联轴器和离合器

关于联轴器和离合器联轴器和离合器的功用：

主要用来联接轴与轴（有时也联接轴与其他回转零件），以传递运动和转矩；有时也用作安全装置。第2页,共57页，2024年2月25日，星期天联轴器和离合器的分类：

根据工作特性分类：

1）联轴器：用来把两轴联接在一起，机器运转过程中，两轴不能分离，只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。2）离合器：在机器运转过程中，可使两轴随时结合或分离的一种装置。操纵机器传动系统断续，以便进行变速及换档等。3）安全联轴器及安全离合器机器在工作时，如果转矩超过规定值，这种联轴器及离合器即可自动断开或打滑，以保证机器中的主要零件不致因过载而损坏。4）特殊功用的联轴器及离合器用于某些有特性要求之处，如在一定的回转方向或到达一定的转速时，联轴器或离合器即可自动接合或分离。第3页,共57页，2024年2月25日，星期天

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。第4页,共57页，2024年2月25日，星期天§14—1联轴器的种类及特性联轴器所联接的两轴，由于制造机安装的误差，承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求要从结构上采取各种不同的措施，保证在一定相对位移的范围内能使用。第5页,共57页，2024年2月25日，星期天联轴器所联两轴的相对位移两轴线的相对位移:

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。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§14-1联轴器的种类和特性第6页,共57页，2024年2月25日，星期天§14—1联轴器的种类及特性分类：根据对各种相对位移有无补偿能力，联轴器可分为：刚性联轴器（无补偿能力）挠性联轴器（有补偿能力）根据是否具有弹性元件分为:

无弹性元件的挠性联轴器有弹性元件的挠性联轴器第7页,共57页，2024年2月25日，星期天（一）刚性联轴器：

1：分类：有套筒式，夹壳式和凸缘式等这里只介绍较为常用的联轴器。第8页,共57页，2024年2月25日，星期天（一）刚性联轴器

结构：用一个套筒通过键将两轴联接在一起。用紧定螺钉来实现轴向固定。套筒联轴器型式：半圆键普通平键特点：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。1、套筒联轴器

第9页,共57页，2024年2月25日，星期天（一）刚性联轴器：2：凸缘联轴器凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器用键分别与两轴联接，然后用螺栓把两个半联轴器联接成一体，以传递运动和转矩。（1）普通的凸缘联轴器，通常是靠绞制孔用螺栓来实现两轴对中；图14—2（a）p346第10页,共57页，2024年2月25日，星期天（2）有对中榫的凸缘联轴器：靠一个半联轴器上的凸肩与另一个半联轴器上的凹槽相配合而对中。联接两个半联轴器的螺栓可以采用A级或B级的普通螺栓，此时螺栓杆与孔壁存在间隙,转矩靠半联轴器接合面摩擦力矩来传递。也可以采用绞制孔用螺栓，此时螺栓杆与螺钉孔为过渡配合，靠螺栓杆承受挤压和剪切来传递转矩。3：材料可用铸铁或铸钢，重载是或圆周速度大于30m/s时应用铸钢或锻钢.第11页,共57页，2024年2月25日，星期天4：特点凸缘联轴器属于刚性联轴器，对所联接的两轴间的相对位移缺乏补偿能力，故对两轴对中性的要求很高。当两轴有相对位移存在时，就会在机件内引起附加载荷，使工作情况恶化。但结构简单，成本低，可传递较大转矩，故当转速低，无冲击，轴的刚性大，对中性较好时亦常采用。第12页,共57页，2024年2月25日，星期天（二）挠性联轴器1、无弹性元件的挠性联轴器这类联轴器因具有挠性，故可补偿两轴间的相对位移，但因无弹性元件，故不能缓冲减振。常用的有以下几种：第13页,共57页，2024年2月25日，星期天（二）挠性联轴器1）十字滑块联轴器结构：由两个在断面上有凹槽的半联轴器1，3和一个两面带有凸牙的中间盘组成，因凸牙可在凹槽中滑动，故可补偿安装及运转时两轴间的相对位移。第14页,共57页，2024年2月25日，星期天材料：可用45号钢，工作表面需进行热处理，提高硬度。要求低时，可用Q275钢，不进行热处理。第15页,共57页，2024年2月25日，星期天特点：一般用于转速n<250r/min,轴的刚性较大，且无剧烈的冲击处。第16页,共57页，2024年2月25日，星期天2）滑块联轴器结构：两半联轴器的沟槽很宽，并把原来的中间盘改为两面不带凸牙的方形滑块，且通常用夹布胶木来制成。第17页,共57页，2024年2月25日，星期天2）滑块联轴器特点：中间滑块的质量小，又具有弹性，故可允许较高的极限转速。中间滑块在配制时，加入少量的石墨或二硫化钼，以便在使用时可以自行润滑。结构简单，尺寸紧凑，适用于小功率，高转速而无剧烈冲击处。第18页,共57页，2024年2月25日，星期天允许较大的角位移。3）十字轴式万向联轴器第19页,共57页，2024年2月25日，星期天3）十字轴式万向联轴器结构：

它由两个叉形接头1，3，一个中间联接件2和轴销4（包括销套及铆钉）、5所组成。销轴4和5互相垂直配置，并分别把两个叉形接头与中间件2联接起来。这样，就构成了一个可动的联接。允许两轴间有较大的夹角（夹角α最大可达到5º～45º）。第20页,共57页，2024年2月25日，星期天特点：当主动轴角速度ω1为常数时，从动轴的角速度

ω3并不是常数，而是在一定的范围内（ω1cosα<=ω3<=ω1/

cosα)变化，因而在传动中将产生附加动载荷。在机器运转时，夹角发生改变仍然可以正常传动，但α过大时，传动效率会显著降低。第21页,共57页，2024年2月25日，星期天

为了改善这种情况，常将十字轴式万向联轴器成对使用，并保证O1轴，O2轴与中间轴之间的夹角相等，中间轴的两端叉形接头应在同一平面内。只有这样万向联轴器才可以使得ω1=ω3。

这类联轴器结构紧凑，维护方便，广泛应用于汽车，多头钻床等机械的传动系统中。小型十字轴式万向联轴器已经标准化，设计时可按标准选用。第22页,共57页，2024年2月25日，星期天

两个内套筒1分别用键与两轴联接，两个外套筒3用螺栓5联成一体，依靠内外齿相啮合以传递转矩。4）齿式联轴器结构：这种联轴器由两个带有内齿及凸缘的外套筒3和两个带有外齿的内套筒1所组成。齿式联轴器齿式联轴器第23页,共57页，2024年2月25日，星期天较大的齿侧间隙齿顶做成球面有较多齿传递转矩—承载高，用于重型机械。允许综合位移齿式联轴器齿式联轴器第24页,共57页，2024年2月25日，星期天齿式联轴器工作情况角位移径向位移第25页,共57页，2024年2月25日，星期天特点：能传递很大的转矩，并允许有较大的偏移量，安装精度要求不高，但质量较大，成本较大，在重型机械中广泛使用。第26页,共57页，2024年2月25日，星期天5）滚子链联轴器：

这种联轴器是利用一条公用的双排链条2同时与两个齿数相同的并列链轮啮合来实现两个半联轴器1与4的联接。特点：具有一定的补偿性能(和缓冲性能)，不宜用于逆向转动和起动频繁或立轴转动以及高速传动。该类联轴器共同特点：1、无缓冲及吸振能力2、有一定补偿位移能力第27页,共57页，2024年2月25日，星期天2：有弹性元件的挠性联轴器这类联轴器装有弹性元件：可以补偿两轴间的相对位移，具有缓冲减振的能力。弹性元件所能储蓄的能量越大，则联轴器的缓冲能力愈强。弹性元件的弹性滞后性能与弹性变形时零件间摩擦功愈大，则联轴器的减振能力愈好。弹性元件的材料：有非金属和金属两种非金属材料有：橡胶，塑料等，减振能力强。金属材料有：各种弹簧，强度高，寿命长。第28页,共57页，2024年2月25日，星期天1）弹性套柱销联轴器第29页,共57页，2024年2月25日，星期天1）弹性套柱销联轴器

这种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了联接螺栓。弹性套传递转矩，故可缓冲减振。这种联轴器可按标准（GB4323-84)选用。第30页,共57页，2024年2月25日，星期天2)弹性柱销联轴器

结构：如图所示工作时转矩是通过半联轴器上的柱销从而传到从动轴上去的。

为了防止柱销脱落，在半联轴器的外侧，用螺钉固定于挡板。第31页,共57页，2024年2月25日，星期天特点：传递转矩的能力很大，结构简单。有一定的缓冲能力和吸振能力，允许被联接两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移。适用于：轴向窜动较大，正反转变化较多和起动频繁的场合。第32页,共57页，2024年2月25日，星期天3）星形弹性联轴器结构：如图P351图14－11所示。两半联轴器1，3上均制有凸牙，用橡胶等类材料制成的星形弹性件2，放置在两个半联轴器的凸牙之间，工作时，星形弹性件受压缩并传递转矩。允许轴的径向位移为0.2mm，偏角位移为1°30‘。特点：弹性件只受压不受拉，寿命较长。第33页,共57页，2024年2月25日，星期天4）梅花形弹性联轴器结构：P352图14－12所示结构形式及工作原理与星形弹性联轴器相似。半联轴器与轴配合的孔可做成圆柱形，并以梅花形弹性件取代星形弹性件。工作温度范围为：－35～＋38

短时工作温度可达100°

传递的公称转矩为16～25000N.m第34页,共57页，2024年2月25日，星期天5）轮胎联轴器结构：P352图14－13所示，用橡胶或橡胶织物制成轮胎状的弹性元件，两端用压板及螺钉分别压在两个半联轴器上。特点：具有良好的消振能力，能有效的降低动载荷和补偿较大的轴向位移，运转时无噪声。缺点：径向尺寸较大，当扭矩较大时，产生附加的轴向载荷。第35页,共57页，2024年2月25日，星期天6）膜比联轴器结构：如P252图14－14所示，其弹性元件为一定数量的很薄的多边环形金属膜片叠合而成的膜片组在膜片的圆周上有若干个螺栓孔，用铰制孔用螺栓交错间隔与半联轴器相联接。弹性元件上的弧段交错受压缩和受拉伸的两部分，拉伸部分传递转矩，压缩部分趋向皱折。当机组存在轴向，径向和角位移时，金属膜片便产生波状变形。特点：扭转弹性较低，缓冲减振性能差。用于载荷比较平稳的高速传动。第36页,共57页，2024年2月25日，星期天§14－2联轴器的选择绝大多数联轴器均已经标准化或规格化（见有关手册）设计者的任务是选用。选用联轴器的步骤如下：（一）：选择联轴器的类型：根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被联接两部分的安装精度，参考各类联轴器特性，选择合适的类型。选择时，考虑如下几点：1）所需传递的转矩大小与性质以及对减振缓冲功能的要求。2）联轴器的工作转速高低所引起的离心力大小。3）两轴相对位移的大小和方向。4）联轴器的可靠性和工作环境。5）联轴器的制造，安装，维护和成本。第37页,共57页，2024年2月25日，星期天§14－2联轴器的选择（二）：计算联轴器的计算转矩

Tca=KAT式中：T为公称转矩N.mKA为工作情况系数，见表14-1P353第38页,共57页，2024年2月25日，星期天(三)：确定联轴器的型号

Tca≤[T].[T]为该型号联轴器的许用转矩。(四)校核最大转速联轴器的转速n不应超过所选联轴器许用的最高转速nmax即

n≤nmax（五）协调轴孔直径多数情况下，每一型号的联轴器适应的轴的直径均有一个范围。标准中给出轴直径的最大最小值，或者给出适应直径的尺寸系列，被联接轴的直径应当在此范围之内.（六）规定部件相应的安装精度根据所选联轴器允许轴的相对位移偏差，规定部件相应的安装精度。（七）进行必要的校核应对联轴器的主要传动零件进行强度校核使用非金属弹性元件的联轴器时，工作温度不超过允许的最高温度。第39页,共57页，2024年2月25日，星期天例题：

某车间起重机根据工作要求，选用一电动机，其功率P=10kw，转速n=960r/min,电动机轴伸的直径d=42mm，试选择所需的联轴器（只要求与电动机轴伸联接的半联轴器满足直径要求。）解：（1）类型选择为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销联轴器。（2）载荷计算：公称转矩：T=9550P/n=9550*10/960=99.48N.m

由表14－1P353查得KA=2.3,则计算转矩为：

Tca=KAT=2.3*99.48=228.80N.m(3)型号选择从GB4323-84中查得TL6型弹性套柱销联轴器

[T]=250N.m,nmax=3800r/min,d=32~42适用第40页,共57页，2024年2月25日，星期天§14－3离合器离合器的作用：

可将传动系统随时分离和接合。类型：常用的可分为：牙嵌式与摩擦式两大类。对离合器的要求：

接合平稳，分离迅速彻底，调节和修理方便，外廓尺寸小，质量小，耐磨性能好和有足够的散热性能等。第41页,共57页，2024年2月25日，星期天§14－3离合器1.牙嵌离合器：

(1)结构：牙嵌离合器由两个端面上有牙的半离合器组成。其中一个半离合器固定在主动轴上，另一个半离合器用导键（或滑键）与从动轴联接，并可以由操纵机构使其作轴向移动，以实现离合器的分离和接合。牙嵌离合器是靠牙的相互嵌合来传递运动和转矩的。为了使两个半离合器能够对中，在主动轴端的半离合器上固定一个对中环，从动轴可在对中环内自由转动。第42页,共57页，2024年2月25日，星期天第43页,共57页，2024年2月25日，星期天§14－3离合器1.牙嵌离合器：(2)牙形：P356图14－16所示，常用的有:

三角形牙：用于传递小转矩的低速离合器；

矩形牙：无轴向分力，但不便于接合和分离，使用较少。

锯齿形牙：强度高，只能传递单向转矩，用于特定的工作条件处。

梯形牙：强度高，能传递较大的转矩，能自动补偿牙的磨损与间隙，从而减少冲击，故应用广泛。

图f所示的牙形主要用于安全离合器第44页,共57页，2024年2月25日，星期天3：验算牙面上的压力P及牙根弯曲应力σb

式中：W:牙根的抗弯截面系数，W=a2b/6[P]:许用压力，当静止状态下接合时，

[P]≤90～120MPa[σ]b:许用弯曲应力，静止状态下接合时，

[σ]b=σs/1.5MPa第45页,共57页，2024年2月25日，星期天4:应用：一般用于转矩不大，低速接合处。材料：常用低碳钢表面渗碳，硬度为56～

62HRC；或采用中碳钢表面淬火，硬度为

48～54HRC；不重要的和静止状态接合的离合器，也允许用HT200制造。第46页,共57页，2024年2月25日，星期天

（二）圆盘摩擦离合器

圆盘摩擦离合器是在主动摩擦盘转动时，由主从动盘的接触面间产生的摩擦力矩来传递转矩的。

第47页,共57页，2024年2月25日，星期天

（二）圆盘摩擦离合器1单盘摩擦离合器结构：在主动轴1和从动轴2上，分别安装摩擦盘3和4，操纵环5可以使摩擦盘4沿轴2移动。接合时以力Q将盘4压在盘3上，主动轴上的转矩即由两盘接触面产生的摩擦力矩传到从动轴。第48页,共57页，2024年2月25日，星期天传递的最大转矩：

Tmax=QfR

式中：f为摩擦系数第49页,共57页，2024年2月25日，星期天2：多盘摩擦离合器结构：它有两组摩擦盘组成一组外摩擦盘，外齿插入主动轴的外鼓轮的纵向槽中，盘的孔壁则不与任何零件接触，与轴1一起转动。并可在轴向力推动下沿轴向移动。另一组内摩擦盘：孔壁凹槽与从动轴上的套筒的凸齿相配合而盘的外缘不与任何零件接触。盘可与轴3一起转动，也可在轴向力作用下作轴向移动。当滑环向左移动时，曲臂压杆通过压板将内、外摩擦盘紧压在调节螺母上，离合器即进入接触状态。当滑环向右移动时，摩擦盘即松脱开。第50页,共57页，2024年2月25日，星期天第51页,共57页，2024年2月25日，星期天最大转矩Tmax和压力P：多盘摩擦离合器所能传递的最大转矩Tmax

接合面上的压力P:式中：D1,D2:摩擦盘接合面的内径合外径（mm）[p]:许用压力，它等于基本许用压力[p]。与系数kakbkc的乘积即：[p]=[p]。kakbkc式中：[p]。见表14－2P358:kakbkc分别为根据离合器平均圆周速度，主动摩擦盘的数目，每小时接合次数等不同而引入的修正系数。其值p358表14－3。分为干式和油式两种。3：摩擦离合器和牙嵌离合器相比，其优点：不论在何种速度时，两轴都可以接合或分离；接合过程平稳，冲击，振动较小；第52页,共57页，2024年2月25日，星期天从动轴的加速时间和所传递的最大转矩可以调节；过载时可发生打滑，以保护重要零件不致损坏。缺点：外廓尺寸较大，在接合，分离过程中要产生滑动摩擦，发热量大，磨损也较大。4设计方法：（1）：可先选定摩擦面材料和根据结构要求初步确定摩擦盘接合面的直径D1和D2对油式摩擦离合器：D1=(1.5~2)d,d为轴径；

D2=(1.5~2)D1;对干式摩擦离合器：D1=(2~3)dD2=(1.5~2.5)D1

（2）：求出轴向压力Q。根据式计算；

摩擦结合面数目Z：根据式计算.增加Z