴以轴2为参考系，对为参考系，对A点有点有 ： vA2 = r2 A 2 A 1 1 B r r = r cos 2 显然有显然有 ： vA

11、1 = vA2 =0=04545 轴间角为轴间角为 ： 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 r” 其它位置：其它位置： 代入得：代入得： 1 1 B B A 2 在图示位置在图示位置II, 以轴以轴2为参考为参考 系，对系，对B点有点有 ： vB2 = r”2 以轴以轴1为参考系，对为参考系，对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 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 2.双万向铰链机构双万向铰链机构 将

12、两个单万向铰链机构串联使用，构成双万向铰链机构。将两个单万向铰链机构串联使用，构成双万向铰链机构。 安装要求：安装要求： 主动、从动、中间三轴共面；主动、从动、中间三轴共面； 主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹 角应相等；角应相等； 中间轴两端的叉面应在同一平面内。中间轴两端的叉面应在同一平面内。 C 2 1 21 C 为了消除从动轴变速转动的缺点，常 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 3. 小型双万向联轴器小型双万向联轴器 结构如图所示，通常采用合金钢制造。结构如图所示，通常采用合金钢制造。 A A A-A A A

13、 A A 模型演示模型演示 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 一、弹性套柱销联轴器一、弹性套柱销联轴器 17-4 弹性联轴器弹性联轴器 结构特点：结构特点：外观与凸缘联轴器相似，用带橡胶弹性套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。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预留安装空间以便与更换橡胶套 A 预留间隙以补偿预留间隙以补偿 轴向位移。轴向位移。 c 圆柱孔圆柱孔 圆锥孔圆锥孔 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 二、弹性柱销联轴器二、弹性柱销联轴器 结构：结构：用尼龙制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔用尼龙制

14、成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔 中。中。 尼龙销尼龙销 挡板挡板 cc 销与挡板之销与挡板之 间留有间隙间留有间隙 结构简单、更换柱销方便。结构简单、更换柱销方便。 特点：特点：上述两种联轴器的动力通过弹性上述两种联轴器的动力通过弹性 元件传递，缓和冲击、吸收振动。元件传递，缓和冲击、吸收振动。 应用：应用：适用于正反向变化多，启适用于正反向变化多，启 动动 频繁的高速轴。频繁的高速轴。 适用范围：适用范围：-12-12t t660 0， v8000 r/min v8000 r/min 能补偿较大的轴向位移，并能补偿较大的轴向位移，并 允许微量的径向位移和角位允许微量的径向位移和角位 移。移

15、。 两种柱销 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 三、轮胎式弹性联轴器三、轮胎式弹性联轴器 结构：结构：中间为橡胶制成的轮胎环，用止退垫板与半联中间为橡胶制成的轮胎环，用止退垫板与半联 轴器联接。轴器联接。 特点：特点：结构简单、易于变形。允结构简单、易于变形。允 许较大的综合许较大的综合hdv x位移位移。 应用应用：适用于启动频繁、正反适用于启动频繁、正反 向运转、有冲击振动、有较大向运转、有冲击振动、有较大 轴向位移、潮湿多尘的场合。轴向位移、潮湿多尘的场合。 适用范围：适用范围： 5 51212， x0.02Dx0.02D y0.01Dy0.01D， n5000 r/min

16、n5000 r/min 轮胎环轮胎环 D D 止退垫板止退垫板 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 17-5 牙嵌式离合器牙嵌式离合器 结构：结构：由端面带牙的固定套筒、活动套筒、对中环组成。由端面带牙的固定套筒、活动套筒、对中环组成。 固定套筒固定套筒活动套筒活动套筒 滑环滑环 对中环对中环 工作原理：工作原理： 利用操纵杆移动滑环，实现两套筒的结合与分离。利用操纵杆移动滑环，实现两套筒的结合与分离。 中南大学专用 作者： 潘存云教授 牙型牙型 30304040 2 28 8 2 28 8 6060 三角形三角形 梯梯 形形 锯齿形锯齿形 -传递中小转矩、牙数为传递中小转矩、牙数

17、为1660 -传递较大转矩、牙数为传递较大转矩、牙数为315 梯形牙可以补偿磨损后的牙侧间隙。梯形牙可以补偿磨损后的牙侧间隙。 锯齿形只能单向工作。锯齿形只能单向工作。反转时具有较大的轴向分力，会迫使离合器自行分离。 制造要求：制造要求：各牙应精确等分，以使载荷均匀分布。各牙应精确等分，以使载荷均匀分布。 中南大学专用 作者： 潘存云教授 特点：特点：结构简单、外廓尺寸小、能传递较大的转矩。结构简单、外廓尺寸小、能传递较大的转矩。 材料：材料： 低碳合金钢：低碳合金钢：20Cr 、 20MnB。 渗碳淬火后牙面渗碳淬火后牙面硬度：硬度：5662 HRC; 中碳合金钢：中碳合金钢：40Cr 、

18、45MnB。 表面淬火后牙面表面淬火后牙面硬度：硬度：4858 HRC; 承载能力：承载能力：取决于齿根的弯曲强度取决于齿根的弯曲强度: hKAT zWD0 b b= = b b 2KAT zD0ah p = = p W-齿根弯曲截面系数；齿根弯曲截面系数；D0-牙平均直径；牙平均直径；a-牙的宽度。牙的宽度。 D0 a h式中：式中：h为牙齿高度；为牙齿高度；z为牙齿数；为牙齿数； 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 17-6 摩擦离合器摩擦离合器 1 2 3 一、单片式圆盘一、单片式圆盘摩擦离合器摩擦离合器 摩擦扭矩摩擦扭矩: Tmax=Fa f Rf 结构：结构：由固定圆盘由

19、固定圆盘1、活动圆盘、活动圆盘2、滑环组成。、滑环组成。 工作原理：工作原理：移动滑环，可实现两圆盘的结合与分离，靠移动滑环，可实现两圆盘的结合与分离，靠 摩擦力带动从动轴转动。摩擦力带动从动轴转动。 缺点：缺点：结合过程中不可避免出现打滑，结合过程中不可避免出现打滑， 引起磨损和发热；引起磨损和发热； 2. 2.过载时打滑，起保护作用；过载时打滑，起保护作用； 3. 3.结合平稳、冲击和振动小。结合平稳、冲击和振动小。 优点：优点： 1.1.在任何转速条件下两轴都在任何转速条件下两轴都 可以进行结合；可以进行结合； Fa 2 1 3 Fa Rf 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云

20、 主动摩擦片主动摩擦片 杠杆杠杆滑环滑环 工作原理：工作原理：移动滑移动滑 环，通过杠杆作用，环，通过杠杆作用， 压紧或放松磨擦片，压紧或放松磨擦片， 来实现两轴的结合与来实现两轴的结合与 分离。分离。 调整螺母调整螺母被动摩擦片被动摩擦片 二、多片式圆盘二、多片式圆盘摩擦离合器摩擦离合器 结构特点：结构特点： 多个摩擦片叠加在一起；多个摩擦片叠加在一起； 中南大学专用 作者： 潘存云教授 摩擦片材料：摩擦片材料：淬火钢片、压制石棉片。淬火钢片、压制石棉片。 摩擦片数量摩擦片数量z z 传递扭矩传递扭矩T 但但z z过大将使各层间压力不均匀，一般取过大将使各层间压力不均匀，一般取: : z=1

21、215 摩擦扭矩摩擦扭矩:Tmax= z Fa f Rf z Fa f (D1 +D2) = 4 KA T 4 Fa p = (D1 +D2) 表面压强表面压强:p D1 D2 中南大学专用 作者： 潘存云教授 有润滑剂有润滑剂 无润滑剂无润滑剂 p/ MPa 表表17-2 常用摩擦片材料的常用摩擦片材料的 f 和和 p 摩擦片材料摩擦片材料 f 圆盘摩擦离合器圆盘摩擦离合器 铸铁铸铁铸铁或钢铸铁或钢 0.050.06 0.15 0.2 0.250.30 淬火钢淬火钢淬火钢淬火钢 0.050.06 0.18 0.60.8 青铜青铜钢或铸铁钢或铸铁 0.08 0.17 0.18 0.40.5 压

22、制石棉压制石棉钢或铸铁钢或铸铁 0.12 0.3 0.5 0.200.30 对于频繁启动的离合器，可将表中对于频繁启动的离合器，可将表中p降低降低1530%。 类型类型 反应敏捷，但摩擦片易磨损。反应敏捷，但摩擦片易磨损。 油式磨擦离合器油式磨擦离合器 干式磨擦离合器干式磨擦离合器 磨损轻微、寿命长、并能磨损轻微、寿命长、并能 在繁重的条件下运转。在繁重的条件下运转。 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 离合器的操纵方式离合器的操纵方式 机械力机械力 电磁力电磁力 气动力气动力 液压力液压力 810 三、圆锥式三、圆锥式摩擦离合器摩擦离合器 结构：结构：锥台表面为摩擦

23、接触面。锥台表面为摩擦接触面。 优点：优点：由于采用了槽面摩擦原理，由于采用了槽面摩擦原理， 因此只需要很小的操纵力即能使因此只需要很小的操纵力即能使 离合器传递较大的转矩。离合器传递较大的转矩。 缺点：缺点： 径向尺寸较大，不如多盘式紧凑。径向尺寸较大，不如多盘式紧凑。 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 17-7 磁粉离合器磁粉离合器 结构：结构：由转子轴、左右轮辐、励磁线圈、磁粉等组成。由转子轴、左右轮辐、励磁线圈、磁粉等组成。 工作原理：工作原理：通电后磁粉被磁化，彼此相互吸引聚集，依通电后磁粉被磁化，彼此相互吸引聚集，依 靠磁粉的结合力以及磁粉与两工作面之间的摩擦力拉传靠

24、磁粉的结合力以及磁粉与两工作面之间的摩擦力拉传 递转矩。递转矩。 输出输出 磁粉性能要求：磁粉性能要求： 导磁率高、剩磁小、流导磁率高、剩磁小、流 动性好、耐磨、耐热、动性好、耐磨、耐热、 不烧结性。不烧结性。 输入输入 中南大学专用 作者： 潘存云教授 磁粉材料：磁粉材料： 铁钴镍、铁钴钒等合金粉，加入少量二硫化钼。铁钴镍、铁钴钒等合金粉，加入少量二硫化钼。 形状为球形或椭球形，颗粒直径为：形状为球形或椭球形，颗粒直径为：2070 m。 优点：优点： 1）励磁电流励磁电流 I 与转矩与转矩T呈线性关系、转矩调节简单而呈线性关系、转矩调节简单而 且精确，调节范围宽。且精确，调节范围宽。 2)

25、可用作恒张力控制，是造纸机、纺织机、印刷机、可用作恒张力控制，是造纸机、纺织机、印刷机、 绕线机等的理想装置。绕线机等的理想装置。 3) 若将主动件固定，则可作制动器使用。若将主动件固定，则可作制动器使用。 缺点：缺点：相对而言比较笨重。相对而言比较笨重。 4) 操纵方便、离合平稳、工作可靠。操纵方便、离合平稳、工作可靠。 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 当外环反向转动时，则带动滚当外环反向转动时，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，离合器处于分离的宽敞位置，离合器处于分离 状态。状态。 结构：结构：由星轮、外环、滚柱、弹簧推杆等零件组成

26、。由星轮、外环、滚柱、弹簧推杆等零件组成。 工作原理：工作原理： 当外环逆时钟转动时，以摩擦当外环逆时钟转动时，以摩擦 力带动滚柱向前滚动，进一步力带动滚柱向前滚动，进一步 楔紧内外接触面，从而驱动星楔紧内外接触面，从而驱动星 轮一起旋转。轮一起旋转。 一、滚柱式定向离合器一、滚柱式定向离合器 17-8 定向离合器定向离合器 滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态。滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态。 中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 结构：结构：由内环、外环、楔块、支撑环、拉簧等零件组成。由内环、外环、楔块、支撑环、拉簧等零件组成。 二、楔块式定向离合器二、楔块式定向离合器 优点：优点：楔块曲率半径大，装楔块曲率半径大，装 入数量多，相同尺寸时传递入数量多，相同尺寸时传递 的转矩更大。的转矩更大。 缺点：缺点：高速运转时有较大磨高速运转时有较大磨 损，寿命较短。损，寿命较短。 工作原理：工作原理： 内外环工作面都为圆形，整圈拉簧压着楔块始终与内内外环工作面都为圆形，整圈拉簧压着楔块始终与内 环接触，并力图使楔块绕自身作逆时钟方向偏摆。当环接触，并力图使楔块绕自身作逆时钟方向偏摆。当 外环顺时钟方向旋转时，楔块克服弹簧力而作顺时钟外环顺时钟方向旋转时，楔块克服弹簧力而作顺时