第13章 联轴器

1、第第13章章 联轴器、离合器和制动器联轴器、离合器和制动器 13-1 联轴器联轴器 13-2 离合器离合器 13-3 制动器制动器 作用：作用：主要用于主要用于将两根轴联接在一起，并传递运动和将两根轴联接在一起，并传递运动和 转矩，转矩，也可用作安全装置，只有在机器停车时才可将也可用作安全装置，只有在机器停车时才可将 两轴分离两轴分离 。 13-1 联轴器联轴器 联轴器种类繁多，在选用标准件或自行设计时应考联轴器种类繁多，在选用标准件或自行设计时应考 虑如下因素：虑如下因素： 传递转矩大小传递转矩大小; 转速高低转速高低; 扭转刚度变化扭转刚度变化 ; 体积大小体积大小 ; 缓冲吸振能力缓冲吸

2、振能力 。 一、联轴器所联两轴的相对位移一、联轴器所联两轴的相对位移 两轴线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。 y y x x y y 轴向轴向 x x 径向径向 角度角度综合综合 制造误差制造误差 安装误差安装误差 受力变形受力变形 被联接的两轴不能精确对中被联接的两轴不能精确对中 二、二、 联轴器的联轴器的分类分类 无弹性元无弹性元 件联轴器件联轴器 刚性联轴器刚性联轴器 联联 轴轴 器器 套筒联轴器套筒联轴器 凸缘凸缘联轴器联轴器 夹壳夹壳联轴器联轴器 齿式联轴器齿式联轴器 十字滑块联轴器十字滑块联轴器 挠性联轴器挠性联轴器 有弹性元有弹性

3、元 件联轴器件联轴器 滑块联轴器滑块联轴器 万向联轴器万向联轴器 滚子链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 弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器 梅花形弹性联轴器梅花形弹性联轴器 轮胎联轴器轮胎联轴器 膜片联轴器膜片联轴器 星形弹性联轴器星形弹性联轴器 潘存云教授研制 潘存云教授研制 （一）刚性（一）刚性联轴器联轴器 结构：结构：用一个套筒通过键将两轴联接在一起。用紧定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。螺钉来实现轴向固定。 套筒套筒联轴器联轴器 型式：型式： 半圆键半圆键 普通平键普通平键 特点：特点：结构简单、使用方便、结构简单、使用方便、 传递扭矩较大

4、，但不传递扭矩较大，但不 能缓冲减振能缓冲减振 。 应用：应用：用于载荷较平稳的用于载荷较平稳的 两轴联接两轴联接 。 1 1、套筒套筒联轴器联轴器 潘存云教授研制 2 2、凸缘、凸缘联轴器联轴器 （GB/T5843-1986) 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。 潘存云教授研制 普通凸缘普通凸缘联轴器联轴器 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

5、 绞制孔螺栓绞制孔螺栓 潘存云教授研制 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 。 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 1 1、齿式联轴器、齿式联轴器 功用：功用：能补偿

6、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 (二二) 无弹性元件联轴器无弹性元件联轴器 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。 潘存云教授研制 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、造价高。结构笨重、造价高。 应用：应用：

7、用于重型传动。用于重型传动。 潘存云教授研制 潘存云教授研制 2 2、十字滑块联轴器十字滑块联轴器 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，当两轴存在不对中和偏斜时， 滑块将在凹槽内滑动。滑块将在凹槽内滑动。 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，并给轴和轴承带来附加动载荷。力和磨损，并给轴和轴承带来附加动

8、载荷。 适用范围：适用范围：3030？, , y y0.04d0.04d，v300 r/minv300 r/min y y 潘存云教授研制 3 3、滑块联轴器、滑块联轴器 优点：优点：结构简单、尺寸紧凑。结构简单、尺寸紧凑。 应用：应用：适用于小功率，高转速而无剧烈冲击的场合。适用于小功率，高转速而无剧烈冲击的场合。 结构：结构：与十字滑块联轴器结构相似，只是沟槽很宽，与十字滑块联轴器结构相似，只是沟槽很宽， 中间为不带凸牙的方形滑块，其材料为夹布胶木。中间为不带凸牙的方形滑块，其材料为夹布胶木。 工作特点：工作特点：由于中间滑块质量小，且有弹性，故允许由于中间滑块质量小，且有弹性，故允许 较

9、高的极限转速。较高的极限转速。 潘存云教授研制 4 4、万向联轴器万向联轴器 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。 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 潘存云教授研制 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

10、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 ： vA1 = vA2 =0=04545 轴间角为轴间角为 ： 潘存云教授研制 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

11、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 = 滑块联轴器滑块联轴器 ； 角位移较大，或两轴相交时角位移较大，或两轴相交时 = = 滑块联轴器滑块联轴器 （4）考虑可靠性和工作环境）考虑可靠性和工作环境 由金属制成的不需要润滑的联轴器工作比较可靠；由金属制成的不需要润滑的联轴器工作比较可靠； 需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影 响，且可能污染环境；响，且可能污染环境； 含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀介质、

12、含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀介质、 强光等比较敏感，而且容易老化。强光等比较敏感，而且容易老化。 在满足使用要求的前提下，应选择装拆方便、维护在满足使用要求的前提下，应选择装拆方便、维护 简单、成本低廉的联轴器。简单、成本低廉的联轴器。 （5）联轴器的制造、安装、维护和经济性）联轴器的制造、安装、维护和经济性 刚性刚性联轴器不仅结构简单，而且装拆方便，可用于联轴器不仅结构简单，而且装拆方便，可用于 低速、刚性大的传动低速、刚性大的传动 ； 弹性联轴器具有较好的综合性能，广泛应用于一般弹性联轴器具有较好的综合性能，广泛应用于一般 的中、小传动。的中、小传动。 （6）安全性要求）安全性

13、要求 有安全保护要求的轴，应选用安全联轴器。有安全保护要求的轴，应选用安全联轴器。 表表13-1 载荷系数载荷系数K 原动机原动机 (K) 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 1.5 1.8 2.2 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 1.7 2.0 2.4 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 1.9 2.2 2.6 织布机、水泥搅拌机、拖拉机织布机、水泥搅拌机、拖拉机 1.9 2.1 2.4 2.8 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 2.5 2.8 3.2

14、 电动机电动机 多缸多缸 双缸双缸 单缸单缸 汽轮机汽轮机 内燃机内燃机 内燃机内燃机 内燃机内燃机 工工 作作 机机 压延机、重型初轧机、无飞轮活塞泵压延机、重型初轧机、无飞轮活塞泵 3.1 3.3 3.6 4.0 2. 计算联轴器的扭矩计算联轴器的扭矩 计算转矩：计算转矩： Tca=KT K为载荷系数；为载荷系数；T为公称扭矩；为公称扭矩； 3. 确定联轴器的型号确定联轴器的型号 选型依据：选型依据： Tca T ， 由相关标准确定型号；由相关标准确定型号； 4. 校核最大转速校核最大转速 n nmax 6.6.规定部件相应的安装精度规定部件相应的安装精度 被联接轴的转速被联接轴的转速n，

15、不应超过联轴器许用的最高，不应超过联轴器许用的最高 转速转速nmax，即：，即： 5. 协调轴孔直径协调轴孔直径 被联接两轴的直径和形状（圆柱或圆锥）均可被联接两轴的直径和形状（圆柱或圆锥）均可 以不同，但必须使直径在所选联轴器型号规定的范以不同，但必须使直径在所选联轴器型号规定的范 围内，形状也应满足相应要求。围内，形状也应满足相应要求。 联轴器允许轴的相对位移偏差是有一定范围的，联轴器允许轴的相对位移偏差是有一定范围的， 因此，必须保证轴及相应部件的安装精度。因此，必须保证轴及相应部件的安装精度。 潘存云教授研制 进行必要的校核进行必要的校核 联轴器除了要满足转矩联轴器除了要满足转矩 和转

16、速的要求外，必要时还和转速的要求外，必要时还 应对联轴器中的零件进行承应对联轴器中的零件进行承 载能力校核，如对非金属元载能力校核，如对非金属元 件的件的许用温度许用温度校核等。校核等。 选择联轴器的类型选择联轴器的类型 计算联轴器的计算转矩计算联轴器的计算转矩 确定联轴器的型号确定联轴器的型号 协调轴孔直径协调轴孔直径 校核最大转矩校核最大转矩 规定部件相应的安装精度规定部件相应的安装精度 进行必要的承载能力校核进行必要的承载能力校核 联轴器的选择流程联轴器的选择流程 ： 作用：作用：在机器运转过程中，使两轴随时接合或分离；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

17、便进行变速或换向；用来操纵机器传动的断续，以便进行变速或换向； 13-2 13-2 离合器离合器 分分 类类 一、离合器的分类一、离合器的分类 按其工作原理分按其工作原理分 机械离合器机械离合器 电磁离合器电磁离合器 液压离合器液压离合器 气压离合器气压离合器 超越离合器超越离合器 离心离合器离心离合器 安全离合器安全离合器 嵌入式嵌入式 摩擦式摩擦式 按离合控制方法分按离合控制方法分 操纵式操纵式 自动式自动式 按操纵方式分按操纵方式分 二、对离合器的基本要求二、对离合器的基本要求 分离、接合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作分离、接合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作 准确可靠；准确可靠； 结

18、构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作 安全，效率高；安全，效率高； 接合元件耐磨性好，使用寿命长，散热条件好；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。操纵方便省力，制造容易，调整维修方便。 潘存云教授研制 1)1) 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。

19、 三、常用离合器简介三、常用离合器简介 潘存云教授研制 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 -传递中小转矩的低速离合器、牙数为传递中小转矩的低速离合器、牙数为1660 1660 -传递较大转矩、梯形牙可以补偿磨损后的传递较大转矩、梯形牙可以补偿磨损后的 牙侧间隙，冲击小，应用广泛，牙数为牙侧间隙，冲击小，应用广泛，牙数为315 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。 -传递较大转矩、锯齿形只能单向工作（传递较大转矩、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

20、自行分离）。 牙数为牙数为315 矩矩 形形 -无轴向分力，但不便于接合与分离，磨损无轴向分力，但不便于接合与分离，磨损 后无法补偿，故很少使用后无法补偿，故很少使用 潘存云教授研制 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 、 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

21、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； 潘存云教授研制 2 3 2)2)单片式圆盘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：由固定圆盘由固定圆盘1、活动圆盘、活动圆盘2、滑环、滑环3组成。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。 2.2.过载时打滑，起

22、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可以在任何转速条件下两轴都可以 进行结合；进行结合； Fa 2 1 3 Fa 1 Rf 缺点：缺点：结合过程中不可避免出现结合过程中不可避免出现 打滑，引起磨损和发热；打滑，引起磨损和发热； 主动轴主动轴 从动轴从动轴 潘存云教授研制 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：移动滑环，移动滑环， 通过杠杆作用，压紧或通过杠杆作用，压紧或 放松摩擦片，来实现两放松摩擦片，来实现两 轴的结合与分离。轴的结合与分离。 调整螺母调整螺母被动摩擦片

23、被动摩擦片 潘存云教授研制 3) 3) 多片式圆盘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； 外摩擦外摩擦盘盘内摩擦内摩擦盘盘 主动轴主动轴 压杆压杆 滑环滑环 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=1215 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

24、 有润滑剂有润滑剂 无润滑剂无润滑剂 p/ MPa 表表 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

25、损。 油式摩擦离合器油式摩擦离合器 干式摩擦离合器干式摩擦离合器 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。 潘存云教授研制 810 4) 4) 圆锥式圆锥式摩擦离合器摩擦离合器 结构：结构：锥台表面为摩擦接触面。锥台表面为摩擦接触面。 优点：优点：采用了槽面摩擦原理，因此只需要很小的采用了槽面摩擦原理，因此只需要很小的 操纵力即能使离合器传递较大的转矩。操纵力即能使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。 潘存云教授研制 离合器的操纵方式离合器的操纵方式 机械机械 电磁电磁 气动气动 液压液压 5) 5) 电磁电磁摩擦离合器摩擦离合器 结构：结构：其结构特点与机械式多片摩擦离合器一样。其结构特点与机械式多片摩擦离合器一样。 优点：优点：由于采用了电磁力进行控制，因此控制灵活，由于采用了电磁力进行控制，因此控制灵活， 容易实现自动化。容易实现自动化。 四、离合器的选用四、离合器的选用 嵌入式离合器的结构简单，外形尺寸较小，两轴嵌入式离合器的结构简单，外形尺寸较小，两轴 间的联接无相对运动，一