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第17章联轴器、离合器和制动器§17-1联轴器、离合器的类型和应用§17-2固定式刚性联轴器§17-3可移式刚性联轴器§17-4弹性联轴器§17-5牙嵌离合器§17-6圆盘摩擦离合器§17-7磁粉离合器§17-8定向离合器§17-9制动器§17-1联轴器、离合器的类型和应用联轴器和离合器主要用于轴与轴之间的联接，使它们一起回转并传递转矩。用联轴器联接的两根轴，只有在机器停车后，经过拆卸才能把它们分离。用离合器联接的两根轴，在机器工作中就能方便地使它们分离或接合。联轴器分刚性和弹性两大类。刚性联轴器由刚性传力件组成，又可分为固定式和可移式两类。固定式刚性联轴器不能补偿两轴的相对位移；可移式刚性联轴器能补偿两轴的相对位移。弹性联轴器包含有弹性元件，能补偿两轴的相对位移，并具有吸收振动和缓和冲击的能力。离合器主要分牙嵌式和摩擦式两类。另外，还有电磁离合器和自动离合器。电磁离合器在自动化机械中作为控制转动的元件而被广泛应用。自动离合器能够在特定的工作条件下自动接合或分离。联轴器和离合器大都已标准化了。一般可先依据机器的工作条件选定合适的类型，然后按照计算转矩、轴的转速和轴端直径从标准中选择所豁的型号和尺寸。必要时还应对其中某些零件进行验算。计算转矩Tc已将机器启动时的惯性力和工作中的过载等因素考虑在内。联轴器和离合器的计算转矩可按下式确定Tc=KAT(17-1)式中：T为名义转矩；KA为工作情况系数，KA值列于表17-1中。§17-2固定式刚性联轴器固定式刚性联轴器中应用最广的是凸缘联轴器。如图17-1所示，它是用螺栓联接两个半联轴器的凸缘，以实规两轴联接的。螺栓可以用普通螺栓，也可以用铰制孔用螺栓。这种联轴器有普通的凸缘联轴器(a)和有对中榫的凸缘联轴器(b)两种主要的结构型式。§17-3可移式刚性联轴器由于制造、安装误差或工作时零件的变形等原因，被联接的两轴不一定都能精确对中，因此就会出现两轴间的轴向位移x(图17-2a)，径向位移y(图b)，角位移α(图c)，以及由这些位移组合的综合位移。如果联轴器没有适应这种相对位移的能力，就会在联轴器、轴和轴承中产生附加载荷，甚至引起强烈振动。可移式刚性联轴器的组成零件间构成的动联接，具有某一方向或几个方向的活动度，因此能补偿两轴的相对位移。常用的可移式刚性联轴器有以下几种：一、齿式联轴器齿式联轴器是由两个有内齿的外壳3和两个有外齿的套筒4所组成(图17-3a)。套筒与轴用键相联，两个外壳用螺栓2联成一体，外壳与套筒之间设有密封圈1。内齿轮齿数和外齿轮齿数相等。工作时靠啮合的轮齿传递转矩。由于轮齿间留有较大的间隙和外齿轮的齿顶制成球形(图17-3b)，所以能补偿两轴的不对中和偏斜(图17-4)。为了减小轮齿的磨损和相对移动时的摩擦阻力，在外壳内贮有润滑油。齿式联轴器的优点是能传递很大的转矩和补偿适量的综合位移，因此常用于重型机械中。但是，当传递巨大转矩时，齿间的压力也随着增大，使联轴器的灵活性降低，而且其结构笨重、造价较高。二、滑块联轴器滑块联轴器是由两个端面开有径向凹槽的半联轴器1、3和两端各具凸榫的中间滑块2所组成(图17-5)。中间滑块两端面上的凸榫相互垂直，分别嵌装在两个半联轴器的凹槽中，构成移动副。如果两轴线不对中或偏斜，运转时滑块将在凹槽内滑动，所以凹槽和滑块的工作面间要加润滑剂。若两轴不对中，当转速较高时，由于滑块的偏心将会产生较大的离心力和磨损，并给轴和轴承带来附加动载荷，因此它只适用于低速，轴的转速一般不超过300r/min。三、万向联轴器图17-6所示为以十字轴为中间件的万向联轴器。十字轴的四端用铰链分别与轴1、轴2上的叉形接头相联。因此，当一轴的位置固定后，另一轴可以在任意方向偏斜α角，角位移α可达40°-45°。但是，单个万向联轴器两轴的瞬时角速度并不是时时相等的，即当主动轴1以等角速度回转时，从动轴2作变角速度转动，从而引起动载荷，对使用不利。为了克服单个万向联轴器的上述缺点，机器中常将万向联轴器成对使用，如图17-8所示。这种由两个万向联轴器组成的装置称为双万向联轴器。对于联接相交或平行二轴的双万向联轴器，欲使主、从动轴的角速度相等，必须满足两个条件：1)主动轴、从动轴与中间件C的夹角必须相等，即α1=α2；2)中间件两端的叉面必须位于同一平面内。§17-4弹性联轴器一、弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器结构上和凸缘联轴器很近似，但是两个半联轴器的联接不用螺栓，而是用带橡胶弹性套的柱销，如图17-10所示。为了更换橡胶套时简便而不必拆移机器，设计中应注意留出距离A；为了补偿轴向位移，安装时应注意留出相应大小的间隙。。弹性套柱销联轴器在高速轴上应用得十分广泛。二、弹性柱销联轴器如图17-11所示，弹性柱销联轴器是利用若干非金属材料制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔中，以实现两轴的联接。柱梢通常用尼龙制成，而尼龙具有一定的弹性。弹性柱销联轴器的结构简单，更换柱销方便。为了防止柱销滑出，在柱销两端配置挡板。装配挡板时应注意留出间隙。上述两种联轴器，能缓和冲击、吸收振动，且能补偿故大的轴向位移。依靠弹性柱销的变形，允许有微量的径向位移和角位移。适用于正反向变化多、启动频繁的高速轴。轮胎式联轴器的结构如图17-12所示，中间为橡胶制成的轮胎环，用止退垫板与半联轴器联接。它的结构简单可靠，易于变形，因此它允许的相对位移较大。轮胎式联轴器适用于启动频繁、正反向运转、有冲击振动、两轴间有较大的相对位移量、以及潮湿多尘之处。它的径向尺寸庞大，但轴向尺寸较窄，有利于缩短串接机组的总长度。它的最大转速可达5000r/min。三、轮胎式联轴器§17-5牙嵌离合器牙嵌离合器是由两个端面带牙的套筒所组成(图17-13)，其中套筒1紧配在轴上，而套筒2可以沿导向平键3在另一根轴上移动。利用操纵杆移动滑环4可使两个套筒接合或分离。为避免滑环的过量磨损，可动的套筒应装在从动轴上。为便于两轴对中，在套筒1中装有对中环5，从动轴端则可在对中环中自由转动。离合器牙的形状有三角形、梯形和锯齿形。三角形牙传递中、小转矩，牙数为15~60。梯形、锯齿形牙可传递较大的转矩，牙数为3~15。梯形牙可以补偿磨损后的牙侧间隙。锯齿形牙只能单向工作，反转时由于有较大的轴向分力，会迫使离合器自行分离。各牙应精确等分，以使载荷均布。牙嵌离合器结构简单，外廓尺寸小，能传递较大的转矩，故应用较多。但牙嵌离合器只宜在两轴不回转或转速差很小时进行接合，否则牙齿可能会因受撞击而折断。牙嵌离合器可以借助电磁线圈的吸力来操纵，称为电磁牙嵌离合器。电磁牙嵌离合器通常采用嵌入方便的三角形细牙。它依据信息而动作，所以便于遥控和程序控制。§17-6圆盘摩擦离合器圆盘摩擦离合器有单片式和多片式两种。图17-15所示为单片式摩擦离合器的简图，其中圆盘1紧配在主动轴上，圆盘2可以沿导键在从动轴上移动。移动滑环3可使两圆盘接合或分离。工作时轴向压力Fa使两圆盘的工作表面产生摩擦力来传递扭矩。与牙嵌离合器比较，摩擦离合器具有下列优点：1)在任何不同转速条件卞两轴都可以进行接合；2)过载时摩擦面间将发生打滑，可以防止损坏其他零件；3)接合较平稳，冲击和振动较小。摩擦离合器在正常的接合过程中，从动轴转速从零逐渐加速到主动轴的转速，因而两摩擦面间不可避免地会发生相对滑动。这种相对滑动要消耗一部分能量，并引起摩擦片的磨损和发热。单片式摩擦离合器多用于转矩在2000N.m以下的轻型机械。图17-16a所示为多片式摩擦离合器。图17-16多片式摩擦离合器如图17-17所示，在电磁操纵的摩擦离合器中，当直流电经接触环1导入电磁线圈2后，产生磁力线吸引衔铁5，于是衔铁5将两组摩擦片3和4压紧，离合器处于接合状态。当电流切断时，磁力消失，依靠复位弹簧6将衔铁推开，使两组摩擦片松开，离合器处于分离状态。在电磁离合器中，电磁摩擦离合器是应用最广泛的一种。摩擦离合器也可用电磁力来操纵。§17-7磁粉离合器磁粉离合器的工作原理如图17-18所示，图中安置励磁线圈1的磁轭2为离合器的固定部分。若将圆筒3与左右轮辐7、8组成离合器的主动部分，则转子6从动轴组成离合器的从动部分。在圆筒3的中间嵌装着隔磁环4，轮辐7或8上可联接输入件，在转子6与圆筒3之间有0.5-2mm的间隙，其中充填磁粉5。图17-18a表示断电时磁粉被离心力甩在圆筒的内壁，疏松并且散开，此时离合器处于分离状态。图17-18b表示通电后励磁线圈产生磁场，磁力线跨越空隙穿过圆筒到达转子形成图示的回路，此时磁粉受到磁场的影响而被磁化。磁化了的磁粉彼此相互吸引串成磁粉链而在圆筒与转子间聚合，依靠磁粉的结合力和磁粉与主、从动件工作面间的摩擦力来传递转矩。磁粉的性能是决定离合器性能的重要因素。磁粉应具有导磁率高、剩磁小、流动性良好、耐磨、耐热、不烧结等性能，一般常用铁钴镍、铁钴钒等合金粉，并加入适量的粉状二硫化钼。磁粉离合器具有下列优良性能：1)励磁电流I与转矩T间呈线性关系，转矩调节简单而且精确，调节范围也宽；2)可用作恒张力控制，这对造纸机、纺织机、印刷机、绕线机等是十分可贵的。例如当卷绕机的卷径不断增加时，通过传感器控制励磁电流变化，从而转矩亦随之相应地变化，以保证获得恒定的张力；3)若将磁粉离合器的主动件固定，则可作制动器使用。此外，这种离合器操纵方便、离合平稳、工作可靠，但重量较大。§17-8定向离合器图17-19所示为滚柱式定向离合器，图中星轮1和外环2分别装在主动件和从动件上，星轮和外环间的楔形空腔内装有滚柱3，滚柱数目一般为3-8个，每个滚柱都被弹簧推杆4以不大的推力向前推进而处于半楔紧状态。星轮和外环均可作为主动件。现以外环为主动件来分析，当外环逆时针方向回转时，以摩擦力带动滚柱向前滚动，进一步楔紧内外接触面，从而驱动星轮一起转动，离合器处于接合状态。反之，当外环顺时针方向回转时，则带动滚柱克服弹簧力而滚到楔形空腔的宽敞部分，离合器处于分离状态，所以称为定向离合器。当星轮与外环均按顺时针方向作同向回转时，根据相对运动原理，若外环转速小于星轮转速，则离合器处于接合状态。反之，如外环转速大于星轮转速，则离合器处于分离状态，因此又称为超越离合器。定向离合器常用于汽车、机床等的传动装置中。图17-20所示为楔块式定向离台器。这种离合器以楔块代替滚柱，楔块的形状如图所示。内外环工作面部为圆形、整圈的拉簧压着楔块始终和内环接触，并力图使楔块绕自身作逆时针方向偏摆。当外环顺时针方向旋转或内环逆时针方向旋转时，楔块克服弹簧力而作顺时针方向偏摆，从而在内外环间越楔越紧，离合器处于接合状态。反向时楔块松开而成分离状态。§17-9制动器制动器是用来降低机械运转速度或迫使机械停止运转的装置。在车辆、起重机等机械中，广泛采用各种型式的制动器。一、块式制动器图17-21a所示为块式制动器，它借助瓦块与制动轮间的摩擦力来制动。通电时，励磁线圈1吸住衔铁2，再通过一套杠杆使瓦块5松开，机器便能自由运转。当需要制动时，则切断电流，励磁线圈释放衔铁2，依靠弹簧力并通过杠杆使瓦块5抱紧制动轮6。制动器也可以安排为在通电时起制动作用，但为安全起见，应安排在断电时起制动作用。二、带式制动器图17-22为带式制动器。当杠杆上作用外力F后，闸带收紧且抱住制动轮，靠带与轮间的摩擦力达到制动目的，这种制动器结构简单、紧凑。返回目录