机械基础（少学时第3版） 课件 第16单元 联轴器与离合器

第16单元

联轴器与离合器

项目背景

在机械传动中，常需将机器中不同机构的轴联接起来，以传递运动和动力。将两轴直接联接起来以传递运动和动力的联接称为轴间联接。轴间联接通常采用联轴器和离合器来实现。

图16-1a所示为带式输送机传动图，其中电动机的输出轴与带传动的输入轴、减速器的输出轴与输送带卷筒轴都是采用联轴器联接，以实现运动和动力的传递。图16-1b所示为机械压力机,该机械采用了离合器实现工件的冲压。学完本单元的内容后，你会了解到联轴器、离合器的基本类型、结构特点、应用场合，并能根据工作要求正确选择联轴器和离合器。图16-1联轴器与离合器应用实例1-小带轮2-V带3-大带轮4-制动器5-曲轴6-连杆7-滑块8-凸模9-坯料10-凹模11-机架12-电动机13-传动轴14-小齿轮15-大齿轮16-离合器离合器

联轴器内容CONTENTS

第16单元

联轴器与离合器

综合项目分析第16单元联轴器与离合器

知识目标

1.了解联轴器和离合器的作用。2.掌握联轴器的类型、特点及应用。3.掌握联轴器的选用。4.了解离合器的类型、特点及应用。

1.能识别各种常用联轴器、离合器的类型并了解其工作特性和应用工况。2.能依据机械传动的使用要求选择合适的联轴器和离合器。

能力目标

第16单元

联轴器与离合器

素质目标

1.培养严谨的科学态度。2.强化执行国家标准和行业标准的意识。

1.联轴器的类型、特点、应用及选用。

学习重点和难点16.1联轴器

联轴器和离合器的功用：在机械传动中，常将机器中不同机构的轴联接起来，以传递运动和动力。将两轴直接联接起来以传递运动和动力的联接称为轴间联接。

联轴器是一种固定联接装置，主要作用是将轴与轴（或轴与旋转零件）联成一体，使其一同运转并将转矩传递给另一轴。联轴器在运转时，两轴不能分离，必须停车后，经过拆卸才能分离。有时也可作为传动系统中的安全装置，以防止机械过载。联轴器应用实例-搅拌机离合器应用实例-机械压力机16.1.1联轴器的类型及特点

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，常常不能保证严格对中，即两轴线之间出现某种程度的相对位移和偏移，如图16-2所示。如图16-2a、b所示为同轴向和平行轴向，图16-2c、d所示为相交轴向或在工作中有相对位移的地方。图16-2联轴器联接两轴的偏移形式16.1联轴器联轴器按有无弹性元件可分为刚性联轴器和弹性联轴器两类。

（1）刚性联轴器

结构特点：无弹性元件，不能缓冲吸振。

应用场合：两轴能严格对中并在工作中不发生相对位移的地方。

（2）弹性联轴器

机构特点：弹性联轴器有弹性元件，工作时具有缓冲吸振作用，并能补偿由于振动等原因引起的偏移。

应用场合：适用于载荷多变、频繁起动、经常正反转以及两轴不能严格对中或两轴有偏斜的传动中。

常见的类型有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器和梅花形联轴器等。16.1联轴器1.刚性联轴器

只有在载荷平稳、转速稳定，能保证被联接两轴轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。

观察图16-3～图16-8，了解刚性联轴器的结构特点和工作原理，并能根据工作条件选用联轴器的类型。图16-3凸缘联轴器图16-7十字滑块联轴器16.1联轴器图16-4套筒联轴器图16-8万向联轴器（1）凸缘联轴器

凸缘联轴器由两个带凸缘的半联轴器用螺栓联接而成，半联轴器与两轴之间用键联接（见图16-3）。凸缘联轴器结构简单，制造方便，成本较低，装拆、维护方便，传递转矩较大，但要求两轴具有较高的对中性，一般常用于载荷平稳、中高速或传动精度要求较高的场合,是应用广泛的一种刚性联轴器,这种联轴器已经标准化（GB/T5843—2003）。图16-3凸缘联轴器16.1联轴器

图16-3所示为这类联轴器的两种结构。图16-3a是一般型（GY型），两半联轴器用铰制孔螺栓联接，通过螺栓杆与螺栓孔配合对中，依靠螺栓杆的剪切及其与孔的挤压传递转矩，装拆时轴不需做轴向移动。图16-3b是对中榫型（GYS型），它由两半联轴器上对中榫与凹槽相配合而对中，用普通螺栓联接，依靠接合面间的摩擦力传递转矩，对中精度高，装拆时，轴必须做轴向移动。图16-3凸缘联轴器16.1联轴器

（2）

套筒联轴器

套筒联轴器由套筒、键（见图16-4a）

或销（见图16-4b）等组成。对于用销联接的套筒联轴器，过载时销会被剪断，因此可用作安全联轴器。其结构简单，径向尺寸小，组成零件少，制造方便。但在拆装时轴需做较大的轴向移动。套筒联轴器适用于载荷不大、工作平稳、两轴能严格对中且径向尺寸受限制的场合，常用于机车传动中。这种联轴器目前没有标准。图16-4套筒联轴器16.1联轴器

（3）夹壳联轴器

1)夹壳联轴器由纵向剖分的两半筒形夹壳和联接它们的螺栓组成，靠夹壳与轴之间的摩擦力或键来传递转矩（见图16-5）。由于这种联轴器是剖分结构，在装卸时不用移动轴，所以使用起来很方便。夹壳材料一般为铸铁，少数用钢。

2)夹壳联轴器主要用于低速、工作平稳的场合。图16-5夹壳联轴器16.1联轴器

（4）齿式联轴器

1)齿式联轴器结构特点：由两个带外齿的半联轴器1、4和两个带内齿的凸缘外壳2、3组成（见图16-6）

2)齿式联轴器应用：能够传递很大的转矩，工作可靠，安装精度不高，具有补偿综合偏移的能力，并允许有较大的偏移量，但结构复杂、质量大、制造成本高，一般多用于起动频繁，经常正、反转，传递运动要求准确的场合。齿式联轴器常用于重型机械中。图16-6齿式联轴器1、4—带外齿的半联轴器2、3—带内齿的凸缘外壳16.1联轴器（5）十字滑块联轴器

1）十字滑块联轴器结构特点：利用中间滑块2与两半联轴器1、3端面的径向槽配合以实现两轴联接（见图16-7a）。滑块沿径向滑动补偿径向偏移Δy，并能补偿角偏移Δα（见图16-7b），结构简单、制造方便。

2)应用场合：适用于轴线相对位移较大、无剧烈冲击且转速较低的场合。

3)联轴器和中间盘的常用材料为45钢或铸钢ZG310-570，工作表面淬火硬度为48～8HRC图16-7十字滑块联轴器1、3—半联轴器2—中间滑块16.1联轴器（6）万向联轴器

1）万向联轴器结构特点：由中间联接件十字轴联接两边的半联轴器，两轴线间夹角α可达到40～45°。

2）单十字轴万向联轴器（见图16-8a）工作时，即使主动轴1做等角速度转动，其从动轴

2也可做变角速度转动，从而会引起动载荷。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1与从动轴2同步转动（见图16-8b）。

3）万向联轴器应用：结构紧凑、维护方便，广泛用于汽车、拖拉机和切削机床等机器的传动系统中。图16-8万向联轴器16.1联轴器

联轴器应用案例：汽车行驶时，由于道路的不平会引起变速器输出轴和后桥输入轴相对位置的变化，只有采用双十字轴万向联轴器才能实现两轴之间的运动传递，如图16-9所示。图16-9联轴器在汽车后桥中的应用16.1联轴器

2.弹性联轴器

观察图16-10及图16-11，了解弹性联轴器的结构和工作原理，并能根据工作条件选联轴器的类型。16.1联轴器图16-10弹性套柱销联轴器图16-11弹性柱销联轴器梅花形联轴器

（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，如图16-10所示。不同之处是用带有弹性套的柱销代替了螺栓联接。这种联轴器制造简单、拆装方便、成本较低，但弹性套容易磨损，寿命较短，适用于载荷平稳，需正、反转或起动频繁，传递中小转矩的轴。柱销材料多采用45钢。16.1联轴器图16-10弹性套柱销联轴器

（2）弹性柱销联轴器

弹性柱销联轴器（见图16-11）与弹性套柱销联轴器结构相似，只是柱销材料为尼龙，柱销形状一端为柱形，另一端制成腰鼓形，以增大角度位移的补偿能力。为防止柱销脱落，柱销两端装有挡板，用螺钉固定。

弹性柱销联轴器结构简单，能补偿两轴间的相对位移，并具有一定的缓冲、吸振能力，应用广泛，可代替弹性套柱销联轴器。但因尼龙对温度敏感，使用时温度受到一定的限制。16.1联轴器图16-11弹性柱销联轴器

☆基础能力训练

联轴器广泛应用于各种矿山机械、环保设备、机床、化工、仪表、风机、水泵、造纸、注塑、印刷、钢铁设备等机械中。请查阅相关资料了解辊式板材矫正机的功能及工作原理，观察图16-12所示的辊式板材矫正机采用了何种联轴器。16.1联轴器图16-12辊式板材矫正机1、3-叉头2-十字轴16.1.2联轴器的选择

联轴器大多已标准化，需要时可直接从标准中选取。选用联轴器步骤为选择类型，选择型号，然后进行必要的参数校验。

1.联轴器类型的选择

应根据机器的工作特点和要求，结合各类联轴器的性能，并参照同类机器的使用经验来选择联轴器的类型。两轴对中性要求较高，轴的刚度又较大时，可选用套筒联轴器或凸缘联轴器；两轴对中较困难，轴的刚度又较小时，应选用对轴的偏移具有补偿能力的联轴器；所传递的转矩较大时，应选用凸缘联轴器或齿轮联轴器；轴的转速较高且有振动时，应选用弹性联轴器；两轴相交一定角度时，应选用十字轴万向联轴器。16.1联轴器

2.联轴器型号的选择

联轴器的型号是根据所传递的转矩、轴的直径和转速，从联轴器标准中选择。选择的型号应满足以下条件：1）计算转矩

Tc

应小于等于所选型号的额定转矩

Tn，即

2）转速

n

应小于等于所选型号的许用转速[n]，即

16.1联轴器

3）确定轴孔直径，被联接两轴的直径应在所选型号联轴器的孔径范围内。

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:

式中，

Tc为计算转矩（N·m）；K

为工况系数，见表16-1，一般刚性联轴器选用较大的值，弹性联轴器选用较小的值；T为联轴器所传递的工作转矩（N·m）。16.1联轴器

16.1联轴器

项目16-1

功率

P=11kW、转速n=970r/min的电动起重机中，联接直径d=42mm的主、从动轴，试选择联轴器的类型和型号。16.1联轴器

☆基础能力训练

图16-1a所示为一带式输送机用于传输，其中电动机的输出轴与带传动的输入轴、减速器的输出轴与输送带卷筒轴都是采用联轴器联接，以传递运动和动力。请根据所学知识选择适当的联轴器联接电动机的输出轴与带传动的输入轴、减速器的输出轴与输送带卷筒轴，并说明选择的理由。16.1联轴器

离合器是一种能随时将两轴接合或分离的可动联接装置。离合器工作可靠，接合、分离迅速而平稳，操纵灵活、省力，调节和修理方便，外形小、重量轻；摩擦式离合器还具有良好的散热能力；有的离合器也具有安全保护功能。

离合器的类型很多,按实现两轴接合和分离的过程可分为操纵离合器、自动离合器；按离合的工作原理可分为牙嵌式离合器、摩擦式离合器等。16.2离合器图16-13牙嵌式离合器图16-15多盘摩擦式离合器图16-17滚柱超越离合器

1.牙嵌式离合器

图16-13所示为牙嵌式离合器，它由两个端面带齿的半离合器组成。半离合器1用平键和主动轴相联接，另一半离合器2通过导向平键3与从动轴联接，利用操纵杆移动操纵滑环4可使离合器接合或分离，对中环5固定在半离合器1上，使从动轴能在环中自由转动，保证两轴对中。操纵滑环的移动可用杠杆、液压、气动或电磁吸力等操纵机构控制。

牙嵌式离合器的特点是结构简单、尺寸紧凑、工作可靠、承载能力大、传动准确。为了防止牙齿因受冲击载荷而断裂，离合器的接合必须在两轴转速差很小或停转时进行。16.2离合器图16-13牙嵌式离合器1、2—半离合器3—平键4—操纵滑环5—对中环

2.摩擦式离合器

（1）摩擦式离合器是利用主、从动半离合器摩擦盘接触面间的摩擦力传递转矩。为提高传递转矩的能力，通常采用多盘摩擦离合器。

（2）应用场合：它能在不停车或两轴有较大转速差时进行平稳接合，且可在过载时因摩擦盘间打滑而起到过载保护作用。16.2离合器图16-13牙嵌式离合器1、2—半离合器3—平键4—操纵滑环5—对中环

图16-15a所示为

多盘摩擦式离合器，它有两组摩擦盘：一组为外摩擦盘5（见图16-15b）,另一组为内摩擦盘6（见图16-15c）。多盘摩擦式离合器由于摩擦面增多，传递转矩的能力较高，径向尺寸相对较小，但结构较为复杂。图16-16所示为摩擦式离合器在汽车上的应用实例。16.2离合器图16-15多盘摩擦式离合器1—主动轴2—外鼓轮3—从动轴4—套筒5—外摩擦盘6—内摩擦盘7—滑环8—曲臂压杆9—压板10—调节螺母

多盘摩擦式离合器由于摩擦面增多，传递转矩的能力较高，径向尺寸相对较小，但结构较为复杂。图16-16所示为摩擦式离合器在汽车上的应用实例。16.2离合器图16-16摩擦式离合器在汽车上的应用案例

3.滚柱超越离合器

图16-17所示为滚柱超越离合器，由星轮1、外圈2、滚柱3和弹簧顶杆4组成。滚柱的数目一般为3～8个，星轮和外圈都可作为原动件，当星轮为原动件并做顺时针转动时，滚柱受摩擦力作用被楔紧在星轮