机械设计基础（第5版）课件：联轴器、离合器和制动器

联轴器、离合器和制动器概述

联轴器和离合器用于轴与轴之间的联接，使其一起回转并传递转矩。是机械传动中常用的部件。联轴器：机器运转时两轴不能分离，只有机器停车后，经过拆卸才能分离。离合器：机器运转时，两轴可随时分离或接合。制动器：制动器是对机械的运动件施加阻力或阻力矩，使其减速、停止或保持静止状态的部件。它们大多已标准化。设计时根据需要从设计手册中选用。卷扬机示意图1—电动机2—联轴器3—减速器4—离合器5—卷筒6—制动器联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，不能严格对中。可能发生的偏移形式如图所示。第一节联轴器一.两轴间可能发生的相对位移为保证轴的正常工作，应选用不同类型的联轴器以适应和补偿不同位移的要求。两轴轴线的相对位移a)轴向位移xb)角度位移αc)径向位移yd)综合位移x、y、α1.刚性联轴器只能传动运动和转矩，不具备补偿功能。二.联轴器的类型：

刚性联轴器

联轴器无弹性元件的挠性联轴器挠性联轴器有弹性元件的挠性联轴器安全联轴器

1)套筒联轴器套筒联轴器结构简单，径向尺寸小，根据轴径尺寸自行设计。但轴向尺寸较大，装拆时需设备作较大轴向位移。多用于传递转矩较小，转速较低，能做轴向装拆的场合。多用于机床和仪表设备中。套筒联轴器a)用圆锥销连接b)用平键和紧定螺钉连接2)凸缘联轴器a)用普通螺栓连接普通螺栓联接时的工作原理：两个半联轴器依靠螺栓的预紧力在结合面间产生的摩擦力传递转矩凸缘联轴器（用凸肩和凹槽对中)特点及应用：对中精度高，传递转矩较大。结构简单，成本低。用于载荷平稳无冲击、转速低、轴的刚性大、要求严格对中的场合。材料：中小载荷及v

30m/s时，选用灰铸铁或碳钢;

重载及v>30m/s时，选用铸钢或锻钢。

铰制孔螺栓联接时的工作原理：两个半联轴器依靠螺栓受剪切和挤压传递转矩。

b)用绞制孔螺栓连接2.挠性联轴器1）无弹性元件的挠性联轴器不仅能传递运动和转矩，而且具有不同程度的轴向、径向、角向补偿性能。是利用联轴器工作零件间构成的动联接，具有某一方向或几个方向的活动度来补偿。但无弹性元件，故不能缓冲和减振。

常用的有以下几种：结构：由两个端面开有径向凹槽的半联轴器和一个两面带有互相垂直凸牙的中间盘组成，凸牙分别嵌入两半联轴器的凹槽中。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。

a十字滑块联轴器十字滑块联轴器1、3－半联轴器2－中间圆盘材料：一般用45钢，摩擦表面应淬硬,HRC>55。要求低时也可用Q235,不进行热处理。特点及应用：结构简单，可补偿两轴的偏移。起动时有冲击，摩擦面易磨损。允许的径向位移量允许的角位移量用于轴的刚度大，无剧烈冲击处。为减小摩擦和磨损，使用中应从中间盘的油孔定期注油润滑。结构：与十字滑块联轴器相似，由两个宽沟槽的半联轴器及中间盘组成，中间盘改为方形滑块。b滑块联轴器材料：滑块为夹布胶木或尼龙6+石墨或二硫化钼，具有弹性和自润滑作用；特点：结构简单，尺寸紧凑；应用：小功率、高转速、无剧烈冲击处。C.十字轴万向联轴器—用于联接两交叉轴。

a)单万向联轴器由两个叉形接头1、3，一个中间连接件2和销轴4、5组成，销轴4与5互相垂直配置并分别把两个叉形接头与中间连接件2连接起来，构成可动联接。允许两轴夹角达350~450。该联轴器的缺点是：当主动轴以等角速度ω1转动时，而从动轴的角速度ω3不是常数，其变化范围为：故在传动中会产生附加动载荷。

b）.双万向联轴器由两个单万向联轴器组成，当安装时保证O1轴、O3轴与中间轴的夹角相等，并且中间轴两端的叉形接头位于同一平面内时，可使两轴的角速度相等。即：联轴器除铆钉材料为20号钢外，其余零件材料多为合金钢，以减小尺寸和提高耐磨性。该类联轴器广泛用于汽车、拖拉机及机床等机械中，小型的已标准化，设计时可按标准选用。

d.齿式联轴器结构：由两个带内齿和凸缘的外套筒3和两个带外齿的内套筒1组成。两个内套筒分别用键与两轴联接，两个外套筒用螺栓联成一体。通过内、外齿啮合传递扭矩。由油孔4注油润滑，在内、外套筒间加装密封，以防润滑油泄漏。齿形为渐开线，啮合角为200，齿数为30~80，齿轮材料为45钢或ZG310-570。特点：

a.内、外套间具有较大的轴向间隙，适应两轴的轴向偏移。

b.内、外齿轮间具有较大的侧隙和顶隙，适应两轴的径向偏移。

c.外齿轮的齿顶作成球面，沿齿向作成鼓形，适应两轴的角度偏移。角偏移可达30。该种联轴器适用于有较大综合偏移的两轴联接，多对齿同时工作，能传递大扭矩，便于安装，多用重型机械。齿轮联轴器已标准化。e.滚子链联轴器结构：用双排链条同时与两个齿数相同的并列链轮啮合实现两半联轴器的联接。为改善润滑和防止污染，一般加装密封罩。特点：

a)结构简单，尺寸紧凑，质量小，装拆方便，维修容易，价格便宜。具有一定的补偿性能和缓冲性能。

b)由于链节与轮齿间存在间隙，不宜用于逆向传动、起动频繁和立轴传动。

c)受离心力影响，不宜用于高速传动。能传递运动和转矩；具有不同程度的轴向、径向、角向补偿性能；还具有不同程度的减振、缓冲作用，能改善传动系统的工作性能。2)有弹性元件的挠性联轴器a.弹性套柱销联轴器结构：

在结构上与凸缘联轴器相似，用套有弹性圈的柱销代替螺栓联接。通过蛹状弹性套传递扭矩，可缓冲减振。柱销末端为锥形，便于对中和装拆。半联轴器与轴配合的孔圆柱形圆锥形弹性圈多用耐油橡胶或皮革制造。特点及应用：易于制造，装拆方便，成本较低，允许两轴有综合位移。当偏斜角大时，弹性圈易磨损。适用于联接载荷平稳，频繁起动，需正、反转，传递中、小转矩，转速较高的轴。

弹性套柱销联轴器已标准化，可按标准选用。必要时需验算弹性套与孔壁间的挤压应力和柱销的弯曲应力。b.弹性柱销联轴器

以木销（榆、胡桃）酚醛布棒、尼龙销代替弹性套柱销。两端有档板，防止柱销脱落。特点：比弹性套柱销联轴器的承载能力大，结构更为简单、装拆方便、耐久性好。其它特性及应用与弹性套柱销联轴器相近。C.梅花形弹性联轴器结构：半联轴器的轴孔为圆柱形或圆锥形。装配时将梅花形弹性件的花瓣部分夹紧在两半联轴器端面凸齿交错插进所形成的齿侧空间。弹性元件材料：不同硬度的聚氨酯橡胶或铸型尼龙等。工作范围：工作温度：短时工作温度可达1000C传递的公称扭矩：16~25000Nm。d.轮胎式联轴器结构：弹性件用橡胶或橡胶织物制作，制成轮胎形状。轮胎两端用压板2和螺钉3分别压在两个半联轴器上。优点：富有弹性，消振能力强，能有效地降低动载荷和补偿较大的轴向位移，绝缘性好，运转时无噪声。缺点：径向尺寸大，转矩大时会产生附加轴向载荷。3.剪切销安全联轴器

安全联轴器的作用是，当工作转矩超过机器允许的极限转矩时，联接件将发生折断，从而使机器停止传动，以保护机器中的重要零件不致损坏。

剪切销安全联轴器的结构类似凸缘联轴器，但不用螺栓，而用钢制销钉连接。过载时销钉被剪断，销钉直径按剪切强度计算。销钉材料采用45钢淬火或高碳工具钢，准备剪断处应预先切槽，使剪断处的残余变形最小，以免毛刺过大，有碍于更换报废的销钉。由于销钉材料力学性能的不稳定，以及尺寸制造误差等原因，致使工作精度不高；销钉剪断后，不能自动恢复工作，必须停车更换销钉。多用于很少过载的机器。三联轴器的选择1.类型选择1）轴的同心条件能保证两轴同心时，应选用刚性联轴器，否则应选用挠性联轴器，以补偿两轴间的偏移。2)载荷条件载荷平稳或变动不大时，可选用刚性联轴器；对经常起动、制动、载荷变动较大时应选用弹性联轴器。3)速度条件各类联轴器都规定了转速范围，转速高时宜选用弹性联轴器。4)使用、安装及维护条件有橡胶、尼龙等元件的联轴器，不宜用在环境温度高的场合。在满足工作要求条件下，应力求装拆、安装及更换元件方便。2.型号选择对于已标准化的联轴器，依据配合轴的直径、计算扭矩、轴的转速从标准中选择型号和尺寸。必要时对易损件进行强度校核。对非标准联轴器，先参考同类型联轴器进行结构设计，然后作必要的校核计算。应使：K—工作情况系数，表13-1(13-1)第二节离合器要求：*接合、分离迅速而平稳；

*操纵方便省力；

*调节和修理方便；

*外轮廓尺寸小、重量轻；

*耐磨性好，有足够的散热能力。常用类型：牙嵌式、摩擦式。一、牙嵌离合器：

牙嵌式离合器是啮合式离合器，靠齿的啮合传递扭矩。已标准化，具体尺寸查手册。1.主动半离合器：固定在主动轴上2.从动半离合器：用导键或花键与从动轴连接，可在从动轴上作轴向移动3.对中环：固定在主动半离合器上，保证离合器对中。4.操纵环结构牙型三角形：低速，中、小扭矩.矩形：很少用，接合、分离困难，磨损后间隙无法补偿。梯形：强度高，能自动补偿牙的磨损，冲击小、传递较大扭矩，便于分离，应用广泛。锯齿形：强度高，可传递更大扭矩，但只能单方向工作。选材及热处理要求离合器要经常离合，承受冲击载荷，故要求牙面具有较高的硬度，心部应有足够的韧性。常用材料：低碳钢，表面渗碳淬火，HRC56~62。中碳钢，淬火，HRC48~54。不重要的或静止时接合的，铸铁。特点及应用结构简单，外廓尺寸小，结合后两轴不会相对转动，工作可靠。适用于低速结合，扭矩不大场合。计算时主要验算牙根处的弯曲强度；和离合器牙面的压强二、摩擦式离合器1.单圆盘摩擦离合器靠接触面的摩擦力矩传递扭矩设摩擦力的合力作用在摩擦盘的平均半径R的圆周上，则可传递的最大扭矩为：Tmax=FfR2.多盘摩擦离合器有两组摩擦盘，一组外摩擦盘5可随1轴转动。另一组内摩擦盘6可随3轴转动。通过滑环7和曲臂压杆8控制两组摩擦盘的离合，使离合器处于脱开或结合状态。摩擦离合器的操纵方法；机械的、电磁的、气动的、和液压的等数种。摩擦盘结构图a)外摩擦盘b)内摩擦盘多盘摩擦离合器的优缺点任何速度时都能接合或分离；接合过程平稳，冲击、振动小；从动轴的加速时间和所传递的最大扭矩可以调节；过载打滑，保护重要零