联轴器离合器课件

第17章联轴器、离合器和制动器§17-1联轴器和离合器类型和应用§17-2固定式刚性联轴器§17-6圆盘摩擦离合器§17-3可移式刚性联轴器§17-4弹性联轴器§17-5牙嵌离合器§14-6制动器§17-7磁粉离合器§17-8定向离合器华南理工大学专用潘存云教授研制作用：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，也可用作安全装置。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；§17-1联轴器、离合器类型和应用华南理工大学专用潘存云教授研制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如下因素：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。华南理工大学专用潘存云教授研制

弹性联轴器包含有弹性元件，除了能补偿两轴间的相对位移外，还具有吸收振动和缓和冲击的能力。

联轴器分类：刚性联轴器弹性联轴器刚性联轴器由刚性传力件组成，它又可分为固定式和可移式两种类型。固定式刚性联轴器不能补偿两轴的器能补偿两轴间的相对位移。华南理工大学专用潘存云教授研制离合器的分类嵌入式摩擦式对离合器的基本要求1.分离、接合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠；2.结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全，效率高；3.接合元件耐磨性好，使用寿命长，散热条件好；4.操纵方便省力，制造容易，调整维修方便。华南理工大学专用潘存云教授研制

联轴器和离合器已标准化。一般可先依据机器的工作条件选定合适的类型，然后按照计算转矩、轴的转速和轴端直径从标准中选择所需的型号和尺寸。必要时还应对其中的某些零件进行验算。

计算转矩Tc应考虑机器起动时的惯性力、机器在工作中承受过载和受到可能的冲击等因素，按下式确定式中，T为名义转矩；KA为工作情况系数，其值见表17-1。

Tc＝KAT （17-1）华南理工大学专用潘存云教授研制表17-1工作情况系数KA原动机发电机、小型通风机、小型离心机1.31.51.82.2透平压缩机、木工机械、输送机1.51.72.02.4搅拌机、增压机、有飞轮的压缩机1.71.92.22.6织布机、水泥搅拌机、拖拉机1.92.12.42.8挖掘机、起重机、碎石机、造纸机械2.32.52.83.2电动机多缸双缸单缸汽轮机内燃机内燃机内燃机工作机压延机、重型初轧机、无飞轮活塞泵3.13.33.64.0华南理工大学专用潘存云教授研制凸缘刚性联轴器结构：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§17-2固定式刚性联轴器华南理工大学专用潘存云教授研制制造与安装要求：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。特点：结构简单、使用方便、传递扭矩较大，但不能缓冲减振。应用：用于载荷较平稳的两轴联接。华南理工大学专用潘存云教授研制§17-3可移式刚性联轴器两轴线的相对位移:

轴向、径向、角度、综合。yα

α

xy轴向x径向角度综合制造误差安装误差受力变形被联接的两轴不能精确对中

可移式刚性联轴器的组成零件间构成动联接，可补偿两轴间的相对位移华南理工大学专用潘存云教授研制一、齿式联轴器功用：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

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。华南理工大学专用潘存云教授研制优点：传递扭矩大、能补偿综合位移。缺点：结构笨重、造价高。应用：用于重型传动。华南理工大学专用潘存云教授研制二、十字滑块联轴器结构：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华南理工大学专用潘存云教授研制三、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单万向联轴器华南理工大学专用潘存云教授研制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：华南理工大学专用潘存云教授研制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≤ω1=cosαω’2华南理工大学专用潘存云教授研制双万向铰链机构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，常华南理工大学专用潘存云教授研制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华南理工大学专用潘存云教授研制一、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圆柱孔圆锥孔华南理工大学专用潘存云教授研制二、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。两种柱销华南理工大学专用潘存云教授研制三、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止退垫板华南理工大学专用潘存云教授研制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。一、链轴器类型的选择原则转矩、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要求确定型号与规格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；▲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；选用原则：华南理工大学专用潘存云教授研制2)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，不能选用存在偏心的滑块联轴器；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：3)两轴相对位移的大小和方向▲径向位移较大时：=>滑块联轴器；▲角位移较大，或两轴相交时：=>滑块联轴器4)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；▲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；华南理工大学专用潘存云教授研制▲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。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。5)联轴器的制造、安装、维护和经济性▲刚性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；▲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。6)安全性要求有安全保护要求的轴，应选用安全联轴器。华南理工大学专用潘存云教授研制表14-1工作情况系数KA原动机(KA)发电机、小型通风机、小型离心机1.31.51.82.2透平压缩机、木工机械、输送机1.51.72.02.4搅拌机、增压机、有飞轮的压缩机1.71.92.22.6织布机、水泥搅拌机、拖拉机1.92.12.42.8挖掘机、起重机、碎石机、造纸机械2.32.52.83.2电动机多缸双缸单缸汽轮机内燃机内燃机内燃机工作机压延机、重型初轧机、无飞轮活塞泵3.13.33.64.0二、计算联轴器的扭矩

计算转矩：Tca=KATKA为工作情况系数；见下页T为公称扭矩；华南理工大学专用潘存云教授研制三、确定联轴器的型号

选型依据：

Tca≤[T]，由相关标准确定型号；四、校核最大转速n

≤nmax六、规定部件相应的安装精度被联接轴的转速n，不应超过联轴器许用的最高转速nmax，即：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。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。华南理工大学专用潘存云教授研制７．进行必要的校核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能力校核，如对非金属元件的许用温度校核等。选择联轴器的类型计算联轴器的计算转矩确定联轴器的型号协调轴孔直径校核最大转矩规定部件相应的安装精度进行必要的承载能力校核联轴器的选择流程：

华南理工大学专用潘存云教授研制§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。华南理工大学专用潘存云教授研制牙型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。华南理工大学专用潘存云教授研制特点：结构简单、外廓尺寸小、能传递较大的转矩。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;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；华南理工大学专用潘存云教授研制23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。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；Fa213Fa1Rf缺点：结合过程中不可避免出现打滑，引起磨损和发热；§17-6摩擦离合器

华南理工大学专用潘存云教授研制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多片式圆盘摩擦离合器结构特点：多个摩擦片叠加在一起；←三维动画华南理工大学专用潘存云教授研制摩擦片材料：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华南理工大学专用潘存云教授研制有润滑剂无润滑剂[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。华南理工大学专用潘存云教授研制8~10˚

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。华南理工大学专用潘存云教授研制离合器的操纵方式机械力电磁力气动力液压力电磁摩擦离合器结构：其结构特点与机械式多片摩擦离合器一样。优点：由于采用了电磁力进行控制，因此控制灵活，容易实现自动化。华南理工大学专用潘存云教授研制结构：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拉传递转矩。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§17-7磁粉联轴器华南理工大学专用潘存云教授研制磁粉材料：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。华南理工大学专用潘存云教授研制当外环反向转动时，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。滚柱式定向离合器滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态。§17-8定向离合器华南理工大学专用潘存云教授研制结构：由内环、外环、楔块、支撑环、拉簧等零件组成。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钟方向偏摆。当外环顺时钟方向旋转时，楔块克服弹簧力而作顺时钟方向摆动，从而在内外环间越楔越紧，离合器处于结合状态。反向时斜块松开而成分离状态。华南理工大学专用