机械基础 第2版 课件 第14章 联轴器、离合器与制动器

第14章联轴器、离合器与制动器联轴器通常用来联接两轴并在其间传递运动和转矩。有时也可作为一种安全装置用来防止被联接件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。只有在机器停止运转后通过拆卸才能将两轴分离。

离合器是根据机器工作的需要，在使用过程中能随时使两轴接合或分离的装置。

制动器是用来减低机器的运转速度或使机器停止运转的装置。14.1

联轴器

被联接的两轴常常属于两个不同的机械或部件，由于制造和安装的误差，往往很难保证使它们的轴线能对中。被联接的两轴可能发生的相对位移或偏斜，常见的有４种形式，如图所示。图ａ为轴向位移，图ｂ为径向位移，图ｃ为角偏移，图ｄ为综合位移。因此，设计联轴器时要从结构上采取各种不同的措施，使联轴器具有补偿各种偏移量的性能，否则就会在轴、联轴器、轴承设计中引起附加载荷，导致工作情况恶化。根据联轴器内是否具有弹性零件，联轴器可分为弹性联轴器和刚性联轴器两大类。

弹性联轴器具有缓冲、吸振的功能和适应轴线偏移的能力。它适用于承受变载荷、冲击载荷以及启动频繁和有正反转的场合，也适用于两轴线不能严格对中的场合。

刚性联轴器中没有弹性零件，因而它没有缓冲和吸振的能力。刚性联轴器根据其内部结构的不同，可分为固定式刚性联轴器和可移式刚性联轴器两类。前者结构简单，但要求两轴线严格对中，工作时不允许两轴有相对偏移，后者结构较复杂，但安装时允许两轴线有一定误差，并能补偿工作中两轴线可能产生的相对偏移。14.1.1固定式刚性联轴器（１）套筒联轴器套筒联轴器是由钢或铸铁制造的套筒，用键或销钉与两轴联接。这种联轴器的构造简单，容易制造，径向尺寸小，适用于两轴同心度高、工作平稳、无冲击载荷的工作条件。其缺点是装拆不便。如图所示为用键、销联接的套筒联轴器。（２）凸缘联轴器凸缘联轴器如图所示。它由两个带有凸缘的半联轴器组成，分别用键与两轴联接，并用螺栓将这两个半联轴器联成一体。

凸缘联轴器构造简单，能传递较大的转矩，但不能消除冲击，不能消除由于两轴不同心或偏斜而引起的不良后果。通常用于联接振动不大，低速和刚性不大的两轴。

凸缘联轴器有两种对中方法：一种方法是利用一个半联轴器端面上的凸肩和另一个半联轴器端面上相应的凹槽相互配合而对中，如图ａ所示。拆卸时，须将轴作轴向移动才能使两轴分离。另一种方法是两个半联轴器用铰制孔用螺栓联接，靠螺栓杆与螺栓孔的配合对中，利用螺栓杆承受的剪切与挤压来传递转矩，如图ｂ所示。装拆时，轴不必作轴向移动，可用于经常装拆的场合。14.1.2移动式刚性联轴器（１）十字滑块联轴器十字滑块联轴器也称滑块联轴器，如图所示。滑块联轴器的结构简单，径向尺寸小，能补偿轴的径向偏移和角偏移，但不耐冲击，易于磨损。适用于低速、载荷平稳、径向偏移ｙ≤0.04ｄ（ｄ为轴径）、角向偏移α≤３０′的场合。套筒的材料一般为45钢或铸钢，中间块用45钢。十字滑块联轴器是由两个端部开有径向矩形凹槽的半联轴器和一个两端有凸榫的中间滑块组成。滑块两端凸榫的中线相互垂直，并分别嵌在两半联轴器的凹槽中构成移动副。运转时，若两轴线有相对径向偏移，则可借中间滑块两端面上的凸榫在其两侧半联轴器的凹槽中的滑动来得到补偿，如图所示。（２）齿式联轴器齿式联轴器如图所示。它由两个带外齿的内套筒、带内齿圈的外套筒和联接螺栓等组成。两个带外齿的内套筒通过键与轴相联。又通过轮齿与带内齿圈的外套筒构成动联接，两个带内齿圈的外套筒在其凸缘处用螺栓联成一体。齿式联轴器是通过齿的啮合传递转矩的。为了减少轮齿的磨损和相对滑移的阻力，在外壳内贮有润滑油。为了能补偿两轴线的综合偏移，外齿套筒的齿顶常制成球面，齿侧制成鼓形，并取较大的齿侧间隙。齿式联轴器具有较好的补偿综合偏移能力，它的承载能力大，工作可靠；但结构复杂，制造成本高。其材料一般为45钢或ＺＧ310-570。（３）万向联轴器万向联轴器中常见的有十字轴式万向联轴器，如图ａ所示。它利用中间联接件十字轴联接两边的半联轴器，两轴线间夹角可达40°～45°。单个十字轴式万向联轴器的主动轴作等角速转动时，其从动轴作变角速转动。为避免这种现象，可采用两个万向联轴器，使两次角速度变动的影响相互抵消，从而使主动轴与从动轴同步转动，如图ｂ所示。中间轴两端的叉形接头应位于同一平面内，并使主从动轴与中间轴的夹角相等，这样就能保证从动轴的角速度与主动轴同步。14.1.3弹性联轴器（１）弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器的结构与凸缘联轴器相似，只是用套有弹性套的柱销代替联接螺栓来把两个半联轴器联接起来，如图所示。为了提高弹性套的吸振能力，常使它具有梯形的剖面。主动轴的转矩通过半联轴器、弹性套、柱销等传至从动轴。在工作时，由于弹性套的变形而蓄放弹性能，从而减轻振动与冲击。在安装这种联轴器时，应留出间隙Ｃ（见图），以便被联接的两轴作少量的轴向位移。图中，方案ａ为圆柱孔，方案ｂ为圆锥孔。这种联轴器传递转矩的范围较大，弹性较好，能缓冲减振，不需润滑。它适用于正反转变化多，启动频繁，转速高（低速不宜使用）的中小功率传递。（２）弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器的结构类似于弹性套柱销联轴器，只是用具有弹性的尼龙柱销代替弹性套柱销作为中间联接件，如图所示。为了防止柱销脱落，在两端装有用螺钉固定的挡板。弹性柱销联轴器的特点及应用情况与弹性套柱销联轴器相似，而且结构更为简单，安装和维护方便，使用寿命长、传递转矩的能力较大，适用于轴向窜动较大，正反转或启动频繁、转速较高的场合。14.1.4联轴器的选择联轴器和离合器大多已标准化或规格化了，设计时只需参考手册，根据需要选用。选择联轴器的步骤是：先选择联轴器的类型，再选择型号，最后进行必要的强度校核。（１）类型选择根据工作载荷的大小和性质、工作转速、温度及对中性等因素综合考虑选择类型。如果两轴能保证严格对中，可选固定式联轴器；如果两轴有偏斜，应选可移式联轴器；载荷较平稳或变化不大时，可选刚性联轴器；启动频繁或载荷变化较大时，宜选弹性联轴器；当工作温度大于40℃时，选金属作弹性元件的联轴器。（２）尺寸选择选择类型后，根据计算转矩、轴径、转速，由手册或标准中选择联轴器的型号、尺寸。必要时，对其中重要的薄弱元件进行校核。考虑到机器启动时的惯性力及过载等影响，在选择和验算联轴器与离合器时，应以计算转矩Ｔｃ为依据。联轴器与离合器的计算转矩等于其转矩Ｔ乘以载荷系数Ｋ，即式中Ｔｃ—计算转矩，Ｎ·ｍｍ；Ｔ—工作转矩，Ｎ·ｍｍ；Ｋ—工作情况系数，见表14.1。表中给出了Ｋ值的平均值，刚性联轴器应取大值，摩擦离合器取中间值，弹性联轴器取较小值，安全联轴器应取最小值。离合器主要用来联接两轴，使其一起转动并传递转矩。

对离合器的基本要求是：结合平稳、分离迅速、工作可靠；操作和维护方便；外廓尺寸小、质量轻；耐磨性和散热性好。

离合器的种类很多，按控制方法的不同，可分为操纵式离合器和自动式离合器两类。

前者的结合和分离要人工操纵，后者则能按照预定的条件自行接合或分离。14.2常用离合器14.2.1操纵离合器操纵式离合器主要有啮合式和摩擦式两大类。前者靠牙与牙的互相啮合传递转矩，后者靠摩擦力传递转矩。（１）牙嵌离合器如图所示，牙嵌离合器由两个端面上有牙的半离合器组成。其中，一个半离合器用键和螺钉固定于主动轴上，另一个半离合器则用导向平键或花键与从动轴构成动联接，通过操纵机构可使它在轴上作轴向移动，以实现两半离合器的结合和分离。为了保证两轴的对中，在主动轴端的半离合器上装有一个对中环，从动轴的轴端始终置于对中环的内孔中构成动联接。当离合器结合时，从动轴与对中环同步旋转；当离合器分离时，对中环继续旋转而从动轴不转。牙嵌离合器常用的牙型有三角形、梯形、锯齿形及矩形等，如图所示。三角形、梯形牙结合和分离方便，能自动补偿牙因磨损而产生的侧隙，从而使其在反转时的冲击减小，三角形牙传递中小转矩，梯形牙的牙根强度高，能传递的转矩较大，应用最普遍。

锯齿形牙强度高，结合方便，但只能传递单向转矩。矩形牙制造容易，但结合和分离都较困难，牙根强度低，故应用较少。

牙嵌离合器结构简单，外廓尺寸小，能保证两轴同步运转；但只能在停车或低速转动时才能进行结合，否则会因撞击而断齿。（２）摩擦离合器摩擦离合器可分为单片式、多片式和圆锥式３类。１）单片式摩擦离合器

如图所示，单片式摩擦离合器由主从两个摩擦片组成，主动摩擦片固定在主动轴上，从动摩擦片通过导向平键与从动轴构成动联接。操纵滑环可使从动摩擦片作轴向移动，以实现两摩擦片的结合和分离。当通过滑环在从动摩擦片上加一轴向力使两摩擦片压紧时，主动轴上的转矩就通过两片接触面上的摩擦力传到了从动轴上。单片式摩擦离合器的结构简单，传递的转矩小，在实际生产中常采用多片式摩擦离合器。２）多片式摩擦离合器如图所示，多片式摩擦离合器主要由内外两组摩擦片和内外两个套筒组成。外摩擦片靠外齿与外套筒上的凹槽构成动联接，而外套筒又用平键固联在主动轴上。

内摩擦片靠内齿与内套筒上的凹槽也构成动联接，内套筒则用平键或花键与从动轴相固联。当操纵装置（图中未画出）使锥套移向左方时，杠杆就把两组摩擦片互相压紧，使从动轴随主动轴一起旋转。压紧力的大小可通过改变调节螺母的位置来实现。当锥套移向右方时，两组摩擦片就松开，离合器处于分离状态。多片式摩擦离合器的传动能力与摩擦面的对数有关，摩擦片越多，摩擦面的对数也越多，所传递的转矩就越大。如所传递的转矩一定，则它的径向尺寸与单片相比可大为减小，所需轴向压力也可大大减小。因此，多片式摩擦离合器结构紧凑，操作轻便，应用很广。14.2.2自动离合器自动离合器是一种能根据机器的运转参数（如转矩、转速或转向等）的变化而自动完成接合和分离动作的离合器。常用的自动离合器有控制转矩的安全离合器、控制转速的离心式离合器和控制旋转方向的超越离合器３类。

下面简要介绍超越离合器。超越离合器只能按一个转向传递转矩，反向时就自动分离。定向离合器的种类很多，如图所示为滚柱式定向离合器。它由星轮、外环、滚柱及弹簧等组成。弹簧的作用是将滚子压向星轮的楔形槽内，使其与星轮、外圈相接触。星轮为主动件作顺时针方向转动时，滚柱就楔紧在槽内，从而带动外圈一起转动。当星轮逆时针方向转动时，滚柱被推到槽中较宽的部位，它不再楔紧在槽内，因而外圈就不转动，离合器处于分离状态。若外圈为主动件时，则情况刚好相反，即外圈逆时针方向转动时，离合器处于结合状态，而顺时针方向转动时，处于分离状态。超越离合器工作时无噪声，宜用于高速、防止逆转、间歇运动等场合，但其制造精度要求较高。14.3制动器

常用的制动器有块式制动器、带式制动器和盘式制动器等结构形式。它们都是利用零件接触表面所产生的摩擦力来实现制动的。

按工作状态，又可分为常闭式和常开式。

常闭式制动器经常处于紧闸状态，机械设备工作时再松闸，常用于提升机构中；

常开式制动器经常处于松闸状态，需要时才抱闸制动，大多数车辆中的制动器即为常开式制动器。14.3.1块式制动器制动瓦、制动轮和使制动瓦贴向制动轮的杠杆构成块式制动器。块式制动器有外抱块式和内张蹄式两种。

如图所示为外抱块式制动器。主弹簧已拉紧制动臂，使制动瓦压住制动轮，制动器紧闸。