机械设计14连轴器和离合器

1、第14章 联轴器和离合器,14.1 联轴器的种类和特性 14.2 联轴器的选择 14.3 离合器 14.4 安全联轴器及安全离合器 14.5 特殊功用及特殊结构的联轴器及离合器,14.1 联轴器的种类和特性,联轴器和离合器主要有以下类型： 联轴器用于将两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有在机器停车时才可将两轴分离； 离合器在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的一种装置； 安全联轴器与离合器机器工作时，若转矩超过规定值，即可自行断开或打滑，以保证机器中的主要零件不因过载而损坏； 特殊功用的联轴器与离合器用于某些特殊要求处，如：在一定的回转方向或达到一定转速时，联轴器或离合器即可自动接

2、合或分离等。,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：传递转矩大小、转速高低、扭转刚度变化、体积大小、缓冲吸振能力等因素。,联轴器所联两轴的相对位移 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，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。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。,x,y,a,a,x,y,轴向位移 x,角位移 a,综合位移 x 、y、a,径向位移 y,14.1 联轴器的种类和特性,根据对各种相对位移有无补偿能力，联轴器器可分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）

3、两大类。挠性联轴器按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两类。,一、刚性联轴器 被联接两轴间的各种相对位移无补偿能力，故对两轴对中性的要求高。当两轴有相对位移时，会在结构内引起附加载荷。这类联轴器的结构比较简单。 这类联轴器主要有套筒式、夹壳式和凸缘式。 刚性联轴器特点：结构简单、成本低、可传递较大转矩，适用于低速、无冲击、对中性好的情况。,14.1 联轴器的种类和特性,二、挠性联轴器 1无弹性元件的挠性联轴器 这类联轴器本身具有挠性，可补偿两轴的相对位移，但不能缓冲减振。这类联轴器主要有:,十字滑块联轴器,滑块联轴器,万向联轴器,齿式联轴器,滚子链联轴器,14.

4、1 联轴器的种类和特性,2有弹性元件的挠性联轴器,弹性套柱销联轴器,梅花形弹性联轴器,轮胎式联轴器,膜片联轴器,其它型式的联轴器,弹性柱销联轴器,14.1 联轴器的种类和特性,14.2 联轴器的选择,大多数联轴器已经标准化或规格化，一般机械设计者的任务是选用联轴器，选用的基本步骤为：,选择联轴器的类型,14.2 联轴器的选择,选择联轴器的类型 应全面了解工作载荷的大小和性质、转速高低、工作环境等，结合常用联轴器的性能、应用范围及使用场合选择联轴器的类型。 低速、刚性大的短轴可选用刚性联轴器； 低速、刚性小的长轴可选用无弹元件挠性联轴器； 传递转矩较大的重型机械选用齿式联轴器； 对于高速、有振动

5、和冲击的机械，选用弹性元件挠性联轴器； 轴线位置有较大变动的两轴，应选用万向联轴器； 有安全保护要求的轴，选用安全联轴器。 计算联轴器的计算转矩 应当按轴可能传递的最大转矩作为计算转矩。一般按下式计算,T为公称转矩； KA为工作情况系数。,14.2 联轴器的选择,确定联轴器的型号 按Tca T，由联轴器标准确定联轴器型号，T为联轴器的许用转矩。 校核最大转速 被联接轴的转速n，不应超过联轴器许用的最高转速nmax。 协调轴孔直径 被联接两轴的直径和形状可以不同，但必须使直径在所选联轴器型号规定的范围内，形状也应满足相应要求。 规定部件相应的安装精度 联轴器允许轴的相对位移偏差是有一定范围的，因

6、此，必须保证轴及相应部件的安装精度。 进行必要的校核 联轴器除了要满足转矩和转速的要求外，必要时还应对联轴器中的零件进行承载能力校核，如对非金属元件的许用温度校核等。,14.3 离合器,一、离合器的分类 离合器用来联接两根轴，使之一起转动并传递转矩，在工作中主、从动部分可分离可接合。 对离合器的要求有：接合平稳，分离迅速而彻底；调节维修方便；尺寸小、质量小；耐磨性好，有足够的散热能力。,按其工作原理可分为嵌入式、摩擦式两类； 按离合控制方法不同，可分为操纵式和自动式； 按操纵方式分有机械离合器、电磁离合器、液压离合器和气压离合器等； 可自动离合的离合器有超越离合器、离心离合器和安全离合器等，它

7、们能在特定条件下，自动地接合或分离。,14.3 离合器,二、常用离合器简介,牙嵌离合器,单圆盘摩擦离合器,多圆盘摩擦离合器,电磁摩擦离合器,三、离合器的选用 嵌入式离合器的结构简单，外形尺寸较小，两轴间的联接无相对运动，一般适用于低速接合，转矩不大的场合； 摩擦式离合器可在任何转速下实现两轴的接合或分离；接合过程平稳，冲击振动较小；可有过载保护作用。但尺寸较大，在接合或分离过程中要产生滑动摩擦，故发热量大，磨损也较大。 电磁摩擦离合器可实现远距离操纵，动作迅速，没有不平衡的轴向力，因而在数控机床等机械中获得了广泛的应用。,14.4 安全联轴器及安全离合器,作用：当工作转矩超过机器允许的极限转矩

8、时，联接件将发生折断、脱开或打滑，从而使从动轴自动停止转动，以保护机器中的重要零件不致损坏。 安全联轴器：断开连接后不能自动恢复工作能力，用于很少过载处； 安全离合器：断开连接后能够自动恢复工作能力，用于经常过载处。,双剪式,单剪式,一、剪切销安全联轴器,14.4 安全联轴器及安全离合器,二、滚珠安全离合器,主动齿轮传来的转矩通过滚珠、从动盘、外套筒而传给从动轴。当转矩超过许用值时，弹簧被过大的轴向分力压缩，使从动盘向右移动，原来交错压紧的滚珠因被放松而相互滑动，此时主动齿轮空转，从动轴即停止转动。 当载荷恢复正常时，又可重新传递转矩。弹簧压力的大小可用螺母来调节。,14-5 特殊功用及特殊结

9、构的联轴器及离合器,一、定向离合器,当爪轮为主动轮并作顺时针回转时，滚柱将被摩擦力转动而滚向空隙的收缩部分，并楔紧在爪轮和套筒间，使套筒随爪轮一同回转，离合器即进入接合状态。 当爪轮反向回转时，滚柱即被滚到空隙的宽敞部分，这时离合器即处于分离状态。因而定向离合器只能传递单方向的转矩，可在机械中用来防止逆转及完成单向传动。,滚柱式定向离合器,14-5 特殊功用及特殊结构的联轴器及离合器,二、离心离合器,如图所示为开式离心离合器的工作原理图，在两个拉伸螺旋弹簧的弹力作用下，主动部分的一对闸块与从动部分的鼓轮脱开；当转速达到某一数值后，离心力增加到能克服弹簧拉力时，便使闸块绕其支点向外摆动与从动鼓轮

10、压紧，离合器即进入接合状态。当接合面上产生的摩擦力矩足够大时，主、从动轴即一起转动。,14-5 特殊功用及特殊结构的联轴器及离合器,三、电磁粉末离合器,如图所示为电磁粉末离合器的原理图。金属外筒为从动件，嵌有环形励磁线圈的电磁铁与主动轴联接，金属外筒与电磁铁间留有少量间隙，内装适量的铁和石墨粉末。 当励磁线圈中无电流时，散砂似的粉末不阻碍主、从动件之间的相对运动，离合器处于分离状态；当通入电流时，电磁粉末即在磁场作用下被吸引而聚集，从而将主、从动件联系起来，离合器即接合。 这种离合器在过载滑动时，会产生高温。当温度超过电磁粉末的居里点时，则磁性消失，离合器即分离，从而可以起到保安的作用。,套筒

11、联轴器,返回,结构：用一个套筒通过键将两轴连接在一起。用紧定 螺钉来实现轴向固定。 型式：半圆键和普通平键 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连接 。,夹壳式联轴器,结构：将套筒做成剖分夹壳结构，通过拧紧螺栓产生的预紧力使两夹壳与轴连接，并依靠键以及夹壳与轴表面之间的摩擦力来传递扭矩。有一个剖分式对中环。 特点：无需沿轴向移动即可方便装拆，但不能连接直径不同的两轴，外形复杂且不易平衡，高速旋转时会产生离心力 。 应用：用于低速传动轴，常用于垂直传动轴的连接。,对中环,返回,凸缘式联轴器,结构：半联轴器通过键与轴相连，用螺栓将两个半联轴器的凸缘

12、连接在一起。 型式：普通凸缘联轴器（靠铰制孔螺栓对中） 有对中榫的凸缘联轴器（靠榫头对中） 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连接 。,铰制孔螺栓,普通螺栓,对中榫,返回,十字滑块联轴器,结构：两个端面开有径向凹槽的半联轴器，两端各具有凸榫的中间滑块，且两端榫头互相垂直，嵌入凹槽中，构成移动副。 特点：当两轴存在不对中和偏斜时，滑块将在凹槽内滑动。 应用：一般用于转速 n250r/min，轴的刚度较大，且无剧烈冲击处。,返回,滑块联轴器,结构：与十字滑块联轴器结构相似，只是沟槽很宽，中间为不带凸牙的方形滑块，其材料为夹布胶木。 特点：由于中间

13、滑块质量小，且有弹性，故允许较高的极限转速。结构简单、尺寸紧凑。 应用：适用于小功率，高转速而无剧烈冲击的场合。,返回,十字轴式万向联轴器,结构：两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链与中间的“十字形”构件相联，“十字形”构件的中心位于两轴交点处。 特点：允许两轴间有较大的夹角(最大可达3545)，而且在机器运转时，夹角发生改变仍可正常传动；但当过大时，传动效率会显著降低。 应用：这类联轴器结构紧凑，维护方便，广泛应用于汽车、多头钻床等机器的传动中。,单万向联轴器,双万向联轴器,返回,十字轴式万向联轴器,将两个单万向铰链机构串联使用，构成双万向铰链机构。安装要求：主动、从动、中间三轴共面；主动轴

14、、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹角应相等；中间轴两端的叉面应在同一平面内。,双万向联轴器,返回,齿式联轴器,结构：两个有内齿的外壳，两个有外齿的套筒，两者齿数相同，外齿做成球形齿顶的腰鼓齿。套筒与轴用键连接，两外壳用螺栓连接。两端密封，空腔内储存润滑油。 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，成本较高。 应用：在重型机械中广泛应用。,返回,滚子链联轴器,结构：利用一条公用的双排链条同时与两个齿数相同的并列链轮啮合来实现两半链轴器的连接。 特点：结构简单、尺寸紧凑、质量小、装拆方便、维修容易、成本低廉，有一定的补偿性能和缓冲性能。因链条的套筒与链轮之间存

15、在间隙，不适于逆向传动和启动频繁或立式轴传动。同时受离心力的影响不适于高速传动。,返回,弹性套柱销联轴器,结构：外观与凸缘联轴器相似，只是用套有弹性套的柱销代替了联接螺栓。通过弹性套传递转矩，故可缓冲减振。 特点与应用：该联轴器制造容易，装拆方便，成本较低，但弹性套容易磨损，寿命较短。它适用于联接载荷平稳、需正反转或起动频繁的传递中、小转矩的轴。,返回,弹性柱销联轴器,结构：用尼龙制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔中。为了防止柱销脱落，在半联轴器的外侧，用螺钉固定了挡板。 特点与应用：这种联轴器传递转矩的能力很大，结构更为简单，安装、制造方便，耐久性好，也有一定的缓冲和吸振能力，适用于轴向窜动

16、较大、正反转变化较多和起动频繁的场合。,返回,梅花形弹性联轴器,结构特点：半联轴器与轴的配合可以做成圆柱形或圆锥形，中间的弹性元件形状似梅花，故得名。梅花形弹性件在工作时起缓冲减震作用，可根据使用要求选用不同硬度的聚氨酯橡胶、铸型尼龙等材料制造。,返回,轮胎式联轴器,结构特点 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。这种联轴器富有弹性，具有良好的消振能力，绝缘性能好，运转时无噪声。缺点是径向尺寸较大；当转矩较大时，会因过大扭转变形而产生附加轴向载荷。 应用 适用于启动频繁、正反向运转、有冲击振动、有较大轴向位移、潮湿多尘的场合。,返回,膜片联轴器,结构特点

17、：弹性元件为一定数量的很薄的多边环形或圆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。结构比较简单，维护方便，平衡容易，质量小，对环境适应性强，但缓冲减振性能差。 应用：主要用于载荷比较平稳的高速传动。,半联轴器,衬套,垫圈,中间轴,膜片组,半联轴器,返回,其它型式的联轴器,星形弹性联轴器,星形弹性件,半联轴器,半联轴器,蛇形弹簧联轴器,返回,牙嵌离合器,牙嵌离合器由两个端面上有牙的半离合器组成，可由操纵机构使其作轴向移动，以实现离合器的分离与接合。牙嵌离合器是借牙的相互嵌合来传递运动和转矩的。为使两半离合器能够对中，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。,返回,单圆盘摩擦离合器,单片摩擦离合器的原理如上图所示。在主动轴和从动轴上分别安装了摩擦盘，操纵环可使从动轮上的摩擦盘沿轴线移动。接合时以力F将从动盘压在主动盘上，主动轴上的转矩即由两盘接触面间产生的摩擦力矩传递到从动轴上。 单片摩擦离合器结构简单，散热性好，易于分离，但只能传递较小的转矩，且径向尺寸大。,返回,多圆盘摩擦离合器,多盘摩擦离合器中有两组摩擦盘，一组外摩擦盘以其外齿插入主动轮轴上的外鼓轮内缘的纵向槽中，盘的孔壁则不与任何零件接触，故外摩擦盘可与轴一起转动。另一组内摩擦盘以其孔壁凹槽与从动轴