第7章 联接 联轴离合制动器

1、7.47.4 联轴器联轴器7.5 7.5 离合器离合器7.6 7.6 制动器制动器 第七章第七章 联接联接 联轴器、离合器和制动器联轴器、离合器和制动器本节概要：本节主要介绍有代表性的几种联轴器、本节概要：本节主要介绍有代表性的几种联轴器、离器和制动器的工作原理、结构特点及选用方法。离器和制动器的工作原理、结构特点及选用方法。7.7.4 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；而离合器则用联轴器用于刚性静态联接；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：挠性联轴器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

2、：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。7.4.1 联轴器联轴器的功用与类型的功用与类型安全联轴器安全联轴器齿式、滑块等齿式、滑块等膜片、簧片等膜片、簧片等弹性套柱销、弹性柱销等弹性套柱销、弹性柱销等 按照有无补偿轴线相对位移能力，将联轴器分为刚性联按照有无补偿轴线相对位移能力，将联轴器分为刚性联轴器和挠性联轴器两类。轴器和挠性联轴器两类。 1. 刚性联轴器刚性联轴器 刚性联轴器结构简单，制造方便，承载能力大

3、，成本低，刚性联轴器结构简单，制造方便，承载能力大，成本低，但没有补偿轴线位移的能力，使用于载荷平稳、两轴对中良但没有补偿轴线位移的能力，使用于载荷平稳、两轴对中良好的场合。好的场合。 刚性联轴器有套筒式刚性联轴器有套筒式(如图如图7-20所示所示)、凸缘式、凸缘式(如图如图7-19所示所示)等。等。 套筒式联轴器套筒式联轴器利用套筒将两轴套接，然后用键、销将套利用套筒将两轴套接，然后用键、销将套筒和轴连接。其特点是径向尺寸小，可根据不同轴径自行设筒和轴连接。其特点是径向尺寸小，可根据不同轴径自行设计制造，在仪器中应用较广。计制造，在仪器中应用较广。 凸缘式联轴器凸缘式联轴器由两个带凸缘的半联

4、轴器组成，半联轴器由两个带凸缘的半联轴器组成，半联轴器分别由键与两轴连接，然后用螺栓将两个半联轴器连接在一分别由键与两轴连接，然后用螺栓将两个半联轴器连接在一起。凸缘式联轴器结构简单、传递扭矩大、传力可靠、对中起。凸缘式联轴器结构简单、传递扭矩大、传力可靠、对中性好，装拆方便，应用广泛，应按标准选用。性好，装拆方便，应用广泛，应按标准选用。图7-19 凸缘联轴器y yx x 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。 7.4.2 挠性联轴器挠性联轴器由于制造、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

5、、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 xy 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。图图7-18 联轴器所联两轴的偏移联轴器所联两轴的偏移1、 齿式联轴器齿式联轴器 如图如图7-22所示，齿式联轴器由两个带有外齿的内套所示，齿式联轴器由两个带有外齿的内套筒筒2、4和两个带有内齿及凸缘的外套筒和两个带有内齿及凸缘的外套筒1、3组成。两个组成。两个内套筒分别内套筒分别用键与主、从动轴连接用键与主、

6、从动轴连接，两个外套筒用螺栓，两个外套筒用螺栓联成一体，依靠内外齿相啮合传递转矩。为补偿两轴的联成一体，依靠内外齿相啮合传递转矩。为补偿两轴的综合偏移，通常将轮齿修形制成鼓形齿，且具有较大的综合偏移，通常将轮齿修形制成鼓形齿，且具有较大的侧隙和顶隙。具有良好的补偿综合偏移的能力，且外廓侧隙和顶隙。具有良好的补偿综合偏移的能力，且外廓尺寸紧凑，但成本较高，需要在良好的润滑与密封条件尺寸紧凑，但成本较高，需要在良好的润滑与密封条件下工作。齿式联轴器应用广泛，适用于高速、重载、启下工作。齿式联轴器应用广泛，适用于高速、重载、启动频繁和经常正反转的场合。动频繁和经常正反转的场合。优点：优点：传递扭矩大

7、、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。图图7-22 齿式联轴器齿式联轴器2 2、滑块联轴器、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。

8、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，v300 r/minv300 r/min y y 单万向联轴器单万向联轴器作用：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3 3、万向联轴器、万向联轴器vA1 = r1结构特点：结构特点：两传动轴

9、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 = r2A2A1 1Brr= r cos 2显然有显然有 ： vA1 = vA2 =0=04545轴间角为轴间角为 ： r”其它位置：其它位置：代入得：代入得：1 1BBA2

10、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 cos2 1=”2 =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=KATTKA为工作情况系数；为工作情况系数；T为传递转矩；为传递转矩；表表7-12 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、

11、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 2.3n n 大多数联轴器已经标准化或规格化，一般机械设计大多数联轴器已经标准化或规格化，一般机械设计者的任务是选用联轴器，不需要设计。者的任务是选用联轴器，不需要设计。一、链轴器类型的选择一、链轴器类型的选择 原则原则 转矩、转速、轴径、相对位移、工作环境、成本等转矩、转速、轴径、相对位移、工作环境、成本等1) 考虑传递转矩的大小、性质以及对缓冲减振

12、要求考虑传递转矩的大小、性质以及对缓冲减振要求 确定型号与规格确定型号与规格7.4.3 7.4.3 联轴器的选择联轴器的选择 具体应考虑如下要求对大功率重载传动，宜选用齿轮联轴器；对大功率重载传动，宜选用齿轮联轴器；严重冲击载荷或消除轴系扭转振动的传动，宜严重冲击载荷或消除轴系扭转振动的传动，宜选用轮胎联轴器；选用轮胎联轴器；选用原则：选用原则： 2) 考虑工作转速的高低和引起离心力的大小考虑工作转速的高低和引起离心力的大小 对高速传动轴，宜选用平衡精度较高的膜片联轴器对高速传动轴，宜选用平衡精度较高的膜片联轴器，不能选用存在偏心的滑块联轴器；，不能选用存在偏心的滑块联轴器； 安装调整两轴难以

13、精确对中、或者工作中产生较大安装调整两轴难以精确对中、或者工作中产生较大位移时，应选用挠性联轴器：位移时，应选用挠性联轴器：3) 两轴相对位移的大小和方向两轴相对位移的大小和方向 径向位移较大时：径向位移较大时：= = 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

14、胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀介质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，压选择装拆方便、维护在满足使用要求的前提下，压选择装拆方便、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。

15、 6) 安全性要求安全性要求 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7.4-2 工作情况系数工作情况系数KA原动机原动机 (KA) 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

16、2.3 2.5 2.8 3.2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 4.0二、二、 计算联轴器的扭矩计算联轴器的扭矩 计算转矩：计算转矩： Tc=KATKA为工作情况系数；为工作情况系数；见下页T为公称扭矩；为公称扭矩；三、三、 确定联轴器的型号确定联轴器的型号 选型依据：选型依据： Tc T ， 由相关标准确定型号；由相关标准确定型号； 四、四、 校核最大转速校核最大转速 n nmax 六、规定部件相应的安装精度六、规定部件相应的

17、安装精度 被联接轴的转速被联接轴的转速n，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：五、协调轴孔直径五、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

18、轴器除了要满足转矩和转速的要求外，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

19、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；7.5 7.5 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7.5.1.17.5.1.1 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

20、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利用操纵杆移动滑环，实现两套筒的结合与分离。分离。 7.5.1 操纵操纵离合器离合器牙型牙型303040402 28 82 28 86060三角形三角形梯梯 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。特点：特

21、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:hKATzWD0b b= = b b 2KATzD0ah 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。D0ah式中：式中：h为牙齿高度；为牙齿高度；z为牙齿数；

22、为牙齿数；7.5.1.2 7.5.1.2 圆盘圆盘摩擦离合器摩擦离合器123一、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

23、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；FaRf213Fa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；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

24、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 Rfz Fa f (D1 +D2)=4 KA T4 Fap =(D1 +D2)表面压强表面压强:p D1D2有润滑剂有润滑剂 无润滑剂无润滑剂 p/ MPa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

25、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。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

26、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。星轮星轮外环外环滚柱滚柱弹簧推杆弹簧推杆2.自控离合器自控离合器自控离合器自控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当转速或转矩达到某一定值时，它们便会自行接合或分离。当转速或转矩达到某一定值时，它们便会自行接合或分离。内星轮滚柱超越离合器内星轮滚柱超越离合器7.5.2 7.5.2 离合器的选用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，一般适用于低速接合，转矩不间的联接无相对运动，一般适用于低速接合，转矩不大的场合；大的场合；摩擦式离合器可在任何转速下实现两轴的接合或分摩擦式离合器可在任何转速下实现两轴的接合或分离；接合过程平稳，冲击振动较小；可有过载保护作离；接合过程平稳，冲击