第17章联轴离合制动器

§17-1联轴器、离合器的类型和应用§17-2固定式刚性联轴器§17-3可移动刚性联轴器§17-4弹性联轴器§17-5牙嵌式离合器§17-6摩擦离合器第17章联轴器、离合器和制动器§17-7磁粉离合器§17-8定向离合器§17-9制动器郑大工学院专用概述

联轴器和离合器是机械装置中常用的部件，它们主要用于联接轴与轴，以传递运动与转矩，也可用作安全装置。大致有以下类型：

联轴器用于将两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有在机器停车时才可将两轴分离；

离合器

在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的一种装置。它可用来操纵机器传动的断续，以便进行变速或换向；

安全联轴器与离合器

机器工作时，若转矩超过规定值，即可自行断开或打滑，以保证机器中的主要零件不因过载而损坏；

特殊功用的联轴器与离合器

用于某些特殊要求处，如：在一定的回转方向或达到一定转速时，联轴器或离合器即可自动接合或分离等；联轴器和离合器种类繁多，在选用标准件或自行设计时应考虑：传递转矩大小、转速高低、扭转刚度变化、体积大小、缓冲吸振能力等因素。郑大工学院专用yxα

两轴线的相对位移:

轴向、径向、角度、综合。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、径向位移和角位移，或其组合。α

xy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。联轴器所联两轴的相对位移这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。郑大工学院专用§17-1联轴器的类型和应用分类：弹性联轴器（有弹性元件，能补偿两轴的相对位移、吸收振动、缓和冲击）刚性联轴器固定式联轴器（不能补偿两轴的相对位移）移动式联轴器（能补偿两轴的相对位移）作用：主要用于将两根轴联接在一起，使它们一起旋转，并传递扭矩。联轴器应用实例：手腕驱动机构、汽车后桥驱动等。根据对各种相对位移有无补偿能力，联轴器分为:郑大工学院专用联轴器大都已经标准化了，可直接选用。工作条件=>选类型转矩转速轴径=>确定型号与规格计算转矩：Tc=KATKA为工作情况系数；T为名义转矩；表17-1工作情况系数KA工作机原动机为电动机时发电机、小型通风机、小型离心机1.3透平压缩机、木工机械、输送机1.5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1.9挖掘机、起重机、碎石机、造纸机械2.3郑大工学院专用§17-2固定式刚性联轴器结构：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。普通凸缘联轴器绞制孔螺栓型式：有对中榫的凸缘联轴器普通凸缘联轴器---靠铰制孔螺栓对中。---靠榫头对中。普通螺栓对中榫郑大工学院专用制造与安装要求：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。90˚材料：一般用铸铁、当重载或V≥30m/s时，用铸钢或锻钢。郑大工学院专用特点:结构简单，使用方便，应用较广；可传递较大的转矩；不能缓冲减振；对中性要求较高。应用：用于载荷较平稳的两轴联接。郑大工学院专用§17-3可移动刚性联轴器联接特点：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。常用的可移式刚性联轴器有以下几种：一、齿式联轴器郑大工学院专用郑大工学院专用结构：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。套筒与轴用键联接，两外壳用螺栓联接。两端密封，空腔内储存润滑油。功用：能补偿轴不对中和偏斜。工作范围：正常齿：α≤30’

腰鼓齿：α≤3˚α

郑大工学院专用优点：传递扭矩大、能补偿适量的综合位移。缺点：结构笨重、造价高。应用：用于重型机械传动。郑大工学院专用二、滑块联轴器结构：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，嵌入凹槽中，构成移动副。工作原理：当两轴存在不对中和偏斜时，滑块将在凹槽内滑动。优缺点：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。适用范围：α≤30’,y≤0.04d，v≤300r/min

α

y郑大工学院专用郑大工学院专用三、万向联轴器作用：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。共轴、有夹角应用：广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。α单万向联轴器1.单万向联轴器郑大工学院专用郑大工学院专用郑大工学院专用vA1=rω1结构特点：两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链与中间的“十字形”构件相联，“十字形”构件的中心位于两轴交点处，运动分析：αα两轴平均传动比为1，但瞬时传动比是动态变化的。在图示位置I,以轴1为参考系，对A点有：以轴2为参考系，对A点有：vA2=r’ω’2Aω'2Aαω1Brr’=rcosαω’2显然有：

vA1=vA2

α=0~45˚轴间角为：郑大工学院专用r”其它位置：代入得：ααω1BBAω"2在图示位置II,以轴2为参考系，对B点有：vB2=rω”2以轴1为参考系，对B点有：vB1=r”ω1=ω1rcosα同样有：

vB1=vB2

r代入得：ω’’2=ω1cosαω’2>ω1=>ω”2<ω1ω1cosαω1cosα≤ω2≤ω’2=ω1/cosα郑大工学院专用特点可以在较大的偏斜角下工作，45°；当主动轴1=C时，从动轴2C，2在1cos～1/cos的范围内周期性变化；为避免从动轴2C,常将万向联轴器成对使用。郑大工学院专用2.双万向联轴器将两个单万向铰链机构串联使用，构成双万向铰链机构。安装要求：①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。ααC2αα121C为了消除从动轴变速转动的缺点，常郑大工学院专用郑大工学院专用3.小型双万向联轴器结构如图所示，通常采用合金钢制造。AAA--AAAααAAαα郑大工学院专用郑大工学院专用郑大工学院专用一、弹性套柱销联轴器§17-4弹性联轴器结构特点：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。预留安装空间以便与更换橡胶套A预留间隙以补偿轴向位移。c圆柱孔圆锥孔郑大工学院专用特点能缓冲减振；结构简单，价格便宜；装拆容易；弹性套易损坏，寿命较短；适用于经常正反转，启动频繁和高速传动中。郑大工学院专用二、弹性柱销联轴器结构：用尼龙制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔中。尼龙销挡板cc销与挡板之间留有间隙结构简单、更换柱销方便。特点：上述两种联轴器的动力通过弹性元件传递，缓和冲击、吸收振动。应用：适用于正反向变化多，启动频繁的高速轴。适用范围：-12˚≤t≤60˚，v≤8000r/min能补偿较大的轴向位移，并允许微量的径向位移和角位移。两种柱销郑大工学院专用郑大工学院专用三、梅花形弹性联轴器郑大工学院专用四、轮胎式弹性联轴器结构：中间为橡胶制成的轮胎环，用止退垫板与半联轴器联接。特点：结构简单、易于变形。允许较大的综合hdvx位移。应用：适用于启动频繁、正反向运转、有冲击振动、有较大轴向位移、潮湿多尘的场合。适用范围：5˚≤α≤12˚，x≤0.02D

y≤0.01D，n≤5000r/min

轮胎环D止退垫板郑大工学院专用郑大工学院专用联轴器的选择选择类型转矩的大小和性质及对缓冲性能的要求；工作转速的高低；两轴相对位移的大小和方向；可靠性和工作环境；制造、安装、维护和成本。计算联轴器的计算转矩Tc=KAT确定联轴器的型号,应使Tc[T]校核最大转速nnmax协调轴孔直径：每一型号的联轴器适用的轴的直径都有一个范围。标准中给出适用直径的尺寸系列，被联接两轴的直径应当在此范围内。一般情况下被联接两轴的直径可以不同，轴端的形状也可以不同。规定部件相应的安装精度进行必要的校核郑大工学院专用郑大工学院专用郑大工学院专用郑大工学院专用牙嵌式离合器离合器摩擦式离合器电磁离合器自动离合器离合器对离合器的基本要求分离、接合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠；结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全，效率高；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。郑大工学院专用§17-5牙嵌式离合器结构：由端面带牙的固定套筒、活动套筒、对中环组成。固定套筒活动套筒滑环对中环工作原理：利用操纵杆移动滑环，实现两套筒的结合与分离。郑大工学院专用牙型30˚~40˚2˚~8˚2˚~8˚60˚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梯形牙可以补偿磨损后的牙侧间隙。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：各牙应精确等分，以使载荷均匀分布。郑大工学院专用离合器特点无轴向分力；不便于接合与分离；磨损后无法补偿，故应用较少。1、矩形牙离合器特点强度高，能传递较大转矩；能自动补偿牙的磨损与间隙，从而减少冲击，故应用较广。2、梯形牙离合器用于传递小转矩的低速离合器3、三角形牙离合器特点强度高；只能传递单向转矩，用于特定工作条件处。4、锯齿形牙特点：结构简单、外廓尺寸小、能传递较大的转矩。只适宜在两轴不回转或转速差很小时进行结合，否则牙齿可能会因受撞击而折断。承载能力：取决于齿根的弯曲强度:hKATzWD0σb=≤[σb]

2KATzD0ahp=≤[p]W-齿根弯曲截面系数；D0-牙平均直径；a-牙的宽度。D0ah式中：h为牙齿高度；z为牙齿数；郑大工学院专用材料：低碳合金钢：20Cr、20MnB。渗碳淬火后牙面硬度：56~62HRC;中碳合金钢：40Cr、45MnB。表面淬火后牙面硬度：48~58HRC;郑大工学院专用§17-6摩擦离合器123一、单片式圆盘摩擦离合器摩擦扭矩:Tmax=FafRf结构：由固定圆盘1、活动圆盘2、滑环组成。工作原理：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。缺点：结合过程中不可避免出现打滑，引起磨损和发热；2.过载时打滑，起保护作用；3.结合平稳、冲击和振动小。优点：1.在任何转速条件下两轴都可以进行结合；FaRf213Fa郑大工学院专用应用：转矩在2000N.m以下的轻型机械（包装机械、纺织机械）。郑大工学院专用郑大工学院专用主动摩擦片杠杆滑环工作原理：移动滑环，通过杠杆作用，压紧或放松磨擦片，来实现两轴的结合与分离。调整螺母被动摩擦片二、多片式圆盘摩擦离合器结构特点：多个摩擦片叠加在一起；郑大工学院专用郑大工学院专用郑大工学院专用郑大工学院专用离合器离合器离合器摩擦片材料：淬火钢片、压制石棉片。摩擦片数量z↑→传递扭矩T↑但z过大将使各层间压力不均匀，一般取:z=12~15摩擦扭矩:Tmax=zFafRfzFaf(D1+D2)=4≥KA

T4Fap=π(D1

+D2)表面压强:≤[p]D1D2郑大工学院专用有润滑剂无润滑剂[p]/MPa表17-2常用摩擦片材料的f和[p]

摩擦片材料f圆盘摩擦离合器铸铁—铸铁或钢0.05~0.060.15~0.20.25~0.30淬火钢—淬火钢0.05~0.060.180.6~0.8青铜—钢或铸铁0.080.17~0.180.4~0.5压制石棉—钢或铸铁0.120.3~0.50.20~0.30对于频繁启动的离合器，可将表中[p]降低15~30%。类型→反应敏捷，但摩擦片易磨损。油式磨擦离合器干式磨擦离合器→磨损轻微、寿命长、并能在繁重的条件下运转。郑大工学院专用离合器的操纵方式机械力电磁力气动力液压力8~10˚

三、圆锥式摩擦离合器结构：锥台表面为摩擦接触面。优点：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离合器传递较大的转矩。缺点：径向尺寸较大，不如多盘式紧凑。郑大工学院专用§17-7磁粉离合器结构：由转子轴、左右轮辐、励磁线圈、磁粉等组成。工作原理：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来传递转矩。输出磁粉性能要求：导磁率高、剩磁小、流动性好、耐磨、耐热、不烧结性。输入郑大工学院专用磁粉材料：铁钴镍、铁钴钒等合金粉，加入少量二硫化钼。形状为球形或椭球形，颗粒直径为：20~70μm。优点：1）励磁电流I与转矩T呈线性关系、转矩调节简单而且精确，调节范围宽。2)可用作恒张力控制，是造纸机、纺织机、印刷机、绕线机等的理想装置。3)若将主动件固定，则可作制动器使用。缺点：相对而言比较笨重。4)操纵方便、离合平稳、工作可靠。郑大工学院专用当外环反向转动时，则带动滚柱克服弹簧力而滚到楔形空间的宽敞位置，离合器处于分离状态。结构：由星轮、外环、滚柱、弹簧推杆等零件组成。工作原理：当外环逆时钟转动时，以摩擦力带动滚柱向前滚动，进一步楔紧内外接触面，从而驱动星轮一起旋转。一、滚柱式定向离合器§17-8定向离合器滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态。郑大工学院专用结构：由内环、外环、楔块、支撑环、拉簧等零件组成。二、楔块式定向离合器优点：楔块曲率半径大，装入数量多，相同尺寸时传递的转矩更大。缺点：高速运转时有较大磨损，寿命较短。工作原理：内外环工作面都为圆形，整圈拉簧压着楔块始终与内环接触，并力图使楔块绕自身作逆时