机械设计基础-第3版-教学课件-ppt-11-14-第十三章--联轴器

1、第十三章 联轴器、离合器和制动器概 述 联轴器和离合器是用来连接两轴（或轴与转动件），并传递运动和转矩的部件。 联轴器：连接的两轴只有在机器停车后，通过拆卸才能彼此分离。 离合器：连接的两轴可在机器转动过程中，随时分离和接合。 制动器：对机械的运动件施加阻力或阻力矩，使其减速、停止或保持静止状态的部件。 联轴器、离合器和制动器大多已标准化，设计时，只需根据工作要求从机械设计手册或产品样本中选用即可。卷扬机示意图1电动机 2联轴器 3减速器 4离合器 5卷筒 6制动器 联轴器连接的主动轴和从动轴属于两个机器或部件，由于制造、安装等误差，相联两轴的轴线很难精确对中。 第一节 联轴器一、联轴器的组成

2、和分类 为保证轴的正常工作，应选用不同类型的联轴器以适应和补偿不同位移的要求。两轴轴线的相对位移a)轴向位移x b)角度位移 c)径向位移y d)综合位移x、y、联轴器由两个半联轴器及其连接件组成。二、刚性联轴器 联轴器大多已标准化，设计人员可根据实际工作条件和使用要求，查阅有关机械设计手册选用。挠性联轴器联轴器刚性联轴器无弹性元件的挠性联轴器有弹性元件的挠性联轴器 特点：结构简单、制造容易、价格便宜，不具有缓冲减振、补偿相对位移的能力。刚性固定式联轴器中的元件全部由刚性零件组成。 应用：载荷平稳，转速不高，工作中轴线不会发生相对位移的两轴连接。 1套筒联轴器 套筒联轴器由连接两轴轴端的公用套

3、筒和连接套筒与轴的连接零件（键或销）所组成。套筒联轴器a)用圆锥销连接 b)用平键和紧定螺钉连接 优点：结构简单、径向尺寸小，可根据不同轴径尺寸自行设计制造。 缺点：轴向尺寸较大，装拆时相连的机器设备需作较大的轴向位移 应用：传递转矩较小、转速较低，能轴向装拆的场合。套筒联轴器一般用于无轴肩的光轴，应用较广泛。 2凸缘联轴器由分装在轴端带凸缘的两半联轴器和连接螺栓组成。 （1）用铰制孔螺栓实现对中 装拆方便，只需拆下螺栓即可。靠螺栓的剪切传递转矩，联轴器的尺寸较小。（2）用凸肩和凹槽相嵌合实现对中 对中精度较高，靠普通螺栓连接的预紧力在凸缘接触表面产生的摩擦力传递转矩。装拆时需作轴向移动，故不

4、宜经常拆卸。 凸缘联轴器结构简单，传递转矩较大，但不能缓冲减振，故适用于要求对中精度较高、载荷平稳及转速不高的场合。3夹壳联轴器 夹壳联轴器由两个半筒形的夹壳1，3、安全罩2及一组连接螺栓组成。 夹壳联轴器依靠壳与轴夹紧后产生的摩擦力传递转矩，为了连接可靠，在联轴器中一般仍装有平键。这种联轴器拆装时不需移动轴，使用方便。 适用于低速、载荷平稳的场合，通常外缘速度5m/s，否则需要进行平衡校核。三、无弹性元件的挠性联轴器 无弹性元件挠性联轴器由刚性零件组成，不能缓冲减振，但具有补偿相对位移的能力。它适用于基础和机架刚性较差、工作中不能保证两轴轴线对中的连接。1十字滑块联轴器 十字滑块联轴器由两个

5、端面开有凹槽的半联轴器1、3和一个两侧都有凸块的中间圆盘2组成。 十字滑块联轴器结构简单，制造方便，径向尺寸小，适合于两轴线间相对径向位移较大，传递转矩较大及无冲击的低速传动场合。 结构：与十字滑块联轴器相似，由两个宽沟槽的半联轴器及中间盘组成，中间盘改为方形滑块。 2. 滑块联轴器 材料：滑块为夹布胶木或尼龙6+石墨或二硫化钼，具有弹性和自润滑作用； 特点：结构简单，尺寸紧凑；应用：小功率、高转速、无剧烈冲击处。3齿式联轴器 齿式联轴器由两个带有外齿的半联轴器1、2和两个带有内齿的外壳3、4所组成。 两半联轴器的外齿齿面加工成鼓形，齿顶加工成椭球面，啮合齿间有较大的顶隙和侧隙，使齿轮联轴器具

6、有良好的补偿综合位移的能力。 齿轮联轴器传递转矩较大，适用速度范围广，工作可靠，对安装精度要求不高；但结构复杂，质量较大，制造较难，成本较高，故主要用于重型机械。4滚子链联轴器 滚子链联轴器由两个带有链轮的半联轴器1、3和一条双排或单排的滚子链2、以及安全罩4、5所组成。 滚子链联轴器的润滑对其性能有很大影响。转速较低时应定期涂润滑脂，转速高时更应充分润滑。 联轴器结构简单，成本低，装拆方便，径向尺寸小，质量轻，转动惯量小，效率高，工作可靠，使用寿命长，可以在恶劣环境下工作，具有位移补偿能力和缓冲能力。链条与其相配件间存在间隙，不宜用于逆向传动、起动频繁的传动和立轴传动。同时由于受离心力的影响

7、也不宜用于高速传动。5万向联轴器 万向联轴器有十字轴式、球笼式、球叉式、球销式、球铰式等结构形式，十字轴式万向联轴器最常用。 万向联轴器由叉形接头1、3，中间连接件2和轴销4、5所组成。轴销4与5相互垂直把两个叉形接头与中间连接件2连接。该联轴器允许两轴间有较大的夹角，最大可达350450 ，在机器转动时，夹角发生改变仍可正常传动。 万向联轴器的缺点：当主动轴的角速度1为常数时，从动轴的角速度2不是常数，在（1cos21/cos）范围内作周期性变化，引起附加动载荷。为克服此缺点，十字轴式万向联轴器应成对使用。 安装时必须保证输入轴、输出轴与中间轴之间的夹角相等，中间轴两端的叉形接头应在同一平面

8、内。只有双万向联轴器才能使主、从动轴角速度相等，避免动载荷的产生。 万向联轴器具有较大的角位移补偿能力，结构紧凑，维护方便，广泛用于汽车、拖拉机和机床等机械传动中。 两半联轴器间的载荷通过弹性元件传递，联轴器不但可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的功能，故适用于高速和正反转变化较多、起动频繁的场合。四、有弹性元件的挠性联轴器 制造弹性元件的材料有金属和非金属两种。金属材料制成的弹性元件（主要为各种弹簧）的特点是：强度高、尺寸小、承载能力大、寿命长、其性能受工作环境影响小等，但制造成本较高。非金属材料（如橡胶、塑料等）制成的弹性元件的特点是：质量轻、价格较低、缓冲或减振性能较好，但强度较

9、低、承载能力较小、易老化、寿命短，性能受环境条件影响较大等，故使用范围受到一定限制。 1弹性套柱销联轴器 弹性套柱销联轴器有两个带凸缘的半联轴器与主、从动轴相连，连接两个半联轴器的带弹性套的柱销。弹性套为橡胶，柱销为45钢，右边圆柱部分与弹性套配合，左边圆锥面用螺纹连接固定在半联轴器凸缘上。 弹性套柱销联轴器结构简单，安装方便，易于制造，能缓冲吸振；但弹性套工作时受挤压产生的变形量不大，所以补偿相对位移量有限，缓冲吸振性能不高；适用于正反转，起动频繁、载荷较平稳和传递转矩较小的场合。2弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器由两半联轴器1、4和弹性柱销2组成。 为防止柱销滑出，在联轴器外侧用螺钉固定挡板3

10、。柱销用尼龙制造，具有一定的弹性和耐磨性。柱销形状为圆柱形与鼓形的组合体；在载荷平稳、安装精度较高的情况下，也可采用整体为圆柱体的柱销。 联轴器结构简单，装拆方便，传递转矩较大，有缓冲减振作用，两轴有少量的径向位移和角位移，用于轴向窜动量较大、正反转变化较多和起动频繁的场合。尼龙销对温度较敏感，使用温度应控制在 20 +70范围内。3梅花形弹性联轴器梅花形弹性联轴器由两个半联轴器1、3和弹性体2组成。 弹性体根据使用要求选用不同硬度的聚氨酯橡胶、尼龙等材料制造。工作时，梅花形弹性体受压缩并传递转矩。 梅花形弹性联轴器结构简单，耐磨性好，有补偿两轴相对位移的能力，缓冲减振性能好，适应性强，传递转

11、矩大，使用寿命长，适用于各种机械。工作温度范围为3538，短时工作温度可达100。4轮胎式联轴器 轮胎式联轴器由两个半联轴器1和5、橡胶或橡胶织物制成的轮胎形弹性元件3、夹紧板2、连接螺钉4组成。 轮胎式联轴器具有弹性，有良好的吸振缓冲、电绝缘性，可以补偿较大的轴向位移，不需润滑，使用寿命长，但径向尺寸较大，当转矩较大时，因过大的扭转变形产生附加轴向载荷。适用于正反转多变、起动频繁和冲击大的场合。五、联轴器的选择1联轴器类型的选择 对低速、刚性大的短轴，选用刚性联轴器；对低速、刚性小的长轴，选用无弹性元件挠性联轴器；对传递转矩较大的重型机械，选用齿式联轴器；对高速且有冲击或振动的轴，选用有弹性

12、元件的挠性联轴器等。2联轴器型号的选择 根据轴端的直径、转矩和转速从机械设计手册中选定型号。 计算转矩Tca是考虑工作过程中的过载、起动和制动时惯性力矩的影响，将联轴器所传递的公称转矩T适当增大。 根据工作要求选定合适的类型，根据轴的直径、计算转矩和转速，从机械设计手册中查找出适用的型号。特殊情况下，需对关键零件进行计算。Tca = KT K是工作情况系数，见表13-2。第二节 离合器一、离合器的组成与分类 离合器是在机器运转过程中可将轴随时分离或接合的一种装置，它被广泛应用于各种机器中。离合器组成：主动部分、从动部分、接合元件和操纵部。1.组成2.分类按离合方式分操纵离合器自动离合器机械离合

13、器电磁离合器气压离合器液压离合器超越离合器离心离合器安全离合器摩擦式离合器按接合元件的工作原理分啮合式离合器离合器二、操纵离合器1牙嵌离合器 半离合器1用平键和主动轴连接，半离合器2用导向平键3（或花键）与从动轴连接，由操纵装置带动滑环4使其沿导向平键在从动轴上作轴向移动，实现两个半离合器的分离与接合。固定在半离合器1上的对中环5，用来保证两轴对中。（1）组成：两个端面制有凸出牙齿的两个半离合器1、2。 三角形：低速，中、小扭矩. 矩 形：很少用，接合、分离困难，磨损后间隙无法补偿。 梯 形：强度高，能自动补偿牙的磨损，冲击小、传递较大扭矩，便于分离，应用广泛。 锯齿形：强度高，可传递更大扭矩

14、，但只能单方向工作。（2）牙型：矩形、梯形、锯齿形三种。 （3）特点：结构简单，外廓尺寸小，接合后两个半离合器之间没有相对转动，但只适用于两轴的转速差较小或相对静止的情况下接合，否则接合和分离时牙间会发生很大的冲击，影响牙的寿命。2圆盘摩擦离合器（1）单盘摩擦离合器圆盘摩擦离合器有单盘和多盘两种。 主动摩擦盘2与主动轴1通过平键和轴肩得到周向和轴向定位，从动摩擦盘3通过导向平键 6与从动轴5周向定位，由操纵装置拨动滑环 4使其在从动轴上左右滑动。工作时，可向左施力使两摩擦圆盘接触并压紧，从而产生摩擦力来传递运动和转矩。 单盘摩擦离合器结构简单，散热性好，但传递的转矩有限，仅适用于包装，纺织等轻

15、型机械。（2）多盘摩擦离合器 组成：两组摩擦盘，一组外摩擦盘3和外壳2连接（外圆齿插入外壳槽内），另一组内摩擦盘4和套筒9连接（内圆齿插入套筒槽内）。外壳2和套筒9分别固定在主动轴 1和从动轴10上，内、外摩擦盘交错排列。 工作时，滑环8左移，通过杠杆7使两组摩擦盘压紧，此时离合器处于接合状态。同主动轴和外壳一起转动的外摩擦盘通过摩擦力将运动和转矩传递给内摩擦盘，带动套筒和从动轴转动。 滑环8右移时，杠杆7在弹簧6的作用下放松摩擦盘，离合器分开。调节螺母5用来调节内外摩擦片盘组间的压力。 摩擦盘数目多，可增大所传递的转矩；但盘数过多，会影响分离动作的灵敏性，通常限制在1015对以下。 多盘摩擦

16、离合器能传递较大的转矩而又不会使其径向尺寸过大，故在机床、汽车及摩托车等机械中应用广泛。 3磁粉离合器磁粉离合器是电磁操纵的离合器，利用磁粉传递转矩。 工作原理：金属圆筒1与从动轴相连，嵌有环形励磁线圈3的电磁铁4与主动轴相连，金属圆筒1与电磁铁4之间留有 1.52mm 的间隙，内装磁粉（导磁铁粉混合物）2。励磁线圈中无电流时，磁粉通过离心力甩到金属圆筒 1内壁上，并疏散开，离合器处于分离状态。通电后，励磁线圈产生磁场，磁粉在磁场作用下被吸引到金属圆筒与转子间聚集，产生磁连接力，主、从动轴连接起来，离合器处于接合状态。磁粉离合器依靠磁粉间的磁力和摩擦力将主动轴的转矩传递给从动轴。 磁粉离合器可

17、以实现远距离操纵，通过改变励磁电流的大小可以获得不同的转矩。它操纵方便，离合平稳，工作可靠，结构简单，但质量大，工作一定时间后需要更换磁粉，磁粉离合器现已广泛应用于机床和航空仪表中。三、自动离合器 自动离合器是一种根据机器运动和动力参数，如转速、转矩等的变化而自动完成接合和分离动作的离合器。1超越离合器组成：星轮1、外环2、滚柱3和弹簧顶杆4 工作原理：星轮为主动件并顺时针转动时，滚柱被摩擦力带动而楔紧在槽的狭窄部分，带动外环一起转动，离合器处于接合状态；当星轮反向转动时，滚柱受摩擦力的作用被推到槽中宽敞部分，外环不随星轮转动，离合器处于分离状态；如果星轮仍按顺时针方向转动，外环获得与星轮转向

18、相同而转速较大的运动时，离合器处于分离状态。 这种离合器的接合和分离与星轮与外环间速度差有关，因此称为超越离合器，又称为差速离合器。2安全离合器 安全离合器通常有啮合式和摩擦式两种。当转矩超过一定的数值时，安全离合器将使主动轴和从动轴分开或打滑，从而防止机器中重要零件的损坏。（1）牙嵌安全离合器 工作时，两半离合器由弹簧2的压紧力使牙盘 3、4 嵌合传递转矩。当转矩超过一定值，接合牙面上的轴向力超过弹簧力和摩擦阻力使两半离合器分离；当转矩降低到某一个确定值以下，离合器会自动接合。弹簧压力的大小可通过螺母1进行调节。（2）多盘摩擦安全离合器 工作原理：与多盘摩擦离合器相似，只是没有操纵机构，用弹

19、簧1将内、外摩擦盘组3、2压紧，并用螺母4调节压紧力的大小。当工作转矩超过离合器所能传递的转矩时，摩擦盘接触面间因摩擦力不足而发生打滑，对机器起到安全保护的作用。第三节 制动器 制动器用于机械减速或使其停止的装置。也可用作调节或限制机械运动速度。它是保证机械安全工作的重要部件。一、制动器的组成与分类（1）组成：制动架、摩擦元件和松闸器等。 按工作状态分：常闭式和常开式。常闭式制动器靠弹簧或重力的作用经常处于紧闸状态，而机构运行时，则用人力或松闸器使制动器松闸。与此相反，常开式制动器经常处于松闸状态，只有施加外力时才能使其紧闸。 按构造特征分：摩擦式制动器和非摩擦式制动器。摩擦式制动器有：外抱块

20、式制动器、内张蹄式制动器、带式制动器和盘式制动器；非摩擦式制动器有：磁粉式制动器、磁涡流式制动器和水涡流式制动器。（2）分类 工作原理：当施加外力F时，杠杆1收紧制动带2而抱住制动轮3，此时凭借带与制动轮之间产生的摩擦力矩以实现制动；当通过电磁铁4提起杠杆1时，制动带2与制动轮3脱开而松闸。二、常用摩擦制动器1带式制动器 缺点：制动时轴受力大，带和制动轮间压力不均匀，磨损也不均匀，且带易断裂。为了增强制动效果，在制动带上可衬垫石棉基摩擦材料或粉末冶金材料等。 优点：结构简单、尺寸紧凑、可产生较大的制动转矩。 应用：带式制动器常用于大型机械，要求结构紧凑的场合，如用于起重运输机械中。2外抱块式制

21、动器 工作原理：当铁芯线圈1通电时，电磁铁2与铁芯线圈1中的铁心相吸，使电磁铁绕O点逆时针转动一角度，压推杆向右移动，主弹簧4被压缩，左右两制动臂8带动左右两闸瓦6向外摆动而松闸。辅助弹簧5在松闸时促使左右两制动臂和闸瓦离开制动轮7； 断电时，在主弹簧4的拉力作用下，左右两制动臂被拉拢，压紧制动轮进行制动。闸瓦的材料可用铸铁，也可用在铸铁上覆以皮革或石棉带等。 优点是：制动和开启迅速、尺寸小、质量轻、易于调整瓦块间隙。 缺点是：制动时冲击力大，电能消耗也大，不宜用制动力矩大和需要频繁制动的场合。外抱块式式制动器常用于如车辆的车轮和电动葫芦中。3内张蹄式制动器 工作原理：制动时，压力油进入油缸4，推动左右两活塞移动，在活塞力F的作用下，两制动蹄1以销轴2为支点向外摆动，压紧在制动轮3的内表面上，实现制动。油路卸压后，弹簧5使两制动蹄与两制动轮分离，制动器处于松开状态。 特点：结构紧凑，散热性好，密