《机械设计基础 第4版》 教案 第14章 其他常用零部件

PAGEPAGE8第14章联轴器和离合器基本要求：了解常用联轴器、离合器的主要类型和用途；了解常用联轴器的结构、工作原理、特点、影响工作性能的因素，以及选择方法；了解常用离合器的结构、工作原理、性能、特点、及选择方法。了解常用弹簧的类型、特点、应用、材料及制造工艺；了解圆柱螺旋弹簧的设计计算方法。重点：最常用的几种联轴器特点、结构和应用；区别联轴器和离合器。难点：联轴器和离合器类型的选择与确定。学时：课堂教学：2学时。教学方法：多媒体结合板书。联轴器与离合器的异同点：相同点：联接两轴、传递运动和转矩。不同点：联轴器——联接的两轴只有停车后经拆卸才能分离。离合器——联接的两轴可在机器工作中方便地实现分离与接合。14.1联轴器14.1.1联轴器的性能要求联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后变形、温度变化和轴承磨损等原因，不能保证严格对中，使两轴线之间出现相对位移，如图14-1所示，如果联轴器对各种位移没有补偿能力，工作中将会产生附加动载荷，使工作情况恶化。因此，要求联轴器具有补偿一定范围内两轴线相对位移量的能力。对于经常负载启动或工作载荷变化的场合，要求联轴器中具有起缓冲、减振作用的弹性元件，以保护原动机和工作机不受或少受损伤。同时还要求联轴器安全、可靠，有足够的强度和使用寿命。

a）b）c）d）a）轴向位移b）径向位移c）角度位移d）综合位移图14-1两轴线的相对位移14.1.2联轴器的分类联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。刚性联轴器不具有缓冲性和补偿两轴线相对位移的能力，要求两轴严格对中，但此类联轴器结构简单，制造成本较低，装拆、维护方便，能保证两轴有较高的对中性，传递转矩较大，应用广泛。常用的有凸缘联轴器、套筒联轴器和夹壳联轴器等。挠性联轴器又可分为无弹性元件挠性联轴器和有弹性元件挠性联轴器，前一类只具有补偿两轴线相对位移的能力，但不能缓冲减振，常见的有滑块联轴器、齿式联轴器、万向联轴器和链条联轴器等；后一类因含有弹性元件，除具有补偿两轴线相对位移的能力外，还具有缓冲和减振作用，但传递的转矩因受到弹性元件强度的限制，一般不及无弹性元件挠性联轴器，常见的有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、梅花形联轴器、轮胎式联轴器、蛇形弹簧联轴器和簧片联轴器等。14.1.3联轴器的选择联轴器多已标准化，其主要性能参数为：额定转矩Tn、许用转速[n]、位移补偿量和被联接轴的直径范围等。选用联轴器时，通常先根据使用要求和工作条件确定合适的类型，再按转矩、轴径和转速选择联轴器的型号，必要时应校核其薄弱件的承载能力。考虑工作机起动、制动、变速时的惯性力和冲击载荷等因素，应按计算转矩Tc选择联轴器。计算转矩Tc和工作转矩T之间的关系为：Tc=KT式中K为工作情况系数。一般刚性联轴器选用较大的值，挠性联轴器选用较小的值；被传动的转动惯量小，载荷平稳时取较小值。所选型号联轴器必须同时满足：Tc≤Tnn≤[n]14.2离合器14.2.1离合器的性能要求离合器的在机器传动过程中能方便地接合和分离。对其基本要求是：工作可靠，接合、分离迅速而平稳，操纵灵活、省力，调节和修理方便，外形尺寸小，重量轻，对摩擦式离合器还要求其耐磨性好并具有良好的散热能力。14.2.2离合器的分类离合器的类型很多。按实现接合和分离的过程可分为操纵离合器和自动离合器；按离合的工作原理可分为嵌合式离合器和摩擦式离合器。嵌合式离合器通过主、从动元件上牙齿之间的嵌合力来传递回转运动和动力，工作比较可靠，传递的转矩较大，但接合时有冲击，运转中接合困难。摩擦式离合器是通过主、从动元件间的摩擦力来传递回转运动和动力，运动中接合方便，有过载保护性能，但传递转矩较小，适用于高速、低转矩的工作场合。14.2.3常用离合器的结构和特点牙嵌式离合器牙嵌式离合器是由两端面上带牙的半离合器1、2组成。半离合器1用平键固定在主动轴上，半离合器2用导向键3或花键与从动轴联接。在半离合器1上固定有对中环5，从动轴可在对中环中自由转动，通过滑环4的轴向移动操纵离合器的接合和分离，滑环的移动可用杠杆、液压、气压或电磁吸力等操纵机构控制。2)圆盘摩擦离合器摩擦离合器依靠两接触面间的摩擦力来传递运动和动力。按结构形式不同，可分为圆盘式、圆锥式、块式和带式等类型，最常用的是圆盘摩擦离合器。圆盘摩擦离合器分为单片式和多片式两种。14.3弹簧14.3.1概述1.弹簧的功用：1)控制机构的位置和运动；2)缓冲及吸振；3）储存能量；4）测量力和力矩。2.弹簧的类型按载荷分：1)拉伸弹簧2)压缩弹簧3)扭转弹簧按外形分：1）螺旋弹簧2)碟形弹簧3)盘弹簧4)环形弹簧5)板弹簧3.弹簧的工作原理弹簧特性线——表示弹簧载何与变形量之间的关系曲线。弹簧的刚度——弹簧的载荷变化量与变形变化量之比，以k表示：弹簧特性线呈直线的，其刚度为常数，称为定刚度弹簧；当特性线呈折线或曲线时，其刚度是变化的，称为变刚度弹簧。14.3.2弹簧的材料和许用应力1.弹簧的材料1）要求：弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳极限，足够的韧性和塑性，良好的热处理性能。2）常用的弹簧材料：碳素弹簧钢（如60、75、65Mn等）；硅锰弹簧钢（如65Si2MnA）；铬钒弹簧钢（如50Cr-VA）；不锈钢（如1Cr18Ni9）；青铜（如QBe2）。2.弹簧的许用应力弹簧材料的许用应力与弹簧的受载循环次数有关。查表15-2。14.3.3圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算1.弹簧的结构基本参数圆柱螺旋弹簧的主要参数有：弹簧丝直径d弹簧圈外径D内径D1中径D2弹簧节距p螺旋升角弹簧指数C2.弹簧特性线预紧力F1称为弹簧的最小载荷。Fmax为弹簧所承受的最大工作载荷，此时，弹簧高度压缩到H2，相应变形，该时刻弹簧各圈之间仍应保留δ1的间隙，也称余隙。3.圆柱螺旋拉（压）弹簧的强度计算1)弹簧受力当压缩弹簧承受轴向载荷F的作用时，钢丝剖面A-A上作用着横向力F和扭矩T，A-A剖面呈椭圆形，现取垂直于钢丝轴线的剖面B-B。2)弹簧应力压缩弹簧最大切应力：其中：K－曲度系数.4.弹簧的刚度计算1)弹簧的变形2)弹簧刚度和圈数3)弹簧的稳定性验算压缩弹簧的自由高度H0与中径D2之比称为长细比，以b表示：当弹簧两端固定时，b<5.3；当弹簧一端固定，一端可转时，b<3.7；当弹簧两端都可转动时，b<2.6。若长细比不满足要求，则必须进行稳定性计算其临界稳定载荷：Fc=CBkH0其中：Fc-临界稳定载荷；CB-不稳定系数；k-弹簧刚度；为保证弹簧的稳定性必须满足：Fc≥(2～2.5)Fmax。本章小结1．联轴器和离合器在机械传动中联接主、从动轴，使其一同回转并传递扭矩，有时也用作安全装置。联轴器联接的分与合只能在停机时进行，而离合器联接的分与合可随时进行。2．离合器的类型很多。按实现接合和分离的过程可分为操纵离合器和自动离合器；按离合的工作原理可分为嵌合式离合器和摩擦式离合器。3．联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。4．联轴器应按计算转矩Tc来选取。5.弹簧主要功用有：控制运动、缓冲与吸振、储能和测量力的大小。弹簧的种类很多，设计时应根据要求选择正确的弹簧类型。6.弹簧的特性曲线是弹簧的载荷与变形之间的关系曲线，是弹簧设计、检验的重要依据。7.在圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计的主要任务是：确定弹簧的钢丝直径、弹簧中径和有效圈数。8.弹簧的主要设计要求是刚度要求。9.对于在变载荷下工作的重要弹簧，应进行疲劳强度校核。作业14-1联轴器和离合器的异同点有哪些？14-2常用的联轴器有哪些类型有？并说明其特点和应用。14-3刚性联轴器与弹性联轴器有什么差别？它们各适用于哪种情况？14-4如何选择联