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191第十三章其它常用零部件联轴器和离合器是机械传动中常用的部件，主要用于联接两轴，使其一同旋转并传递转矩，有时也可用作安全装置。联轴器和离合器不同之处是：用联轴器联接的两轴，在机械运转时两轴是不能脱开的，只有在机械停车时才能将联接拆开，使两轴分离。离合器可以根据工作需要，在机械运转时随时使两轴脱开或结合，而不必停车。联轴器所联接的两轴，由于制造和安装误差以及承载后变形和热变形等影响往往不能保证严格的对中，两轴将会产生某种形式的相对位移误差，如图13-1所示，图a)为轴向位移误差，图b)为径向位移误差，图c)为角位移误差，图d)为综合位移误差。这就要求联轴器在结构上具有补偿能力。第一节联轴器一、联轴器的分类根据工作性能，联轴器可分为刚性联轴器和弹性联轴器两大类。刚性联轴器又有固定式和可移动式两种。固定式刚性联轴器构造简单，但要求被联接的两轴严格对中，而且在运转时不得有任何的相对移动。可移动式刚性联轴器则可补偿两轴在工作中发生的一定限度的相对移动。弹性联轴器中有弹性元件，所以具有缓冲、吸振的功能和适应轴线偏移的能力。二、常用联轴器的结构和特点1.凸缘联轴器如图13-2所示，凸缘联轴器由两个带凸缘的半联轴器用螺栓联接而成。半联轴器用键与两轴相联接。图a）所示为两半联轴器用铰制孔螺栓联接，靠孔与螺栓对中，拆装方便，传递转矩大。图b）所示的两半联轴器靠凸榫对中，用普通螺栓联接，对中精度高，但装拆时，轴必须作轴向移动。凸缘联轴器结构简单，价格低廉，能传递较大的转矩，但不能补偿两轴线的相对位移，也不能缓冲减振，故只适用于两轴能严格对中、载荷平稳的场合。2.套筒联轴器a)b)c)d)图13-1轴线的相对位移a）b）图13-2凸缘联轴器192如图13-3所示，套筒联轴器利用套筒将两轴套接，然后用键或销将套筒和轴联接。其结构简单，制造容易，径向尺寸小，但两轴线要求严格对中，装拆时必须做轴向移动，适用于工作平稳、启动频繁的传动中。3.滑块联轴器图13-4所示滑块联轴器由两个带有凹槽的半联轴器1、3和两面带有凸块的中间盘2组成，半联轴器1、3分别与主、从动轴联接成一体，实现两轴的联接，凸块与凹槽相互嵌合并作相对移动可补偿径向偏移。该联轴器结构简单，径向尺寸小。中间盘用尼龙做成，可减少转动时中间盘偏心产生的离心力并起缓冲作用。适用于两轴径向偏移较大、低速无冲击的场合。4.十字轴万向联轴器如图13-5所示，十字轴万向联轴器由两个叉形接头1、3和一个十字轴2组成。它利用叉形接头与十字轴之间构成的转动副，使被联接的两轴线能成任意角度，一般可达35°～45°。当十字轴万向联轴器单个使用、主动轴以等角速度转动时，从动轴作变角速度回转，造成在传动中产生附加动载荷。为此，常将十字轴万向联轴器成对使用，如图13-6所示。要获得等角速度效果，在安装时各轴的相互位置必须满足：①主、从动轴与中间轴夹角相等，即1＝3；②中间轴两端的叉形平面必须位于同一平面内。应该注意到，这样安装后虽然获得输入轴和输出轴的等角速度转动，但中间传轴2仍然是不等角速度的。图13-3套筒联轴器图13-4滑块联轴器图13-5万向联轴器图13-6双万向联轴器图13-7弹性套柱销联轴器1935.弹性套柱销联轴器如图13-7所示，弹性套柱销联轴器的构造与凸缘联轴器相似，不同之处是用带有弹性套的柱销代替了螺栓联接，可利用弹性套的变形补偿两轴间的位移，缓冲和吸振。它制造简单，装拆方便，适用于正反转或起动频繁、载荷平稳、中小转矩的轴的联接。为便于更换易损件弹性套，设计时应留一定的拆卸空间B。6.弹性柱销联轴器如图13-8所示，弹性柱销联轴器利用弹性柱销，如尼龙柱销，将两半联轴器联接在一起，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。为防柱销脱落，柱销两端装有挡板。弹性柱销联轴器适用于启动及换向频繁，转矩较大的中、低速轴的联接。三、联轴器的选用联轴器大多已标准化，选用时先根据工作条件确定合适的类型，再按转矩、轴径及转速选择联轴器的型号，必要时再校核其承载能力。1.联轴器类型的选择根据工作载荷的大小和性质、转速高低、两轴相对偏移的大小、装拆维护等方面的因素，结合各类联轴器的性能，选择合适的类型。例如，两轴的对中要求高，轴的刚度又大时，可选用套筒联轴器或凸缘联轴器；载荷不平稳，两轴对中困难，轴的刚度较差时，可选弹性柱销联轴器；两轴相交时，则选用万向联轴器等。2.联轴器的型号选择根据计算转矩、轴的直径和转速，从标准中选择联轴器的型号和相关尺寸。计算转矩按下式计算Tc=KT(13-1)式中：K为工作情况系数，见表13-1；T为联轴器的工作转矩。所选型号的联轴器应使计算转矩不超过联轴器的公称转矩Tn，工作转速不超过许用转速[n]，联轴器的孔径、长度与相联接两轴的相关参数协调一致。联轴器轴孔和键槽形式见有关设计手册。表13-1工作情况系数K原动机工作机械K电动机带运输机、鼓风机、连续运转的金属切削机床链式运输机、刮板运输机、螺旋运输机、离心泵、木工机械往复运动的金属切削机床往复式泵、往复式压缩机、球磨机、破碎机、冲剪机起重机、升降机、轧钢机1.25～1.51.5～2.01.5～2.02.0～3.03.0～4.0涡轮机发电机、离心泵、鼓风机1.2～1.5往复式发动机发电机离心泵1.5～2.03～4图13-8弹性柱销联轴器194往复式工作机4～5例13-1功率P＝30KW，转速n＝1470r/min的电动起重机中，联接直径d＝48mm，长L＝84mm的电机轴，试选择联轴器的型号。解：1）选择联轴器类型。因起重机载荷不平稳，传递转矩也大，为缓冲和吸振，选择弹性套柱销联轴器。2）选择联轴器型号。工作转矩T＝9550·nP＝9550×147030＝195N·m查表13-1得工作情况系数K＝3.5，由式（13-1）得计算转矩Tc＝KT＝3.5×195＝682.5N·m按计算转矩、转速和轴径，由GB/T4323－84中选用TL8联轴器，主、从动端均为J1型轴孔，A型键槽，标记为：TL8联轴器48×112GB/T4323－84。查得有关数据：额定转矩Tn＝710N·m，许用转速[n]＝2400r/min，轴径45～55mm，满足Tc≤Tn、n≤[n]，适用。第二节离合器一、离合器的功用和分类离合器可根据需要方便的使两轴接合或分离，以满足机器变速、换向、空载起动、过载保护等方面的要求。对离合器的基本要求是：接合平稳，分离迅速；工作可靠，操纵灵活、省力；调节和维护方便。按控制方法的不同，可分为操纵离合器、自动离合器两大类。二、常用离合器的结构和特点1.牙嵌式离合器如图13-9所示，牙嵌式离合器由两个端面上有牙的半离合器1、2组成，一个半离合器固定在主动轴上，另一个半离合器用导键或花键与从动轴联接，并通过操纵机构使其作轴向移动，从而起到离合作用。为了对中，在主动轴的半离合器上固定有对中环3，从动轴可在对中环中自由转动。离合器的操纵可以通过手动杠杆、液压、气动或电磁的吸力等方式进行。牙嵌式离合器的牙形如图13-10所示。三角形牙易接合，强度低，用于传递小转矩的低速离合器；梯形牙（图a）强度高，牙磨损后能自动补偿，冲击小，应用广；图13-9牙嵌式离合器图13-10牙形195锯齿形牙（图b）能传递较大转矩，但仅能单向工作；矩形牙（图c）不易接合和分离，接合时冲击较大，牙的强度低，磨损后无法补偿，故仅用于低速传动。牙嵌式离合器的牙数一般取3～60。2.摩擦离合器摩擦离合器依靠摩擦盘接触面间产生的摩擦力来传递转矩。按结构形式不同，可分为圆盘式、圆锥式、块式、带式等类型。与牙嵌式离合器相比较，它的传动平稳，联接不受转速的限制，可以保护机械不致因过载而损坏，应用广泛。圆盘式摩擦离合器又分为单片式和多片式两种，如图13-11所示单片式摩擦离合器由摩擦圆盘1、2和滑环4组成。圆盘1与主动轴联接，圆盘2通过导向键3与从动轴联接并可在轴上移动。操纵滑环4可使两圆盘接合或分离。轴向力使两摩擦盘压紧时，主动轴上的转矩就通过两盘接触面上的摩擦力传到了从动轴上。单片式摩擦离合器结构简单，但能传递的转矩小，径向尺寸大。如图13-12所示多片式摩擦离合器由内摩擦片组3和外摩擦片组2组成。外摩擦片靠外齿与外毂1上的凹槽构成类似花键的联接，外毂1用平键固联在主动轴Ⅰ上。内摩擦片靠内齿与内毂4上的凹槽构成动联接，内毂用平键或花键与从动轴Ⅱ联接。借助操纵机构向左移动锥套6，使压板5压紧交替放置的内外摩擦片使两轴结合；当锥套向右移动时，压紧力消失，两轴分离。多片式摩擦离合器由于摩擦面多，故传递转矩大，径向尺寸小。但散热不好，结构较为复杂。3.超越离合器超越离合器又称为定向离合器，是一种自动离合器。如图13-13所示，超越离合器的星轮1与主动轴相联，并顺时针回转，滚柱3受摩擦力作用滚向狭窄图13-12多片圆盘摩擦离合器图13-11单片摩擦离合器图13-13超越离合器196部位被楔紧，外圈2随星轮1同向回转，离合器接合。星轮1逆时针回转时，滚柱3滚向宽敞部位，外圈2不与星轮同转，离合器自动分离，因而超越离合器只能传递单向的转矩。若外圈和星轮分别作顺时针同向回转，则当外圈转速高于星轮转速时，离合器为分离状态，外圈和星轮各以自己的转速旋转，互不相干。当外圈转速低于星轮转速时，则离合器接合。外圈和星轮均可作为主动件，但无论哪一个是主动件，当从动件转速超过主动件时，从动件均不可能反过来驱动主动件。这种特性称为超越作用。自行车后轮上的飞轮就是利用该原理做成的，使自行车下坡或脚不蹬踏时，链轮不转，轮毂由于惯性仍按原转向转动。滚柱一般为3～8个。超越离合器尺寸小，接合和分离平稳，可用于高速传动。第三节弹簧一、概述弹簧是机械设备中广泛应用的弹性零件。它在外载荷作用下，能够产生弹性变形，当外载荷卸除时，则变形消失，弹簧恢复原状。由于这种特有的性能实现了机械能与变形能的相互转换，故在各种机器和仪表中得到了广泛的应用。弹簧的类型很多，见表13-2。弹簧的主要功用有：(1)缓冲，以改善被联接件的工作平稳性。如汽车、火车车厢下的弹簧，各种缓冲器的缓冲弹簧等。(2)复位，以适应被联接件的工作位置变化。如内燃机中的阀门弹簧，离合器中的控制弹簧等。(3)储存能量，以提供被联接件所需动力。如钟表弹簧、玩具中的弹簧。(4)测量载荷，以表明被联接件所受外力的大小。如弹簧秤、测力器中的弹簧等。表13-2弹簧的基本类型按载荷分按形状分拉伸弹簧压缩弹簧扭转弹簧弯曲弹簧螺旋形圆柱形锥形其他形环形碟形蜗卷形板簧197二、弹簧的材料及制造1.弹簧的材料弹簧在机器中起着重要的作用，它通常承受多变载荷和冲击载荷，另外又要求有较大的变形。所以，弹簧材料应具有较高的弹性极限、屈服极限和疲劳强度，足够的韧性、塑性和良好的淬透性。常用的弹簧材料有优质碳素钢、合金钢、不锈钢和铜合金等。碳素弹簧钢丝的力学性能及许用应力见表13-3。在选择材料时，应考虑弹簧的用途、重要性、工作条件、加工方法、热处理和经济性等诸多因素。还可参照现有设备中使用的弹簧，进行类比分析，从而选出较为合适的材料。如碳素弹簧钢的价格较低，强度高，性能好，广泛应用于受静载荷和有限作用次数变载荷的小弹簧，常用的有25~80号钢；合金钢强度高、弹性好、耐高温，适用于尺寸较大及承受冲击载荷的弹簧，常用的有65Si2MnA、50CrVA等；不锈钢耐腐蚀、耐高温，适用在腐蚀性介质中工作的弹簧，常用的有1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等。表13-3碳素弹簧钢丝材料的部分性能直径/mm1.02.03.04.05.06.07.08.09.010.0抗拉强度σb/MPaB级1660147013701320132012201170117011301130C级1960171015701520147014201370137013201320D级230019101710162015701520－－－－许用剪应力[τ]/MPaⅠ类压缩弹簧：（0.30～0.38）σb；拉伸弹簧：（0.24～0.30）σbⅡ类压缩弹簧：（0.38～0.45）σb；拉伸弹簧：（0.30～0