第15章联轴器离合制动器

1、湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 15-1 联轴器联轴器15-2 离合器离合器15-3 制动器制动器第第15章章 联轴器联轴器 离合器离合器 制动器制动器湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 本本 章章 概概 要要 (1) 了解联轴器、离合器、制动器的作用。了解联轴器、离合器、制动器的作用。 (2) 常用联轴器、离合器、制动器的工作原理、常用联轴器、离合器、制动器的工作原理、 结构特点及选用方法。结构特点及选用方法。 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 14-1 联轴器联轴器工作特点：工作特点：联轴器用于刚性静态联接（停车时用）；联轴器用于刚性静态联接（停车时用）；分类：分类：挠性联轴器

2、挠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。有时可兼有过载保护作用。转，并传递扭矩。有时可兼有过载保护作用。联轴器联轴器安全联轴器安全联轴器（如凸缘、（如凸缘、套筒联轴器）套筒联轴器）无弹性元件：齿式、滑块、万向无弹性元件：齿式、滑块、万向金属弹性元件：膜片、蛇形、簧片金属弹性元件：膜片、蛇形、簧片非金属弹性元件：弹性套柱销、非金属弹性元件：弹性套柱销、 弹性柱销弹性柱销湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：

3、潘存云y yx x x xy y轴向轴向由于制造和安装误差，受载变形等原因，被连两轴会产生由于制造和安装误差，受载变形等原因，被连两轴会产生轴向偏移，径向偏移、角度偏移及综合偏移，产生附加动轴向偏移，径向偏移、角度偏移及综合偏移，产生附加动载荷，并有可能引起强烈振动。因此要求联轴器有偏移补载荷，并有可能引起强烈振动。因此要求联轴器有偏移补偿、减震、缓冲能力。偿、减震、缓冲能力。湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 联轴器联轴器大都已经标准化了，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 (必要时对关键零件进行校核计

4、算必要时对关键零件进行校核计算)计算转矩：计算转矩： Tc=KATKA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15-1 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湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存

5、云设计：潘存云一一 刚性联轴器（凸缘离合器）刚性联轴器（凸缘离合器）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 湖南科技大学专用 作者： 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

6、。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 VV30 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，但结构简单、使用方便、传递扭矩较大，但不能不能 补偿偏移也补偿偏移也不能缓冲减振不能缓冲减振 。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。湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云二、挠性联轴器二、挠性联轴器结构：结构：两个有内齿和凸缘的外壳，两个有外齿的套筒，两者齿两个有内齿和凸缘的外壳，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

7、外数相同，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、偏斜。能补偿轴不对中、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 1.1.齿式联轴器（无弹性元件）齿式联轴器（无弹性元件）湖南科技大学专用 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、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。湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云2、滑块联

8、轴器（无弹性元件）滑块联轴器（无弹性元件）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，

9、v300 r/minv300 r/min y y湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云3、万向联轴器（无弹性元件）万向联轴器（无弹性元件）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湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云结构特点：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

10、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，缺点：缺点：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。从动轴的转速也是不断变从动轴的转速也是不断变化的，将产生附加动载荷。化的，将产生附加动载荷。轴间角：轴间角：=0=04545湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云改进：改进：双万向铰链机构双万向铰链机构将两个单万向铰链机构串联使用，将两个单万向铰链机构串联使用，构成双万向铰链机构。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、

11、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。C2121C为了消除从动轴变速转动的缺点，常湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云如：如： 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。AAA-AAAAA模型演示模型演示湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云A、弹性套柱销联轴器、弹性套柱销联轴器4、弹性元件挠性联轴器弹性元件挠性联轴器结构特点：结构特点：外观

12、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湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云B、弹性柱销联轴器、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中用尼龙制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔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

13、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，并允能补偿较大的轴向位移，并允许微量的径向位移和角位移许微量的径向位移和角位移两种柱销湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云C、轮胎式弹性联轴器、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。

14、允结构简单、易于变形。允 许较大的综合偏移。许较大的综合偏移。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/minn5000 r/min 轮胎环轮胎环D D止退垫板止退垫板金属弹性元件挠性联轴器：弹性元件为各种弹簧金属弹性元件挠性联轴器：弹性元件为各种弹簧不另行介绍不另行介绍.参见教材参见教材.湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 作用：作用：在工作转矩超过机器允许的极限转速时，连

15、接件在工作转矩超过机器允许的极限转速时，连接件自动折断、分离或打滑使传动中断或限制转矩的传递，自动折断、分离或打滑使传动中断或限制转矩的传递，以保护机器中的重要零件不致损坏，从而起到安全保护以保护机器中的重要零件不致损坏，从而起到安全保护作用作用。分类分类：剪销式、钢珠式、摩擦式、液压式安全联轴器。：剪销式、钢珠式、摩擦式、液压式安全联轴器。三、安全联轴器三、安全联轴器如剪销式联轴器，结构与凸缘联轴器类似。连接用销如剪销式联轴器，结构与凸缘联轴器类似。连接用销钉而不用螺栓。过载时会被剪断。钉而不用螺栓。过载时会被剪断。又如摩擦式联轴器，靠多个摩擦片之间的摩擦力传递又如摩擦式联轴器，靠多个摩擦片

16、之间的摩擦力传递动力；当过载时，摩擦片之间会打滑，起到安全保护动力；当过载时，摩擦片之间会打滑，起到安全保护作用。作用。湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 15-2 离合器离合器工作特点：工作特点：用于刚性动态联接（机器工作时可用）；用于刚性动态联接（机器工作时可用）；分类：分类：操纵离合器：机械式、电磁式、操纵离合器：机械式、电磁式、 液压式、气动式液压式、气动式作用：作用：主要用于主要用于将两根轴联接在一起或分离。也可兼有将两根轴联接在一起或分离。也可兼有过载保护作用。实现启停、变速、运动的同步或超越。过载保护作用。实现启停、变速、运动的同步或超越。离合器离合器自动离合器：安全离合器、超

17、越离合器、自动离合器：安全离合器、超越离合器、 离心离合器。离心离合器。湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云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。 一、一、操纵操纵式离合器式离合器（结合与分离由外界操纵）（结合与分离由外界操纵）湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 牙型牙型303040402 28 82 28 86060三角形三角

18、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。湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云2 摩擦离合器摩擦离合器123A、单片式圆盘摩擦离合器单片式圆盘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、滑环组成。、滑环

19、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结合过程中不可避免出现打滑，引起磨损和发热；出现打滑，引起磨损和发热； 2. .过载时打滑，起保护作用；过载时打滑，起保护作用； 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. .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；Fa213FaRf湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云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

20、环，通过杠杆作用，压紧通过杠杆作用，压紧或放松磨擦片，来实或放松磨擦片，来实现两轴的结合与分离。现两轴的结合与分离。 调整螺母调整螺母被动摩擦片被动摩擦片B、多片式圆盘摩擦离合器多片式圆盘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；摩擦片材料：摩擦片材料：淬火钢淬火钢片、压制石棉片。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过大将使各层间压过大将使各层间压力不均匀，一般取力不均匀，一般取: : z=1215湖南科技大学专用 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15-2 常用摩擦片材料的常用摩擦片材

21、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、

22、并能 在繁重的条件下运转。在繁重的条件下运转。湖南科技大学专用 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 3、圆锥式摩擦离合器圆锥式摩擦离合器结构：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：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。湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云如：如： 磁粉离合器磁粉离合器

23、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传递靠磁粉的结合力以及磁粉与两工作面之间的摩擦力传递转矩。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。 输入输入湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云二、二、 自动离合器：自动离合器：根据机器运转参数的改变而自动接合或分离。根据机器运转参数的改变而自

24、动接合或分离。分类：分类：安全离合器：当工作转矩达到设计规定值时安全离合器：当工作转矩达到设计规定值时 自动分离而起保护作用。自动分离而起保护作用。超越离合器：根据主、从动轴转速差实现接超越离合器：根据主、从动轴转速差实现接 合或分离。合或分离。离心离合器：达到某转速时，靠离心力自行离心离合器：达到某转速时，靠离心力自行 接合或分离。接合或分离。湖南科技大学专用 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

25、簧推杆等零件组成。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。 滚柱式超越离合器滚柱式超越离合器 超越离合器超越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。如如 安全离合器安全离合器湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 离合器大都已经标准化了，可直接选用。离合器大都已经标准化了，可直接选用。工作条件工作条件选类型选类型可参考有关手册可参考有关手册设计基本要求：接合平稳

26、；分离迅速而完全；调节设计基本要求：接合平稳；分离迅速而完全；调节和维护方便；外廓尺寸小，质量轻；耐磨性好；有和维护方便；外廓尺寸小，质量轻；耐磨性好；有足够的散热能力；操纵灵活。足够的散热能力；操纵灵活。湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云15-3 制制 动动 器器结构：结构：由瓦块、制动轮等零件组成。由瓦块、制动轮等零件组成。工作原理：工作原理：通电松开，断电后靠弹簧拉力实现制动。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：作用：降低机械运转速度或迫使机械停止运转的装置。降低机械运转速度或迫使机械停止运转的装置。应用：应用：车辆、起重机械等。车辆、起重机械等。一、块式制动器一、块式制动器湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云abaFDhH制动力矩的计算：制动力矩的计算： FF弹簧力FNFN制动反力FN =0.95FH/h 0.95-摩擦损耗的系数摩擦损耗的系数 杠杆连接处制动力矩：制动力矩： T= FN f D 瓦块材料瓦块材料：铸铁、或铸铁表面复以皮革或石棉带。铸铁、或铸铁表面复以皮革或石棉带。特点：特点：结构简单、紧凑。结构简单、紧凑。二、带式制动器二、带式制动器FF瓦块制动器已经规范化，可根据所需的制动力矩选型。瓦块制动器已经规范化，可根据所需的制动