14第十四章-联轴器和离合器解析

第十四章

联轴器离合器和制动器

(Couples、ClutchesandBrakes)1、了解常用联轴器的主要类型和用途；2、驾驭常用联轴器的结构、工作原理、特点以及选择和计算方法；3、了解常用离合器的类型和特点；4、驾驭常用离合器的工作原理及应用。5、了解制动器的工作原理。一.教学目标二.重点和难点重点内容：1、联轴器离的主要类型、结构特点、工作原理；2、刚性联轴器和弹性联轴器有何区分；3、联轴器和离合器在功能上的同异。第一节概述用来联接不同部件之间的两根轴或轴与其它回转零件，使之一起回转而不脱开的一种装置。联接的两轴在工作时不能分开，必需停车通过拆卸才能分别与联轴器的区分在于－机器工作时，联接的两轴能随时接合或分别制动器（braks）：用来使机器快速停止运转，也可以用来降低或调整机器的速度这些部件大多已标准化，只需依据运用要求合理选用联轴器(couples)：离合器(clutches)：其次节联轴器yxα

α

xy轴向位移径向位移角度位移综合位移要求联轴器在结构上应具有补偿确定范围偏移量的实力。刚性联轴器挠性联轴器无弹性元件有弹性元件用在两轴有偏斜或工作中有相对位移的场合挠性联轴器利用联轴器工作零件间的间隙和连接的活动度来补偿位移利用联轴器中弹性元件的变形来补偿位移用在两轴能严格对中的场合联轴器(凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等)(滑块联轴器、齿轮联轴器、万向联轴器等)联轴器分类一、刚性联轴器(rigidcoupling)1、凸缘联轴器(flangecoupling)GB/T5843-2003I型联轴器用一般螺栓联接，靠接合面间的摩擦力(friction)来传递转矩，装拆时须要作轴向移动；II型联轴器用铰制孔螺栓联接，螺栓与孔为略有过盈的紧协作，靠螺栓杆承受挤压与剪切(shear)来传递转矩，装拆时不须要作轴向移动，但要配铰螺栓孔。刚性联轴器中运用最多的就是凸缘式联轴器。它由两个带凸缘的半联轴器组成，两个半联轴器通过键(key)分别与两轴相联接，并用螺栓(bolt)将两个半联轴器联成一体。两轴直径可以不相同，也可以连接圆锥形轴伸。对于受中等载荷，圆周速度v小于35m/s时，凸缘联轴器的材料可以运用HT200等中等强度的灰铸铁。重载或圆周速度v大于30m/s时小于75m/s可以接受35、45铸钢或锻钢。（v为联轴器外缘的圆周速度）凸缘式联轴器结构简洁、价格低廉，运用便利，能传递较大的转矩，但要求被联接的两轴必需安装精确，严格对中。它适用于工作平稳、刚性好和速度较低的场合。凸缘联轴器的尺寸可以依据标准GB5843-86选用。传递较小的转矩2、套筒联轴器可传递较大的转矩，但必需用紧定螺钉作轴向固定特点：结构简洁紧凑，易于制造，但装拆不便利，两轴对中性要求较高。应用：适应于低速（最大不超过250r/min）、轻载无冲击，安装精度高的场合。在机床中应用广泛。材料：共用套筒常用45钢，对于不重要或低速传动轴可用铸铁。圆锥销常用35、45钢3、夹壳式联轴器它由纵向剖分的两半筒形夹壳和联接它们的螺拴组成。这种联轴器在装卸时不须要移动轴，但只能连接两轴直径相同的圆柱形轴伸。高速运转时离心力会降低摩擦力，故只能用于低速场合。夹壳一般为HT200，半环用碳素结构钢Q275钢。1、十字滑块联轴器(cross-slidingcoupling)JB/ZQ4384-1997二、无弹性元件挠性联轴器(flexiblecouplingwithoutelasticelements)3412特点：结构简洁、制造简洁，可适应两轴间的综合偏移等优点。但由于十字滑块作偏心转动,工作时会产生较大的离心力,故适用于低速（一般规定n≤250r/min）、无冲击的场合。需定期进行润滑。2、滑块联轴器(JB/ZQ4384-1997)滑块式联轴器与十字块联轴器相像，只是两边半联轴器上的沟槽很宽，并把原来的中间盘改为两面不带凸牙的方形滑块，且通常用夹布胶木制成。这种联轴器结构简洁、尺寸紧凑，适用于小功率、高转速且无猛烈冲击的场合。3、万向联轴器(universaljoints)万向联轴器又称万向铰链机构，是由两个叉形零件和呈一个十字轴形的中间连接件所组成。允许两轴间有较大的角位移，其夹角α可达35º～45º。主要缺点：主动轴作等角速转动时，其从动轴作变角速转动。其变更范围ω1cosα≤ω2≤ω1/cosα所以在传动时将引起附加动载荷。为克服这一缺点，可接受双万向联轴器。安装要求：ααC2αα121C①主动、从动、中间三轴共面；②主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹角应相等；③中间轴两端的叉面应在同一平面内。4、齿式联轴器(gearcoupling)JB/T8854-2001为能补偿两轴的相对位移，将外齿的齿顶做成中心线在轴线上的球面，齿侧做成鼓形齿，且齿顶和齿侧留有较大的间隙，以使两轴发生综合位移

。特点：与十字滑块联轴器相比，齿轮联轴器的转速较高，且因为是多齿同时啮合，故齿轮联轴器工作牢靠，承载实力大，但制造困难，须要良好的润滑和密封，反转时有冲击，故一般重载下工作或高速运转的水平传动轴的连接。GICL型鼓形齿式联轴器材料：对于齿轮节圆速度较低的内外齿轮，可用45、ZG310-570，外齿轴套齿面硬度达269——341HBS，内齿圈齿面硬度241-302HBS；对于圆周速度较高的，外齿轴套、内齿圈可用合金钢35CrMoA、35CrMOVA等。5、滚子链联轴器（GB/T6069-2002）滚子链联轴器利用一条共用链条同时与两个齿数相同的并列链轮啮合，以实现两半联轴器的连接。特点：结构简洁、尺寸紧凑，重量轻、装拆便利，简洁修理，价廉并具有确定的补偿性能和缓冲性能，可用于潮湿、多尘、高温场合，但因链条的套筒与其相配存在间隙，不宜用于逆向传动，启动频繁和有冲击或立轴传动。同时受离心力影响也不宜用于高速传动。三、弹性元件挠性联轴器(flexiblecouplingwithelasticelements)特点及应用：联轴器因装有弹性元件，不但可以靠弹性元件的变形来补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲、吸振的实力。弹性联轴器广泛应用于常常正反转、起动常见的场合。弹性元件的材料有金属和非金属两种。非金属弹性元件常用橡胶、尼龙、工作塑料等制成，重量轻，且缓冲吸振性能较好，但强度较低，易老化，性能受环境条件影响较大，使用范围受到一定的限制。金属弹性元件一般采用弹簧钢，强度高，尺寸小，寿命长，但成本高。1、弹性套柱销联轴器(box-pincoupling)GB/T4323-2002弹性套柱销联轴器的结构与凸缘式联轴器很近似，只是用套有弹性套的柱销代替了联接螺纹，利用弹性套的弹性变形来补偿两轴的相对位移。电动机与减速器（或其它装置）之间就常运用这类联轴器。特点：重量轻、结构简洁、但弹性套易磨损、寿命较短，用于冲击载荷小、启动常见的中、小功率传动中。材料：弹性套用橡胶制成。2、弹性柱销联轴器（GB/T5014-1985）弹性柱销一般用尼龙制造。为了增加补偿量，常将柱销的一端制成鼓形。这种联轴器结构简洁，加工简洁，装拆、修理便利，不须要润滑，强度高，耐磨性好，寿命长，但弹性不如橡胶，简洁吸潮变形，尺寸稳定性较差，导热率低。适用于轴向串动较大、冲击不大，常常正反转或启动常见的中、低速以及较大，转矩的传动轴系。由于尼龙柱销对温度比较敏感，故运用温度限制在－20ºC～70ºC的范围内。装配联轴器时，将梅花形弹性元件的花瓣部分夹紧在两半联轴器端面的凸齿交织插进所形成的齿侧空间，以便在联轴器工作时起到缓冲减振的作用。弹性元件可依据运用要求选用不同硬度的聚氨酯橡胶、铸型尼龙等材料制造。3、梅花形弹性联轴器（GB/T5272-2002）特点：结构简洁，不须要润滑，零件数量少，制造简洁，主要零件可用模铸成形，外形尺寸小，工作牢靠，不宜维护。但安装时需沿轴向移动。工作温度范围-35ºC-+80ºC。轮胎状的弹性元件用橡胶或橡胶织物制成，骨架用低碳钢制成，二者硫化粘结在一起，骨架上焊有螺母，装配时用螺栓与两半联轴器的凸缘联接，依靠拧紧螺栓在轮胎环与凸缘端面之间产生的摩擦力来传递转矩。4、轮胎式联轴器（GB/T5844-2003）特点：弹性强、补偿位移实力大，有良好的阻尼和减振实力，绝缘性能好，运转时没有噪声，而且结构简洁、不须要润滑，装拆和维护便利。其缺点是承载实力小，外形尺寸较大，当转矩较大时会因为过大的扭转变形而产生附加轴向载荷。应用：适应于启动频繁、有冲击振动以及潮湿、多尘、相对位移较大的场合。膜片式联轴器在两半联轴器间接受一种很厚很薄的、各种形态的弹簧片。膜片材料要求有较高的强度极限和乏累强度，且易加工、耐腐蚀、耐热，目前主要用1CR18Ni9、1Cr18Ni9Ti等。膜片联轴器的弹性元件将没有间隙，一般不须要润滑重量轻，无噪声，对环境适应性强，牢靠性高承载大，效率高，寿命长，但扭转弹性较大，缓冲吸振差。主要用于载荷较平稳的中高速转动轴系，能补偿两轴相对位移，耐酸、耐腐蚀，允许工作温度高达200度的场合。5、膜片式联轴器（JB/T9147-2000）平安联轴器的作用是：当工作转矩超过机器允许的极限转矩时，连接件发生折断、脱开或打滑，自动停止工作，从而有效疼惜机器中重要零件不致损坏。图示为破断式平安联轴器。这种联轴器有单剪（图a）的和双剪的（图b）两种。现已单剪为例加以说明。这种联轴器的结构类似于凸缘联轴器，但不用螺栓，而是用钢制销钉联接。销钉装入经过淬火的两段钢制套管中，过载时立刻被剪断。四、平安联轴器(safethcoupling)选择联轴器的类型计算联轴器的计算转矩、转速进行必要的承载能力校核规定部件相应的安装精度协调轴孔直径校核最大转矩确定联轴器的型号五、联轴器的选择1、联轴器类型选择1）对中性：对中性好选刚性联轴器，需补偿时选挠性联轴器；4）转矩T：若T较大，可选用齿式联轴器；有严峻冲击或要消退轴系扭转振动时，可选用轮胎式联轴器等具有高弹性的联轴器。5）工作机转速凹凸：高速运转时，应选联轴器具有高平衡精度特性，以消退离心力产生的影响，其中膜片联轴器的高速运转适应性较好。6）装拆、维护、成本：在满足运用要求条件下，应选用成本低，不需维护的联轴器。7）牢靠性和工作环境：由金属元件制成的不须要润滑的联轴器比较牢靠；须要润滑的联轴器简洁造成环境污染；非金属元件的联轴器易老化。2）原动机和工作机的机械特性：尤其是原动机的机械特性，当载荷平稳时，选刚性联轴器，否则，选弹性联轴器。3）联轴器连接的轴系及其运转状况：连接轴系质量大，转动惯量大，又常常启动、变速或反转的，应选用能承受较大瞬时过载，并能缓冲吸振的联轴器。2、计算转矩Tc=KAT≤[T]其中：T为名义转矩(Nmm)；KA为工作状况系数，参见P346表14-1;３、确定联轴器的型号按Tca≤[T]，由联轴器标精确定联轴器型号，[T]为联轴器的许用转矩。４．校核最大转速被联接轴的转速n，不应超过联轴器许用的最高转速nmax，即：n≤nmax６．规定部件相应的安装精度７．进行必要的校核联轴器允许轴的相对位移偏差是有确定范围的，因此，必需保证轴及相应部件的安装精度。联轴器除了要满足转矩和转速的要求外，必要时还应对联轴器中的零件进行承载实力校核，如对非金属元件的许用温度校核等。５、协调轴孔直径被联接两轴的直径和形态（圆柱或圆锥）均可以不同，但必需使直径在所选联轴器型号规定的范围内，形态也应满足相应要求。3、标记第三节离合器(clutches)对离合器的基本要求是：接合平稳、分别快速彻底；操纵省力便利，质量和外廓尺寸小，维护和调整便利，耐磨性好等。

运用离合器是为了按须要随时分别和接合机器的两轴，如汽车临时停车而不熄火。机械式离合器按其工作原理主要分为牙嵌式、摩擦式两类。对于已标准化的离合器，其选择步骤和计算方法与联轴器相同。一、牙嵌式离合器(jawclutch)JB/T10611-2006牙嵌式离合器它是由两个端面带牙的半离合器组成。主动半离合器用平键与主动轴联接，从动半离合器用导向键(或花键)与从动轴联接。主动半离合器上安装有对中环，以保证两个半离合器对中。操纵时，通过操纵杆移动滑环，使两个半离合器的牙面嵌入（接合）或分开（分别）。固定套筒活动套筒滑环对中环牙型三角形梯形锯齿形----传递中小转矩、牙数为16~60----传递较大转矩、牙数为3~15三角形牙

用于传递中小转矩的低速离合器梯形牙自动补偿磨损后的间隙,从而减少冲击，应用广泛锯齿形牙

强度最高,承载能力最大,但仅能单向工作二、摩擦式离合器(discclutch)单片摩擦离合器:在主动轴和从动轴上分别安装了摩擦盘，操纵环可以使摩擦盘沿轴向移动。接合时将从动盘压在主动盘上，主动轴上的转矩即由两盘接触面间产生的摩擦力矩传到从动轴上。特点：摩擦式离合器可在任何转速下实现两轴的接合或分别；接合过程平稳，冲击振动较小；有过载疼惜作用。但尺寸较大，在接合或分别过程中要产生滑动摩擦，故发热量大，磨损较大。图示为多片摩擦离合器的工作原理图。其主动轴外壳通过花键与一组外摩擦片联接在一起；从动轴套筒也通过花键与另一组内摩擦片联接在一起。工作时，向左移动滑环，通过杠杆、压板使两组摩擦片压紧，离合器处于接合状态。若向右移动滑环时，摩擦片被松开，离合器实现分别。这种离合器常用于车床主轴箱内。内摩擦片外摩擦片轿车接受膜片离合器，它由主动部分(由壳体、膜片弹簧4、压盘3等组成的整体并用螺钉固定在发动机飞轮2上)，被动部分(由摩擦片与从动盘1组成)和操纵部分组成。被动部分装在飞轮与压盘之间，通过滑动花键套在变速器的输入轴上。三、特殊功用离合器1、平安离合器(safethclutch)主动齿轮传来的转矩通过滚珠、从动盘、外套筒而传给从动轴。当转矩超过许用值时，弹簧被过大的轴向分力压缩，使从动盘向右移动，原来交织压紧的滚珠因被放松而相互滑动，此时主动齿轮空转，从动轴即停止转动。当载荷复原正常时，又可重新传递转矩。弹簧压力的大小可用螺母来调整。定向离合器是一种随速度的变更或回转方向的变换而能自动接合或分别的离合器，它只能单向传递转矩。如图所示为一种滚柱式定向离合器当外环与星轮作顺时针方向的同向回转时，依据相对运动原理，若外环的速度大于星轮转速则离合器处于分别状态。反之，如外环的转速小于星轮的转速，则离合器处于接合状态，故又称为超越离合器。2、定向离合器(overrunningclutch)定向离合器常用于汽车、拖拉机和机床等的传动装置中，我们自行车后轴上也安装有超越离合器。3、离心离合器在两个拉伸螺旋弹簧的弹力作用下，主动部分的一对闸块与从动部分的鼓轮脱开；当转速达到某一数值后，离心力增加到能克服弹簧拉力时，便使闸块绕其支点向外摇摆与从动鼓轮压紧，离合器